電影《信條》近期在國(guó)內(nèi)影院上映。被這部電影“燒糊了腦子”的觀眾不計(jì)其數(shù)，其實(shí)電影的故事情節(jié)并不復(fù)雜，就是大反派想用逆轉(zhuǎn)時(shí)間的殺傷性武器毀滅現(xiàn)世，不過(guò)一系列和時(shí)空逆行相關(guān)的科學(xué)概念以及非線性敘事，直接把觀眾繞懵。在電影《信條》當(dāng)中，出現(xiàn)了兩個(gè)時(shí)間表述，分別是正向的時(shí)間和逆向的時(shí)間，時(shí)間有方向嗎?電影里設(shè)定的熵減能夠逆轉(zhuǎn)時(shí)空，理論上真是這樣的?電影里出現(xiàn)的單電子宇宙、祖父悖論又是怎么回事?為了讓大家更好地看懂電影，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了天津大學(xué)理學(xué)院量子交叉研究中心主任呂宏教授，讓他談一談這些“高冷”的物理學(xué)概念。

也許100年后穿越到未來(lái)并不難

《信條》用影像呈現(xiàn)了時(shí)間命題。影片中的人物通過(guò)旋轉(zhuǎn)門制造出的逆向時(shí)間可以讓人物和未來(lái)的自己偶遇，但穿越人物的一切運(yùn)動(dòng)軌跡是逆向的，視覺上是倒帶的效果，展示了逆向時(shí)間和正向時(shí)間交織。

“什么是時(shí)間?一般人們會(huì)認(rèn)為時(shí)間是很容易理解的概念，因?yàn)樯钪薪?jīng)常運(yùn)用時(shí)間，但是仔細(xì)一想，又好像什么也說(shuō)不清，其實(shí)就連最頂級(jí)的物理學(xué)家也說(shuō)不清楚到底什么才是時(shí)間。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很難的問題。”呂宏認(rèn)為，之所以說(shuō)不清，是因?yàn)闀r(shí)間這個(gè)概念，不像可以拿在手上研究的物質(zhì)?？臻g也有相似的特質(zhì)，但至少人們可以停留在某個(gè)地方，或者可以重復(fù)到訪這個(gè)地方，概念就更直觀一點(diǎn)，但時(shí)間連這點(diǎn)都做不到。

呂宏表示，在哲學(xué)上有兩種時(shí)間的概念：一種是現(xiàn)實(shí)論，認(rèn)為所謂的過(guò)去和未來(lái)都不存在，只有現(xiàn)在這個(gè)點(diǎn)才真實(shí)存在，從這個(gè)意義上說(shuō)時(shí)間穿越不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闆]辦法穿越一個(gè)根本不存在的東西;另一種是永恒論，認(rèn)為時(shí)間像空間一樣永遠(yuǎn)存在，我們沒法回到過(guò)去，但并不意味著它不存在。這兩個(gè)只是哲學(xué)觀點(diǎn)，很難說(shuō)哪個(gè)對(duì)哪個(gè)錯(cuò)。不過(guò)，現(xiàn)在的時(shí)空理論，無(wú)論是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，基本上都更加支持永恒論。

“既然是永恒的，就有時(shí)間穿越的可能性，因此有其在理論或哲學(xué)上探討的必要性。這就涉及到時(shí)間有方向的問題。從基礎(chǔ)物理的理論來(lái)看，時(shí)間往未來(lái)走的是一個(gè)方向，往過(guò)去走的是另外一個(gè)方向。”呂宏舉例說(shuō)，觀看乒乓球在空中飛行的視頻，一般情況下人們無(wú)法區(qū)別視頻是否倒放，但觀看玻璃瓶從桌子上掉下去摔碎的視頻，視頻倒放時(shí)，沒有人相信這是自然發(fā)生的事情。在基礎(chǔ)物理理論中，時(shí)間完全可以像視頻一樣倒放，但是在現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)中，人們沒有觀測(cè)到時(shí)間可以倒流的經(jīng)驗(yàn)。

呂宏說(shuō)：“其實(shí)，時(shí)間穿越到未來(lái)，在相對(duì)論框架下完全可以做到。比如乘坐一架足夠高速的飛行器離開地球，根據(jù)相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)物體時(shí)間延緩效應(yīng)，在飛船上只過(guò)了一年，而我們?cè)诘厍蛏峡赡芤呀?jīng)過(guò)了100年。當(dāng)再回到地球的時(shí)候，就相當(dāng)于穿越到了未來(lái);或者通過(guò)生物學(xué)或醫(yī)學(xué)手段，把自己冷凍起來(lái)，100年以后解凍，也就等于直接穿越到100年以后了。穿越到未來(lái)，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)并不困難，目前技術(shù)可能還做不到，但是我相信100年后完全可能做到。”

電影中時(shí)間倒流情節(jié)不可能實(shí)現(xiàn)

如果用一句話概括《信條》，那就是：決定人類終極命運(yùn)的根本不是核戰(zhàn)爭(zhēng)，而是一場(chǎng)時(shí)間之戰(zhàn)。電影劇情引入的第一條法則就是“熵減”，當(dāng)“熵增”變成“熵減”，神奇的時(shí)間逆轉(zhuǎn)也就發(fā)生了。

“物理上用‘熵’表示一個(gè)系統(tǒng)的自由度和無(wú)序化程度。”呂宏介紹，比如操場(chǎng)上有100個(gè)人站隊(duì)，站得很整齊，這就意味著系統(tǒng)自由度很低，每個(gè)人只能站在某個(gè)位置，但是如果這些人可以隨意走動(dòng)，系統(tǒng)的自由度就越來(lái)越大，隊(duì)伍肯定會(huì)越來(lái)越混亂。這就是從低自由度往高自由度發(fā)展、越來(lái)越混亂的熵增過(guò)程。

