《信條》劇照
近來影片圈最知名的風波，莫過分知名編劇克里斯托弗·諾蘭的影片《信條》的公映了。小編在驚艷的音畫療效和虛幻的劇情設(shè)定中暈頭轉(zhuǎn)向，回頭看見同學圈和各大社交平臺上也是一片“腦細胞用盡”的哀號……
在你們“難道讀書少就看不懂影片？”這種自我感慨的同時，小編拿著自己手中二刷的影片票，沒有一絲絲的懦弱的情況下打算先給自己充充電。抱著要深入理解影片，感受編劇的思想情感的出發(fā)點。（雖然是和男子伴顯擺我看明白了一點點……）經(jīng)過了小小的文獻督查與學者咨詢。明天來給你們講講《信條》之中我們須要了解的科學知識。
一、熵增定理的世界，令人絕望的真理
影片中有一個貫徹一直的設(shè)定與理論基礎(chǔ)。編劇將“熵”這一概念與時間相結(jié)合，設(shè)定了“熵增的方向與時間流逝的方向相同”這一指導思想。提及熵增定理，我們首先要了解一下熱力學的三大定理。
熱力學第一定理
熱力學第一定理：能量守恒定理：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(假如一個系統(tǒng)與環(huán)境孤立，這么它的內(nèi)能將不會發(fā)生變化。)能量既不能陡然形成，也不能陡然消失熱力學第一定律，它只能從一種方式轉(zhuǎn)化為另一種方式，或則從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程中，能量的總數(shù)不變。
能量守恒定理
在能量守恒定理提出之前，人類始終幻想著可以制造一種，不須要消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的神奇機器。這些機器被稱為“第一類永動機”隨著熱力學第一定理的提出，科學界也通過擲地有聲的真理，莊重宣告了第一類永動機幻想的徹底破滅。
熱力學第二定理
熱力學第二定理有幾種不同的敘述方式：
熱力學第二定理的熵敘述，也就是廣為人知的熵增定理：孤立熱力學系統(tǒng)的熵不降低，總是減小或則不變。拿來給出一個孤立系統(tǒng)的演變方向。說明一個孤立系統(tǒng)不可能朝低熵的態(tài)發(fā)展即不會顯得有序。
“熵”這一概念最早在1865年由英國化學學家克勞修斯提出。物理及熱力學中所指的熵，是一種檢測在動力學方面不能做功的能量總量。熵亦被用于估算一個系統(tǒng)中的失序現(xiàn)象。淺顯來說，熵指的是一個系統(tǒng)的混亂程度，熵值越大，系統(tǒng)越混亂。
熵增定理
1881年，法國的一位陸軍底盤設(shè)計師設(shè)計了一種神奇的機械，該裝置計劃可以借助海水的熱量將液氧氣化，氣態(tài)的氨推進機械的運轉(zhuǎn)。當設(shè)計師滿心歡喜的將機器樣機制造下來時，卻沮喪的發(fā)覺機器無法連續(xù)運轉(zhuǎn)。雖然這個機器是人類歷史上第一個成形的“第二類永動機”。由于氣化后的液氨在沒有高溫熱源存在的條件下難以重新液化，因此不能完成循環(huán)。熱力學第二定理的提出同樣從真理的角度，戳破了“第二類永動機”幻想的泡沫。
熱力學第三定理
熱力學第三定理也被稱為絕對零度定理。絕對零度時，所有純物質(zhì)的完美晶體的熵值為零。或則絕對零度(T=0K即-273.15℃)不可達到。熱力學第三定理的提出也在理論層面給與熵增定理最強有力的支撐。“熵”這一概念也被廣泛的應(yīng)用于自然科學的研究領(lǐng)域乃至百姓生活的方方面面。
絕對零度
熱力學第零定理
