熵增能否确定时间的方向
——《信条》中的科学问题(中)
□ 陈思进
超越时空
在上文《熵减会引发时间倒流吗——《信条》中的科学问题(上)》中，我谈了诺兰的新科幻大片《信条》中最主要的科幻设定——熵会随着时间的流逝自然增加，但并不是说，熵减会引发时间的倒流，熵和时间并不是这样对应的。
不过，后来又了解到，诺兰的《星际穿越》的科学顾问基普·索恩，也是《信条》科学顾问，据说，他给《信条》中时间逆行的设定推算了好几页公式，也就是说，就像《星际穿越》快结束时的那一幕——主人公父亲跳进黑洞，穿越时空，将信息传给远隔万千光年之外的地球上的女儿——一样，熵减引发时间的倒流至少在理论上是可行的。
, http://www.100md.com
对此，让我们从时间讲起。
人，生而就能感知时间。请大家闭上眼睛，体会一下时间的流逝，问自己是怎样感知它的，无论如何最后都将归结于记忆。不过，作为凡人，我们只能记得过去的事情，并不能“记”起未来的事。因此，我们所感知的时间(也叫“心理时间”)，具有一个天然的方向——从过去到未来。
但对于追求理性的科学家来说，这种主观感性的时间很“糟糕”，得找到一个客观的、不以人类意志为转移的时间尺度。于是，出现了经典物理学上用物体的位移距离(一般用s表示)除以速度(v)，就能得到经历的时间(t=s/v)。以这种方式定义的时间，无论哪个人用哪种姿势来记录这个过程，都能计算出相同的时间，即客观时间。
然而，经典物理学定义的时间有一个缺陷——没有方向性，原因是经典物理学中的物理过程是可逆的，时间的正流或倒流都不影响牛顿定律发挥作用。而这个问题一直困扰着牛顿，最后不得不求助上帝，说时间流动方向是上帝规定的。
, 百拇医药
直到牛顿去世123年之后的1850年，科学家终于给时间找到了方向，这就是我之前多次提到的热力学第二定律——熵增定律。
不过，熵增定律在骨子里暗示了宇宙终极命运的一种假说——热寂——再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在，宇宙最终将一片死寂。这种预言让很多科学家很不舒服，并试图改变这种宿命。他们提出，热力学第二定律看似很符合我们的常识，却只不过是宏观上用统计和概率建立起来的理论而已。假如我们仔细观察教科书上的热力学系统，就会发现这个系统的组成单元，仍然是一个个理想的小球，而且还都是遵循着经典物理学的规律。也就是说，它们没有时间的方向性。这说明了熵增定律的时间箭头可能也并不那么牢靠。
法国最伟大的数学家、理论科学家和科学哲学家亨利·庞加莱甚至提出：宇宙会回到原来的一个状态，只要时间足够长。因为，从宇宙的尺度上来看，时间是无穷的，而宇宙中的粒子总数又是有限的，所以只要经过足够长的时间之后，宇宙中的所有粒子总会回到以前的某一状态。这样一个周期就称为一个“庞加莱回归”。
, 百拇医药
2018年3月，维也纳大学的研究人员成功地在一套多粒子量子系统中，证实了一种“庞加莱回归”现象，其研究结果已在《科学》期刊上发表。
用一个我们可见的事件来比喻吧：一副乱序的扑克牌，重新洗牌N次(只要N足够大)，便可以整理到买回来时的顺序，因为排列的数量总是有限的。有电脑程序的演示，将10张扑克牌洗牌100多万次，就能回到最初的排序。
由此推论，尽管概率几乎为零，时间倒流也不是100%绝对不可能的。这样看来，诺兰将其作为《信条》的科幻设定倒也没毛病。
接下来，再谈一下“祖父悖论”——一种时间旅行的悖论。法国科幻小说家赫内·巴赫札维勒在他1943年的小说《不小心的旅游者》中，最先提出了“祖父悖论”，情景如下：
假如你回到过去，在自己父亲出生前把自己的祖父母杀死，但此举动会产生一矛盾的情况：你回到过去杀了你年轻的祖父，祖父死了就没有父亲，没有父亲也不会有你，那么是谁杀了祖父呢？ 或者也可以看作：你的存在表示，祖父没有因你而死，那你何以杀死祖父？
, 百拇医药
这就是祖父悖论。很显然在《信条》中，祖父悖论的问题也没有获得妥善解决。
而解决祖父悖论最好的办法，迄今为止，还只能用量子力学中的“老梗”——平行世界才能自圆其说。
物理学家大卫·多伊奇认为，也许世界是由无数个量子平行宇宙所组成，当某人回到过去杀你的祖父母时，此人杀的其实是另一个宇宙的人(或者你的这个举动也可以创造一个新的平行宇宙)，而此人的“祖父”或“祖母”的死，只会使那个平行宇宙的此人不再存在，而这个平行宇宙的此人(那个平行世界中此人的counterpart，副本)则平安无事。
在《信条》中，诺兰显然也知道故事线陷入了祖父悖论之中，虽然也提到并解释了平行世界，可没有运用平行世界来推动这个故事，可能因为不搭吧。
下文再接着谈《信条》中多次提到、和时间倒流相关的反物质。
(作者系加拿大某国际财团风险管理资深顾问，科幻作家), http://www.100md.com
□ 陈思进
超越时空
在上文《熵减会引发时间倒流吗——《信条》中的科学问题(上)》中，我谈了诺兰的新科幻大片《信条》中最主要的科幻设定——熵会随着时间的流逝自然增加，但并不是说，熵减会引发时间的倒流，熵和时间并不是这样对应的。
