央廣網北京9月14日消息 據中央廣播電視總臺中國之聲《新聞超連結》報導,最近一部叫做《信條》的電影熱映,很多人摸不著頭腦,一方面是因為敘事結構比較複雜,另一方面是因為涉及到陌生的物理學知識。西瓜視頻科普創作人周哲為您帶來與時間、時間的方向、以及熵的有關知識。
電影主要涉及哪些科學概念?
導演克里斯多福·諾蘭經常拍攝一些非線性敘事結構的超現實電影。有一點科學,有一點科幻,同時還不按正常套路講故事。各種因素疊加,非常「燒腦」。
這其中有敘事結構的原因,比如將現在、過去、未來穿插在一起。時間鏈條斷裂造成的情節跳躍,讓人很難看懂。還有一些物理學概念的融入,比如:時間的方向和熱力學中的「熵」。對於觀影體驗來說,這實屬「多重勸退」組合,讓人望而卻步。
周哲表示,電影中講到了時間的倒流,或者說是一個時間的逆轉。多數科幻電影都是講時間的跳躍,比如穿越到未來,或者穿越回過去。但是《信條》講的是時光的倒流,有點像我們看視頻的倒放一樣,這一點比較新穎。
時間和時間的方向是怎麼回事,是否有科學依託?
時間是一種相對間接的感知,我們通過一系列的記憶片段才能夠感知到時間是在流逝的。而且每個人的感知是不一樣的,同時也不精確,所以後來我們就有了更加準確的定義時間的方式——鐘錶。
時間,實際上是有方向的,這就是我們所說的時間箭頭。周哲補充,比如人會從小一直長到大,但是沒有發生過返老還童的情況。
但是,現在的物理學領域,對於時間的定義也沒有一個統一的表述。沒有時間的定義,那我們如何研究時間箭頭呢?周哲介紹,科學界用類比的辦法,科學家找到跟時間一樣,只有一個方向的事物,比如宇宙的膨脹。宇宙實際上從138億年前誕生開始,一直膨脹至今,且只有一個方向。所以科學家得出一個類比,宇宙的膨脹會不會和時間有關?這個假設就叫做宇宙學時間箭頭,科學家認為可能是宇宙的膨脹,導致了時間只有一個方向。
時間旅行在理論上是否可行?
關於時間旅行,有兩種說法,一種是說時間旅行壓根就不可能,因為有著名的祖父悖論存在。在這種假設裡,如果我回到過去,在我的祖父還沒有結婚生子的時候,將其殺死,就沒有爸爸出生的可能,也就沒有未來的我自己了。這就產生了矛盾。另外一種說法就是愛因斯坦相對論,只要速度快到一定程度,時間就會改變。
但是物理學家也確實提出了一些假設,就是為了讓祖父悖論無法發生。比如蘇聯物理學家諾維科夫說,人實際上是可以回到過去的,但是不能夠改變過去,不能夠破壞一些因果關係。這個說法就叫做「諾維科夫自洽性原則」。
在理論上,時間旅行確實有相關的理論依託,算是可行,只不過要想實現現在還做不到。比如蟲洞理論就是其中之一,但目前還無法做到人造蟲洞。
什麼是平行宇宙?
平行宇宙,也叫平行世界,我們在很多的科幻作品中都會看到,人每進行一次選擇,都會產生一個平行世界。
舉個擲骰子的例子,當一個骰子一直在轉的時候,相當於骰子的每一個面都有可能成為結果。你只能看到骰子的一個面,這個面顯示的是1,但無法看到在這之後有幾個面。周哲表示,生活當中我們知道骰子是6面的,但它也有可能是8面,所以通過一個面去判斷骰子具體是什麼樣的,你會發現信息丟失了,因為波函數坍縮了之後,只有一個面展示給我們。
周哲表示,其實平行宇宙是為了保全信息守恆理論和決定論,物理學家為了讓理論自洽,提出了平行宇宙。相當於在我們的宇宙當中,骰子坍縮到我們這個面了,其實在另外的宇宙當中,它都坍縮到別的面了。
什麼是熵?為什麼世界是熵增的?
諾蘭在電影中使用了一個熱力學中的量——熵。通俗的說,熵表示的是一個封閉系統的混亂程度。如果這個系統越亂,那它的熵值就越大;如果這個系統越整潔,它的熵值就越小。
舉個例子,一杯水在屋子裡慢慢蒸發為水蒸氣,水分子就散播到整個的屋子裡了。這是我們常見的一種情況,是所謂的熵增的過程。我們從來沒有見過屋子裡面所有水分子變成一杯水,都跑到杯子裡面的過程,也就是熵減的過程。周哲介紹,科學家根據這類自然現象總結出來一條定律,叫熵增定律,在熱力學中名為熱力學第二定律。熵增定律就是說在一個孤立系統中,熵是只增不減的。
只增不減,說明熵只有一個方向,而時間也只有一個方向,那麼假設熵是影響時間的最主要的因素,如果我們想要改變這個時間,只要改變熵就可以了。
我們凡事講究因果順序,所以當我們看到電影中的時間倒置之後,才會有巨大的新奇體驗,這可能是電影《信條》最大的魅力所在,給我們一個不同的觀察時間、觀察世界運動流向的角度。
監製:白中華
記者:富賾
編輯:楊揚、潘雨薇