这几天,小编的朋友圈和各类社交平台都被一部“爆炒脑花”影片的观后感刷屏。这些评论让买好票但还没去看的小编感到一丝丝恐慌。为了不在同去看电影的朋友面前露怯,小编求助一位从电影院出来、刚刚失去脑花的同学,希望他能在不剧透的前提下为我讲解疑难知识点。然后他露出蜜汁笑容:“剧透也没关系的,反正你第一遍肯定看不懂。”真的吗?真的有这么烧脑吗?
受到惊吓的小编忐忑地走进电影院,经历了两个半小时的头脑风暴之后,对比满脸问号的友人,作为一个日常和时间反演打交道的专(wu)业(li)人(cai)士(ji),小编露出了自信的微笑。为了让大家不仅去感受,更要试图理解这部电影,小编决定效仿片中的科学家,从热力学第二定律开始说起。
热力学第二定律有许多不同的表述,比如最经典的开尔文表述和克劳修斯表述。开尔文表述不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不产生其他影响。克劳修斯表述不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。除此之外还有普朗克表述和喀喇西奥多里表述等等,但不论表述形式如何,它们的本质都是相同的:揭示自然界中所存在的不可逆过程。
为了判断某一过程是否可逆,以及为不可逆过程的方向提供判断的标准,“天选之子”——态函数熵诞生了。“熵”的概念要追溯到几个世纪以前,那时人们发现燃烧反应所放出的能量中总有一部分由于耗散和损失、无法转化为有用功。早期由英国人萨维利、纽可门分别于1698年和1712年各自独立发明的蒸汽机,以及1769年法国人居纽制造的世界第一辆蒸汽驱动三轮汽车效率都很低下,只能将不到2%的输入能量转化为有用功输出。
在1870年,波尔兹曼通过分析体系中微观组分的统计行为、发展了熵在统计学上的定义。与此相关的一个著名关系式是波尔兹曼关系。这个关系式将热力学几率和熵联系起来,并给出我们所熟知的熵的统计解释:熵代表体系的混乱度(或无序度);热力学几率越大,也即相应的微观状态数越多,代表系统越混乱。
说到时间反演,常常被提到的一个例子就是电影的倒放,就好像《信条》预告片中射出的子弹以相反的动量沿着原轨迹回到枪膛。在经典力学的框架下,保守力场中的时间反演——或者说运动的逆转——是可实现的。假设一个粒子在保守力场中沿着一条确定的轨迹运动,运动方程为。
不同以往的科幻电影中,主角们往往乘坐一个时空机器回到过去,然后时间继续正向流动;诺兰创造了一个“门”,穿过门后,时间箭头掉转,世界沿着熵减的方向发展。主角们看到消防车喷出的水流回水管,救援人员倒着走离开现场,想要捡起一块未来的子弹,不能伸手去抓,而是要做出丢弃的动作。
从某种意义上讲,《信条》的这个设定相对来说更为科学——就像粒子必须沿着相同的路径运动同样的时间才能回到最初的起点,穿过时间“门”,你无法直接回到一天前,而是要沿着时间河流往回走上一天,告诉过去那个自己。