電影《信條》近期在國內(nèi)影院上映。被這部電影“燒糊了腦子”的觀眾不計其數(shù)，其實電影的故事情節(jié)并不復(fù)雜，就是大反派想用逆轉(zhuǎn)時間的殺傷性武器毀滅現(xiàn)世，不過一系列和時空逆行相關(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?電影里設(shè)定的熵減能夠逆轉(zhuǎn)時空，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，科技日報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年后穿越到未來并不難

《信條》用影像呈現(xiàn)了時間命題。影片中的人物通過旋轉(zhuǎn)門制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。

“什么是時間?一般人們會認(rèn)為時間是很容易理解的概念，因為生活中經(jīng)常運用時間，但是仔細一想，又好像什么也說不清，其實就連最頂級的物理學(xué)家也說不清楚到底什么才是時間。從這個意義上來說，這是一個很難的問題。”呂宏認(rèn)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(zhì)。空間也有相似的特質(zhì)，但至少人們可以停留在某個地方，或者可以重復(fù)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(xué)上有兩種時間的概念：一種是現(xiàn)實論，認(rèn)為所謂的過去和未來都不存在，只有現(xiàn)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(xiàn)，因為沒辦法穿越一個根本不存在的東西;另一種是永恒論，認(rèn)為時間像空間一樣永遠存在，我們沒法回到過去，但并不意味著它不存在。這兩個只是哲學(xué)觀點，很難說哪個對哪個錯。不過，現(xiàn)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恒論。

“既然是永恒的，就有時間穿越的可能性，因此有其在理論或哲學(xué)上探討的必要性。這就涉及到時間有方向的問題。從基礎(chǔ)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，觀看乒乓球在空中飛行的視頻，一般情況下人們無法區(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，沒有人相信這是自然發(fā)生的事情。在基礎(chǔ)物理理論中，時間完全可以像視頻一樣倒放，但是在現(xiàn)實的復(fù)雜系統(tǒng)中，人們沒有觀測到時間可以倒流的經(jīng)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(jù)相對論的運動物體時間延緩效應(yīng)，在飛船上只過了一年，而我們在地球上可能已經(jīng)過了100年。當(dāng)再回到地球的時候，就相當(dāng)于穿越到了未來;或者通過生物學(xué)或醫(yī)學(xué)手段，把自己冷凍起來，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，從技術(shù)上來說并不困難，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。”

電影中時間倒流情節(jié)不可能實現(xiàn)

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(zhàn)爭，而是一場時間之戰(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”，神奇的時間逆轉(zhuǎn)也就發(fā)生了。

“物理上用‘熵’表示一個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)展、越來越混亂的熵增過程。

在一個封閉系統(tǒng)中的熵必隨時間而增加，這是物理學(xué)的一個基本定律。如果在一個開放的局部系統(tǒng)中，系統(tǒng)外面還有一個更大的系統(tǒng)，熵是可以減少的。這是人們能活著的原因?；钪?，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(huán)境中，通過進食補充負(fù)熵，使身體更有秩序。

“在一個封閉的系統(tǒng)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(lián)系起來了。”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(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。唯一能實現(xiàn)的途徑，只能是時間反演。因此在任何封閉系統(tǒng)內(nèi)的逆熵可以等價于該系統(tǒng)的時間倒流。

但這部電影中的情節(jié)在現(xiàn)實是不可能實現(xiàn)的，因為宏觀世界無法形成一個不與外界交換的封閉系統(tǒng)。在電影里，主人公身處正向時間，通過旋轉(zhuǎn)門就來到逆向時間的熵減空間。于是汽車倒著開，子彈也是反著飛，所有的運動都是反的。呂宏質(zhì)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于逆向時間。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(tǒng)，怎么去分割?這種情節(jié)設(shè)計在宏觀系統(tǒng)上不可能成立。”

不過，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去，要么就是穿越到未來。“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，這是很有意思的游戲角度，但是現(xiàn)在從物理上來說不太可能實現(xiàn)。”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(xué)家約翰·惠勒最早提出來的，惠勒想象，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(xué)中一個奇怪的現(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缺陷，它無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)，但事實截然相反，正電子數(shù)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，并回到過去，見到了兒童時代的祖父，由于種種原因，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，那么你又如何在未來出生?無法在未來出生，那么又如何穿越回到過去殺死自己的祖父?

“在廣義相對論里，由于時空彎曲等原因，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里，不允許有違背因果關(guān)系的存在，即使有時空穿梭，也必須要滿足因果關(guān)系的對稱的自洽性。”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(guān)聯(lián)，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論的推論結(jié)果，而平行宇宙理論在得到實驗或想象實驗加以證實前，還只是一種純猜測。(記者 陳 曦)

關(guān)鍵詞： 時間逆轉(zhuǎn) 信條