電影《信條》近期在國內影院上映。被這部電影「燒糊了腦子」的觀眾不計其數，其實電影的故事情節並不複雜，就是大反派想用逆轉時間的殺傷性武器毀滅現世，不過一系列和時空逆行相關的科學概念以及非線性敘事，直接把觀眾繞懵。在電影《信條》當中，出現了兩個時間表述，分別是正向的時間和逆向的時間，時間有方向嗎？電影裡設定的熵減能夠逆轉時空，理論上真是這樣的？電影裡出現的單電子宇宙、祖父悖論又是怎麼回事？為了讓大家更好地看懂電影，科技日報記者採訪了天津大學理學院量子交叉研究中心主任呂宏教授，讓他談一談這些「高冷」的物理學概念。
也許100年後穿越到未來並不難
《信條》用影像呈現了時間命題。影片中的人物通過旋轉門製造出的逆向時間可以讓人物和未來的自己偶遇，但穿越人物的一切運動軌跡是逆向的，視覺上是倒帶的效果，展示了逆向時間和正向時間交織。
「什麼是時間？一般人們會認為時間是很容易理解的概念，因為生活中經常運用時間，但是仔細一想，又好像什麼也說不清，其實就連最頂級的物理學家也說不清楚到底什麼才是時間。從這個意義上來說，這是一個很難的問題。」呂宏認為，之所以說不清，是因為時間這個概念，不像可以拿在手上研究的物質。空間也有相似的特質，但至少人們可以停留在某個地方，或者可以重複到訪這個地方，概念就更直觀一點，但時間連這點都做不到。
呂宏表示，在哲學上有兩種時間的概念：一種是現實論，認為所謂的過去和未來都不存在，只有現在這個點才真實存在，從這個意義上說時間穿越不可能實現，因為沒辦法穿越一個根本不存在的東西；另一種是永恆論，認為時間像空間一樣永遠存在，我們沒法回到過去，但並不意味著它不存在。這兩個只是哲學觀點，很難說哪個對哪個錯。不過，現在的時空理論，無論是狹義相對論還是廣義相對論，基本上都更加支持永恆論。
「既然是永恆的，就有時間穿越的可能性，因此有其在理論或哲學上探討的必要性。這就涉及到時間有方向的問題。從基礎物理的理論來看，時間往未來走的是一個方向，往過去走的是另外一個方向。」呂宏舉例說，觀看桌球在空中飛行的視頻，一般情況下人們無法區別視頻是否倒放，但觀看玻璃瓶從桌子上掉下去摔碎的視頻，視頻倒放時，沒有人相信這是自然發生的事情。在基礎物理理論中，時間完全可以像視頻一樣倒放，但是在現實的複雜系統中，人們沒有觀測到時間可以倒流的經驗。
呂宏說：「其實，時間穿越到未來，在相對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，根據相對論的運動物體時間延緩效應，在飛船上只過了一年，而我們在地球上可能已經過了100年。當再回到地球的時候，就相當於穿越到了未來；或者通過生物學或醫學手段，把自己冷凍起來，100年以後解凍，也就等於直接穿越到100年以後了。穿越到未來，從技術上來說並不困難，目前技術可能還做不到，但是我相信100年後完全可能做到。」
電影中時間倒流情節不可能實現
如果用一句話概括《信條》，那就是：決定人類終極命運的根本不是核戰爭，而是一場時間之戰。電影劇情引入的第一條法則就是「熵減」，當「熵增」變成「熵減」，神奇的時間逆轉也就發生了。
「物理上用『熵』表示一個系統的自由度和無序化程度。」呂宏介紹，比如操場上有100個人站隊，站得很整齊，這就意味著系統自由度很低，每個人只能站在某個位置，但是如果這些人可以隨意走動，系統的自由度就越來越大，隊伍肯定會越來越混亂。這就是從低自由度往高自由度發展、越來越混亂的熵增過程。
在一個封閉系統中的熵必隨時間而增加，這是物理學的一個基本定律。如果在一個開放的局部系統中，系統外面還有一個更大的系統，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、大腦思考……之所以能夠維持這個秩序，是因為我們處在一個開放的環境中，通過進食補充負熵，使身體更有秩序。
「在一個封閉的系統中，熵會越來越大，時間的方向就是熵增加的方向，這就把時間跟熵增或者熵減概念聯繫起來了。」呂宏舉例說，一個瓶子掉下來摔碎，變成一地玻璃碎片，這顯然是一個熵增加的過程，但假如逆轉，就變成熵減了。物理學告訴我們封閉系統內的熵是不能減少的。唯一能實現的途徑，只能是時間反演。因此在任何封閉系統內的逆熵可以等價於該系統的時間倒流。
但這部電影中的情節在現實是不可能實現的，因為宏觀世界無法形成一個不與外界交換的封閉系統。在電影裡，主人公身處正向時間，通過旋轉門就來到逆向時間的熵減空間。於是汽車倒著開，子彈也是反著飛，所有的運動都是反的。呂宏質疑：「假如一個人處在那種狀況，人體的新陳代謝是按正向時間進行的，但人以外的世界又處於逆向時間。人還在正常的變老，但是衣服外面的世界卻越來越年輕。這樣的話兩種空間就會有個界面分割開，但人整體是一個多粒子系統，怎麼去分割？這種情節設計在宏觀系統上不可能成立。」
不過，電影《信條》也有創新之處，跟普通穿越劇不太一樣。普通穿越要麼是穿越回過去，要麼就是穿越到未來。「這部電影的穿越是進行性穿越，過去和未來兩個世界同時放在一起，這是很有意思的遊戲角度，但是現在從物理上來說不太可能實現。」呂宏說。
單電子宇宙和祖父悖論
單電子宇宙這個概念是物理學家約翰·惠勒最早提出來的，惠勒想像，宇宙也許只有一個電子，電子可以在時空中隨意來回走動，電子沿正時間方向運動，就是普通的電子；沿逆時間方向運動，就是一個正電子，也稱反電子。
呂宏介紹，惠勒提出單電子宇宙理論，可以解釋量子力學中一個奇怪的現象，即宇宙中的所有電子，除了所在位置、速度等這些外在性質不同外，都具有相同的質量、電荷數，它們的本質都是一樣的，所有的電子都是全同的。但是單電子宇宙理論有一個缺陷，它無法解釋電子和正電子在數量上的巨大差異。顯然單電子宇宙中，電子和正電子應該數量相當，但事實截然相反，正電子數量很少。
祖父悖論是時空旅行中的著名理論。如果你能進行時空穿梭，並回到過去，見到了兒童時代的祖父，由於種種原因，你要殺死自己的祖父，這種操作是否可行？如果你能殺死自己的祖父，那麼你又如何在未來出生？無法在未來出生，那麼又如何穿越回到過去殺死自己的祖父？
「在廣義相對論裡，由於時空彎曲等原因，理論上可以存在一些封閉的時間曲線，但在封閉的時間曲線裡，不允許有違背因果關係的存在，即使有時空穿梭，也必須要滿足因果關係的對稱的自洽性。」呂宏說。
祖父悖論還有另一種解釋：進行時空穿梭，到達的其實是另一個平行宇宙，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聯，因此祖父是可以殺死的。對此，呂宏表示，如果時空穿越是從一個宇宙穿越到另外一個（平行）宇宙。從這個意義上說，時間線並沒有閉合，理論上有可能。
呂宏表示，第一種理論是基於廣義相對論的推論結果，而平行宇宙理論在得到實驗或想像實驗加以證實前，還只是一種純猜測。（記者 陳 曦）