不过，后来又了解到，诺兰的《星际穿越》的科学顾问基普·索恩，也是《信条》科学顾问，据说，他给《信条》中时间逆行的设定推算了好几页公式，也就是说，就像《星际穿越》快结束时的那一幕——主人公父亲跳进黑洞，穿越时空，将信息传给远隔万千光年之外的地球上的女儿——一样，熵减引发时间的倒流至少在理论上是可行的。
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对此，让我们从时间讲起。
人，生而就能感知时间。请大家闭上眼睛，体会一下时间的流逝，问自己是怎样感知它的，无论如何最后都将归结于记忆。不过，作为凡人，我们只能记得过去的事情，并不能“记”起未来的事。因此，我们所感知的时间(也叫“心理时间”)，具有一个天然的方向——从过去到未来。
但对于追求理性的科学家来说，这种主观感性的时间很“糟糕”，得找到一个客观的、不以人类意志为转移的时间尺度。于是，出现了经典物理学上用物体的位移距离(一般用s表示)除以速度(v)，就能得到经历的时间(t=s/v)。以这种方式定义的时间，无论哪个人用哪种姿势来记录这个过程，都能计算出相同的时间，即客观时间。
然而，经典物理学定义的时间有一个缺陷——没有方向性，原因是经典物理学中的物理过程是可逆的，时间的正流或倒流都不影响牛顿定律发挥作用。而这个问题一直困扰着牛顿，最后不得不求助上帝，说时间流动方向是上帝规定的。
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直到牛顿去世123年之后的1850年，科学家终于给时间找到了方向，这就是我之前多次提到的热力学第二定律——熵增定律。
不过，熵增定律在骨子里暗示了宇宙终极命运的一种假说——热寂——再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在，宇宙最终将一片死寂。这种预言让很多科学家很不舒服，并试图改变这种宿命。他们提出，热力学第二定律看似很符合我们的常识，却只不过是宏观上用统计和概率建立起来的理论而已。假如我们仔细观察教科书上的热力学系统，就会发现这个系统的组成单元，仍然是一个个理想的小球，而且还都是遵循着经典物理学的规律。也就是说，它们没有时间的方向性。这说明了熵增定律的时间箭头可能也并不那么牢靠。
法国最伟大的数学家、理论科学家和科学哲学家亨利·庞加莱甚至提出：宇宙会回到原来的一个状态，只要时间足够长。因为，从宇宙的尺度上来看，时间是无穷的，而宇宙中的粒子总数又是有限的，所以只要经过足够长的时间之后，宇宙中的所有粒子总会回到以前的某一状态。这样一个周期就称为一个“庞加莱回归”。
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2018年3月，维也纳大学的研究人员成功地在一套多粒子量子系统中，证实了一种“庞加莱回归”现象，其研究结果已在《科学》期刊上发表。
用一个我们可见的事件来比喻吧：一副乱序的扑克牌，重新洗牌N次(只要N足够大)，便可以整理到买回来时的顺序，因为排列的数量总是有限的。有电脑程序的演示，将10张扑克牌洗牌100多万次，就能回到最初的排序。
由此推论，尽管概率几乎为零，时间倒流也不是100%绝对不可能的。这样看来，诺兰将其作为《信条》的科幻设定倒也没毛病。
接下来，再谈一下“祖父悖论”——一种时间旅行的悖论。法国科幻小说家赫内·巴赫札维勒在他1943年的小说《不小心的旅游者》中，最先提出了“祖父悖论”，情景如下：
假如你回到过去，在自己父亲出生前把自己的祖父母杀死，但此举动会产生一矛盾的情况：你回到过去杀了你年轻的祖父，祖父死了就没有父亲，没有父亲也不会有你，那么是谁杀了祖父呢？ 或者也可以看作：你的存在表示，祖父没有因你而死，那你何以杀死祖父？
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这就是祖父悖论。很显然在《信条》中，祖父悖论的问题也没有获得妥善解决。
而解决祖父悖论最好的办法，迄今为止，还只能用量子力学中的“老梗”——平行世界才能自圆其说。
物理学家大卫·多伊奇认为，也许世界是由无数个量子平行宇宙所组成，当某人回到过去杀你的祖父母时，此人杀的其实是另一个宇宙的人(或者你的这个举动也可以创造一个新的平行宇宙)，而此人的“祖父”或“祖母”的死，只会使那个平行宇宙的此人不再存在，而这个平行宇宙的此人(那个平行世界中此人的counterpart，副本)则平安无事。
在《信条》中，诺兰显然也知道故事线陷入了祖父悖论之中，虽然也提到并解释了平行世界，可没有运用平行世界来推动这个故事，可能因为不搭吧。
下文再接着谈《信条》中多次提到、和时间倒流相关的反物质。
(作者系加拿大某国际财团风险管理资深顾问，科幻作家), http://www.100md.com