在一個(gè)封閉系統(tǒng)中的熵必隨時(shí)間而增加，這是物理學(xué)的一個(gè)基本定律。如果在一個(gè)開放的局部系統(tǒng)中，系統(tǒng)外面還有一個(gè)更大的系統(tǒng)，熵是可以減少的。這是人們能活著的原因。活著，就是保持身體的秩序，心臟跳動(dòng)、大腦思考……之所以能夠維持這個(gè)秩序，是因?yàn)槲覀兲幵谝粋€(gè)開放的環(huán)境中，通過(guò)進(jìn)食補(bǔ)充負(fù)熵，使身體更有秩序。

“在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，熵會(huì)越來(lái)越大，時(shí)間的方向就是熵增加的方向，這就把時(shí)間跟熵增或者熵減概念聯(lián)系起來(lái)了。”呂宏舉例說(shuō)，一個(gè)瓶子掉下來(lái)摔碎，變成一地玻璃碎片，這顯然是一個(gè)熵增加的過(guò)程，但假如逆轉(zhuǎn)，就變成熵減了。物理學(xué)告訴我們封閉系統(tǒng)內(nèi)的熵是不能減少的。唯一能實(shí)現(xiàn)的途徑，只能是時(shí)間反演。因此在任何封閉系統(tǒng)內(nèi)的逆熵可以等價(jià)于該系統(tǒng)的時(shí)間倒流。

但這部電影中的情節(jié)在現(xiàn)實(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)楹暧^世界無(wú)法形成一個(gè)不與外界交換的封閉系統(tǒng)。在電影里，主人公身處正向時(shí)間，通過(guò)旋轉(zhuǎn)門就來(lái)到逆向時(shí)間的熵減空間。于是汽車倒著開，子彈也是反著飛，所有的運(yùn)動(dòng)都是反的。呂宏質(zhì)疑：“假如一個(gè)人處在那種狀況，人體的新陳代謝是按正向時(shí)間進(jìn)行的，但人以外的世界又處于逆向時(shí)間。人還在正常的變老，但是衣服外面的世界卻越來(lái)越年輕。這樣的話兩種空間就會(huì)有個(gè)界面分割開，但人整體是一個(gè)多粒子系統(tǒng)，怎么去分割?這種情節(jié)設(shè)計(jì)在宏觀系統(tǒng)上不可能成立。”

不過(guò)，電影《信條》也有創(chuàng)新之處，跟普通穿越劇不太一樣。普通穿越要么是穿越回過(guò)去，要么就是穿越到未來(lái)。“這部電影的穿越是進(jìn)行性穿越，過(guò)去和未來(lái)兩個(gè)世界同時(shí)放在一起，這是很有意思的游戲角度，但是現(xiàn)在從物理上來(lái)說(shuō)不太可能實(shí)現(xiàn)。”呂宏說(shuō)。

單電子宇宙和祖父悖論

單電子宇宙這個(gè)概念是物理學(xué)家約翰·惠勒最早提出來(lái)的，惠勒想象，宇宙也許只有一個(gè)電子，電子可以在時(shí)空中隨意來(lái)回走動(dòng)，電子沿正時(shí)間方向運(yùn)動(dòng)，就是普通的電子;沿逆時(shí)間方向運(yùn)動(dòng)，就是一個(gè)正電子，也稱反電子。

呂宏介紹，惠勒提出單電子宇宙理論，可以解釋量子力學(xué)中一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，即宇宙中的所有電子，除了所在位置、速度等這些外在性質(zhì)不同外，都具有相同的質(zhì)量、電荷數(shù)，它們的本質(zhì)都是一樣的，所有的電子都是全同的。但是單電子宇宙理論有一個(gè)缺陷，它無(wú)法解釋電子和正電子在數(shù)量上的巨大差異。顯然單電子宇宙中，電子和正電子應(yīng)該數(shù)量相當(dāng)，但事實(shí)截然相反，正電子數(shù)量很少。

祖父悖論是時(shí)空旅行中的著名理論。如果你能進(jìn)行時(shí)空穿梭，并回到過(guò)去，見到了兒童時(shí)代的祖父，由于種種原因，你要?dú)⑺雷约旱淖娓?，這種操作是否可行?如果你能殺死自己的祖父，那么你又如何在未來(lái)出生?無(wú)法在未來(lái)出生，那么又如何穿越回到過(guò)去殺死自己的祖父?

“在廣義相對(duì)論里，由于時(shí)空彎曲等原因，理論上可以存在一些封閉的時(shí)間曲線，但在封閉的時(shí)間曲線里，不允許有違背因果關(guān)系的存在，即使有時(shí)空穿梭，也必須要滿足因果關(guān)系的對(duì)稱的自洽性。”呂宏說(shuō)。

祖父悖論還有另一種解釋：進(jìn)行時(shí)空穿梭，到達(dá)的其實(shí)是另一個(gè)平行宇宙，殺死的也是平行宇宙中的祖父，與自己所在的初始宇宙沒有任何關(guān)聯(lián)，因此祖父是可以殺死的。對(duì)此，呂宏表示，如果時(shí)空穿越是從一個(gè)宇宙穿越到另外一個(gè)(平行)宇宙。從這個(gè)意義上說(shuō)，時(shí)間線并沒有閉合，理論上有可能。

呂宏表示，第一種理論是基于廣義相對(duì)論的推論結(jié)果，而平行宇宙理論在得到實(shí)驗(yàn)或想象實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)前，還只是一種純猜測(cè)。(記者 陳 曦)

關(guān)鍵詞： 時(shí)間逆轉(zhuǎn) 信條