熵減會引發時間倒流嗎

2020-09-24 陳思進

——觀賞《信條》後再談熵、平行宇宙、反物質、及暗物質和暗能量等（上）

文/陳思進

闊別三年，克里斯多福·諾蘭終於帶著新片TENET（《信條》或《天能》）回歸了！

作為諾蘭的鐵粉，又是科幻電影的愛好者，疫情之後我第一次回到影院，第一時間觀賞了科幻大片《信條》的首映，當只有在影院裡才能聽到音效響起時，竟然「老淚縱橫」，不由得感嘆：久違了！

首先要說的是，諾蘭的《信條》一如既往地精彩，與他的經典《星際穿越》各有千秋，再一次感受到了諾蘭豐富的想像力：在電影中構建了自己的物理世界，尤其將「諾蘭時間線」玩兒到了極致，凌駕於複雜的科幻概念之上，集動作片和間諜片之大成，通過一個比較深刻的故事，為大家演繹了大眾都能欣賞的饕餮盛宴。

更興奮地注意到，《信條》是在科幻設定之下的諜戰片——極具007神秘、危險，情節跌宕起伏、扣人心弦的色彩（諾蘭不愧為英國導演）。這和我的《超時空拯救》的科幻設定下的金融商戰小說，有著異曲同工之妙，說明it works！

近年來，許多科幻片不約而同地用黑洞、量子力學中的概念和fancy的術語，如疊加態、量子糾纏、不確定原理等作為科幻設定，而諾蘭卻另闢蹊徑，「竟然」用到了熱力學的熵，還有我曾談過的平行宇宙、反物質等。在此，我借著點評稍微「質疑」一下《信條》中的科幻設定（請注意，沒有劇透），再淺談一下熵、平行宇宙、反物質，以及相關的暗物質和暗能量等。

首先談一下《信條》中最主要的科幻設定——熵。

我在《華為的活力之源「熵減」中的熵是什麼？（上）（下）》（2019年8月9日和2019年8月23日《科普時報》第3版首發）一文中（請先參閱），提及了一個家庭主婦在準備早餐時，一不小心，把一杯牛奶打翻在地，杯子摔成了碎片，這場景我們可能都碰見過。主婦讓丈夫來收拾這場「不幸的災難」，丈夫只顧埋頭玩兒手機，於是主婦只能一邊嘮叨，一邊清理……

為什麼會發生這種」不幸」呢？為何這個過程不會反過來進行：為什麼玻璃碎片不會再自動粘起來，牛奶自動流回杯子裡，再變回完好如初的那杯牛奶呢？

根據力學法則，從理論上來說這是可能的。不過，經驗告訴我們，這種情況從未發生過。事實上，有史以來所有的玻璃杯，最終的宿命都將裂成碎片，不管是在你家廚房的地板上，還是在垃圾箱裡。宇宙萬物就是這樣運作的，而這一切皆因熵。

熱力學第二定律告訴我們，一個孤立系統的熵，作為時間函數不可能減少（這是專業的說法）。因此，隨著時間的流逝，熵不斷地增加，稱為「熵增」。

在電影《信條》中，諾蘭最主要的一個科幻設定，就是通過一個可以逆轉熵的機器，來實現時間的逆轉，並以這樣的「諾蘭時間線」來展開故事。從電影設計上來看，這是極其巧妙的，非但故事精彩，電影中的特效更使人目不轉睛，以至如痴如醉。

但是，從科學角度而言，這兒有一個明顯的Bug：熵會隨著時間的流逝自然增加，但並不是說，熵減會引發時間的倒流，熵和時間並不是這樣對應的。

舉個最直觀的例子吧：你把一杯水放在冰箱的冰凍格裡，由於水結成了冰，變成了一個更穩定的狀態，這就是一個熵減的過程。但是，冰箱裡的時間並沒逆轉倒流，也就是說，逆熵並不等於時間逆轉。

和《信條》中用來逆轉熵的機器一樣，冰箱也很容易令熵下降。但是，熵增-熱力學第二定律的前提，是必須在一個封閉的系統之中，如我們所處的宇宙，而冰箱並不是一個封閉的系統，那麼電影中的機器又怎能成為一個封閉系統呢？這就好似永動機一般，怎麼可能實現呢？

其次，如果整個環境在熵增，那麼所有共處同一環境的人都會有同樣的體驗，在這環境中不可能只有其中一人會例外，不管是誰。而在電影中，能體驗時間逆轉的是穿過機器的人，但從目前的物理學來說，這更是不可能的，因為熵是整個環境的特性，也就是說，如果那個環境中其他人都在熵增的話，穿過那個機器的人最多也只能在機器之中熵減，一旦從機器裡出來，就將融入到整個大環境中，也只能隨之熵增。

而且，如果企圖將熵降低來使時間逆轉的話，那所有的過程也應該都隨之逆轉，如經過那個機器的人也應該越來越年輕，就像Brat Pitt（布萊德·彼特）在《班傑明·巴頓奇事》（The Curious Case of Benjamin Button）中那樣。但在《信條》之中，只有一小部分的特定逆轉，這就不太符合這些科幻設計的邏輯了。

相信諾蘭對這些Bug都很清楚，因為，從物理學來看，他的硬核科幻大片《星際穿越》，除了最後那一段（主人公父親跳進黑洞，進入了一個「四維超立方體」中，而這個「四維超立方體」加上了時間軸之後，也就是他進入了五維時空，便能夠穿越時空，將信息傳給遠隔萬千光年之外的地球上的女兒）還不太可能以外，其他部分完全可以作為科普紀錄片來觀賞，畢竟著名物理學家基普·索恩（Kip Stephen Thorne，諾貝爾物理學獎獲得者）是諾蘭的科學顧問。

另外，在《信條》中，「祖父悖論」的問題也沒有獲得妥善解決。而解決祖父悖論最好的辦法，迄今為止，還只能用量子力學中的「老梗」——平行世界才能自圓其說。不過，在《信條》中，雖然也提到並解釋了平行世界，可沒有運用平行世界來推動這個故事，可能不搭吧。

行文至此，我「自誇」一下吧，上述提到的幾個Bug，恰好就在我的科幻長篇系列小說《超時空拯救》（第一部已經出版）中，通過前後平行時空的設定，巧妙地把此事說圓了。

下文再接著談。

2020年09月14日寫於多倫多

相關焦點

  • 科幻 | 熵減會引發時間倒流嗎？聊聊《信條》中的科學問題
    在此，我借著點評稍微「質疑」一下《信條》中的科幻設定（請注意，沒有劇透），再淺談一下熵、平行宇宙、反物質，以及相關的暗物質和暗能量等。首先談一下《信條》中最主要的科幻設定——熵。我在之前的《華為的活力之源「熵減」中的熵是什麼？
  • 《信條》熵增熵減是什麼意思?別怪我沒提醒你 明白熵增熵減才能...
    別怪我沒提醒你 明白熵增熵減才能看懂電影 看過《信條》的觀眾們，從電影中看到了很多非常專業的詞彙，比如時間鉗形運動、熵增熵減、曼哈頓計劃要素過多，這些一般人接觸不到，還有人說明白什麼是熵增熵減的人，都能看懂這部電影 　　原標題：《信條》熵增熵減是什麼意思？
  • 《信條》——熵增定律 時間倒流 做自己的「麥克斯韋妖」
    熵可以被看做一種不可利用的能量，不可逆並且會不斷增加。從這裡就可以推理出剛才所有問題的答案。恆星終將湮滅，生命終將消失。物體從有序慢慢變得混亂無序，這一定律，萬物無一倖免。 二、克服熵增的力量，時間倒流的方向 一般情況下，封閉系統總熵總是增加。
  • 新知丨《信條》——熵增定律 時間倒流 做自己的「麥克斯韋妖」
    熵可以被看做一種不可利用的能量，不可逆並且會不斷增加。從這裡就可以推理出剛才所有問題的答案。恆星終將湮滅，生命終將消失。物體從有序慢慢變得混亂無序，這一定律，萬物無一倖免。二、克服熵增的力量，時間倒流的方向一般情況下，封閉系統總熵總是增加。那麼一個普遍的規律是，把熵增的方向定義為時間流逝的方向。也就是時間箭頭。
  • 如何理解《信條》中「熵」的體現，時間逆轉有可能嗎？
    時間逆轉有可能實現嗎？熵增定律：一個孤立的系統內，在外界不向其輸送能量的情況下，總是會從有序趨向於無序或混亂，熵只會保持不變或者增加，而不會減少。，房間不收拾會越來越亂，手機會越來越卡。熵就像時間之箭，沒有回頭的可能。
  • 生活中的熵增定律&信息維度的熵減
    關鍵詞：熵、熵增、熵減、信息工具。 解答問題：為什麼生活中有那麼多越來越亂的現象？人為什麼需要自律？ 前言：前段時間，看到了一篇熵增定律的文章，也算是首次接觸「熵」這個概念吧，不明覺厲，本來是個比較難懂的物理學概念，不過原文生活化的例子還是令我看完了，並且也查了下相關資料，算是對這個概念有了一些些了解吧，結合自己公號主題，分享下，說不定會與某些大神來個更有深度的碰撞。
  • 信條裡的熵是什麼,這個文章會給你答案
    #有意思博士#熵是什麼那麼熵是什麼，你可以理解為世間的各個物體，當時間推移，熵就會增加，稱之為熵增，反之則是熵減，也就是時光倒流。那麼有沒有可能實現熵減，既然可以違反熱2，熵減也是有可能，只是現在做不到。
  • 時間倒流、子彈逆轉，諾蘭的《信條》是怎麼自圓其說的？
    分子由規則到不規則，其實就是變得混亂，而熵就是用來描敘這種混亂程度的。越有序的東西，熵越小;越無序的東西，熵越大。比如冰塊由於被凍住了，其內部分子結構排列有序，其熵就小;一杯水由於內部分子無須流動，位置並不固定，所以熵就大。既然熵是用來描述程度的，那麼就有增加和減少的變化，分別稱作熵增和熵減。
  • 死亡是會到來的,這是歷史規律!任正非:萬物生長是熵減
    捫心自問，我們在創業幾年後，還有最初的那種奮進、謙卑和謹慎嗎？這就是熵增的表現，「熵」是對系統的無序程度的一個「量」，從秩序走向無序的過程是熵增，從無序走向秩序的過程是熵減。這是熱力學第二定律的概念，封閉系統的熵是一直增加的，熵增到最後就是熵死，也稱之為熱寂。
  • 熵-負熵-熵增-熵減的視角,從高處俯瞰系統思維框架!
    系統思維框架，之前的文章做過詳細的闡述，今天從熵-負熵-熵增-熵減的視角來探討一下系統思維框架！今天我們從負熵的視角來看這個系統思維的框架，那怎麼是熵呢？熵表示無序的能量的一種度量，就象用釐米來度量長度，就象用斤數來度量重量，而熵是用來度量系統的混亂程度。一句話，熵只是一種混亂或無序程度的一種度量單位。它可以應用於任何系統！一個系統，混亂程度、無序程度很大，它的熵就大。一個系統，混亂程度、無序程度很小，它的熵就小。
  • 《飛馳人生》:當生活猶如一潭死水，你需要構建「熵減思維」
    曾經的天才賽車手如今淪為天台炒飯手，張馳精彩的生活陷入了如死水般的沉寂，若不做出改變，他的人生只會越累越沉淪。因此，當生活猶如一潭死水，你需要構建「熵減思維」。熵減思維是什麼要了解熵減思維，首先得知道什麼是「熵」和「熵增」。
  • 做好「熵減」,在家複習的效率也能up!up!up!
    百日衝刺，四管齊下做「熵減」熵理論源於物理學，常被用於計算系統的混亂程度。混亂度大，熵就大；混亂度小，熵就小。比如冰是水的固體形態，水分子位置相對固定，排列井然有序，熵值最低；當冰變成液態水後，水分子運動加劇，原有的秩序消失，熵值變大；變成水蒸氣後，水分子開始四處亂竄，一片混亂，熵值最高。
  • 諾蘭燒腦大片《信條》和任正非都推崇的熵減到底是什麼?
    澳大利亞前總理陸克文寫過一段話，他描述的應該就是熵：任何國家間關係的體系都會自然趨向混亂，任何國際秩序一旦建立，便會自然走向衰退和敗落，最終回到無序狀態。回顧歷史，國家間達成共識、建立秩序後，需要不斷付出努力和投入，才能保持未來的存續，這個共同的努力和投入就是熵減。中國的歷史在什麼狀態下循環呢？革命建立王朝，然後王朝熵增衰敗，又革命，又建立王朝，循環往復。
  • 諾蘭燒腦大片《信條》和任正非都推崇的熵減到底是什麼？
    ，嚴格遵循「熵減定律」，結果發生在原因之前。澳大利亞前總理陸克文寫過一段話，他描述的應該就是熵：任何國家間關係的體系都會自然趨向混亂，任何國際秩序一旦建立，便會自然走向衰退和敗落，最終回到無序狀態。由於封建王朝自身沒有熵減機制，只能革命來做熵減。
  • 諾蘭《信條》：新奇的熵減世界，深刻的倫理擔憂
    一個熵減世界，一個倫理困境。看諾蘭的新電影《信條》，欣賞他構想的這個熵減世界，實際上，你需要準備兩點：1、對熱力學第二定律有個基本的了解；2、對諾蘭的敘事風格有個基本的了解。當然，戲劇發展有理論支持，諾蘭總能在理論物理學裡找到素材：一位未來的偉大科學家，研究出了通過核聚變引發大規模熵減效應、從而實現人類在時間線上「逆行」願望的技術。「萬一」來了。
  • 熵增熵減同時存在，諾蘭新作《信條》究竟科幻還是玄幻？
    這個容器可以將時間流向逆轉，當正向的人進去後，出來就是來到反向的時間流中。對於人本身來講，時間依然是流逝，但是卻是反向流逝。也就是說，反向流逝的過程中，你所經歷的就像倒放一樣。你會發現，大街上的人在退著走路，扔掉的垃圾回到了手裡。
  • 把熱力學定律拍成《信條》通俗解釋「熵」諾蘭堪稱影壇物理課代表
    主角汽車爆炸其實這已經不是時間倒流的範疇了，而屬於熱力學範疇。導演諾蘭有人會說，我們不去住不就不會變亂了嗎？用老子的《道德經》解釋就是：天下萬物生於有，有生於無，但最終還是會回歸無的狀態，這個過程就是熵增，無就是消亡，是一切事物的終點。因為「有」是有條件的，而「無」是無條件的。也正是因為有了熵，才能解釋我們為什麼不可能製造出百分之百功效的發動機；永動機更是不可能存在的；不論什麼機器都是會隨著時間的推移而磨損老化最終變成廢鐵的。
  • 把最樸素的管理模式做紮實就是在「熵減」
    作者 | 苗兆光 華夏基石雙子星管理諮詢公司聯合創始人，聯席CEO來源 | 《洞察——華夏基石管理評論》1-THE FIRST-做好PDCA循環：PDCA本身就是一個熵減的過程管理可以簡化為PDCA，PDCA本身就是一個熵減的過程。提出一個東西的時候，先有一個設計機制的方案。在執行的過程中，回頭看這個計劃在過程當中有什麼不利之處，改善之處，然後去調整它。這個方案只要堅持住了，每一個循環都是把那些積攢的熵去掉的過程。現在豐田PDCA後面又加了F，還要去衡量推廣。
  • 信條：只有諾蘭敢把熱力學定律拍成電影，最通俗解釋什麼是「熵」
    主角汽車爆炸其實這已經不是時間倒流的範疇了，而屬於熱力學範疇。是的，但在自然的狀態下，這個房間也會被狂風，地震等自然現象搞亂，即使這些都沒有，這個房間也會因為時間的流逝而因為年久失修變得坍塌破敗，最終還是亂。換句話說，不論有人沒人，一個整潔的屋子遲早都會變亂。其實這個簡單的現象能告訴我們，這世上一切本來有序的東西終究會變得無序，但無序的東西絕不會自動變得有序，這是我們這個世界的一個根本的規律。為什麼？
  • 時空逆轉、鉗形運動 《信條》裡的燒腦科學你懂了嗎
    記者粗略算了一下，電影裡出現了「熵增熵減、時空逆轉、鉗形運動、多維宇宙、冰山理論」等科學術語，從而引發了理工科VS文科生各種「掐架」。不過電影中傳遞出的「時間倒流」的概念，讓不少觀眾覺得妙趣橫生：假如生活中的一切真的能像膠片「倒放」一般，世界會變成什麼樣子？