在三大定理以后，人們發(fā)覺三大定理的存在并沒有一個穩(wěn)定的地基支撐。于是科學家為了穩(wěn)固熱力學三大定理，定義了熱力學第零定理：假如兩個熱力學系統(tǒng)均與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡，這么它們也必將處于熱平衡。也就是說熱平衡是傳遞的。這一定理定義了“溫度”的概念。
熱力學第二定理也是熵增定理的基礎(chǔ)。他也被稱為任何化學定理的起點。好多科學家消極的說，熵增定理是讓宇宙明確，讓萬物都絕望的終極定則。古往今來，你我在內(nèi)的無數(shù)人都在思索著許多人生終極問題。宇宙的外邊是哪些？我們?yōu)楹尾荒馨l(fā)覺外星人？生命的意義又是哪些？萬事萬物的終極時刻是哪些樣。回望這一切人類雷人的思索，可能這個“熵增定理”真的能解決人類的幾乎所有疑惑。同時殘酷的是，這個定理讓人類平等，讓萬事萬物處于同一地平線。從某種意義上來說，人類改建宇宙，征服萬物的野心在這一定理下也會顯得靜寂。這也是最令人絕望的真理。
宇宙萬物都遵守的定則
薛定諤說過：“人活著就是在對抗熵增定理，生命以負熵為生！”。也有學者說：“如果化學學只留下一條定理，我會選擇熵增定理”。可見熵增定理的重要。他如同懸在人間的一把達摩克利斯劍，指導著萬物奔向熵增的方向發(fā)展，最終就會邁向熱寂。假如有三天月球毀滅了，我們?nèi)绾文茉谝粡埫蠈懴略虑蛭拿鞯娜烤A，讓其他文明曉得月球文明以前的存在？有學者回答道：我只須要寫下三個公式，1+1=2展示物理文明，愛因斯坦的質(zhì)能多項式以及熵的定義。
熵增定理包括所有生命與非生命的演進規(guī)律。你們有沒有這樣一種體驗，辦公桌倘若不拾掇都會越來越亂，充電線假如置于鞋子里都會亂作一團，筆記本倘若不清除垃圾文件會越來越卡，熱氣騰騰的拿鐵會越來越?jīng)觥６叛塾钪妫ㄌ栐趦?nèi)的所有星體還會自噬，最后宇宙歸于熱寂。
生活中的熵增定理
讓我們再來回顧一下這個令人絕望的熵增定理：孤立系統(tǒng)中，假如沒有外力做工，系統(tǒng)的總混亂度（熵）會不斷減小。
拆解這條定理，我們發(fā)覺三個非常重要的關(guān)鍵點：一個孤立的系統(tǒng)、無外力做功、總混亂度。熵可以被看做一種不可借助的能量，不可逆而且會不斷降低。從這兒就可以推理出剛剛所有問題的答案。星體必將湮沒，生命必將消失。物體從有序漸漸顯得混亂無序，這一定理，萬物無一幸免。
二、克服熵增的力量，時間倒流的方向
通常情況下，封閉系統(tǒng)總熵總是降低。這么一個普遍的規(guī)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。這些定義在理論上可以解釋，類似于學校階段學習過的向量映射，可以規(guī)定方向，并且數(shù)學含意尚不明確。須要進一步的論證。
這么，《信條》中時間倒流的設(shè)定。通過外界的努力，實現(xiàn)“熵減”從而做到時間倒流，這些假定可行么？
時間倒流
屋內(nèi)塵土越來越多，飄散一地。使用吸塵器花費電能使塵土集聚到吸塵器的集塵盒中。熵值減少了。而且很其實，吸塵器并沒有帶我們回到那種熱血傳奇，三國分天下的明朝末年。確切來說，一個可以導致熵減的機器，不一定可以引起時間倒流。
在《信條》中，“逆向炮彈”被看成了時間倒流的獨立個體，而周圍的所有景物的時間指向熵增的順水方向。這兒引用科學家的一個猜測：引用相對論中，在平坦的時間和空間內(nèi)，每一個時空點都有上下兩個光錐，上方的光錐，時間指向未來；下方的光錐，時間指向過去。而在引力的作用下，時空不再平坦，光錐發(fā)生倒轉(zhuǎn)，時間線閉合產(chǎn)生一個圈圈。這時侯，我們就可以回到過去了。
而倘若將熵定義為時間箭頭，就要賦于熵一個靠譜的數(shù)學意義。2010年科學家提出“熵力”的概念，熵降低的方向被定義為引力的方向。這兒的引力不僅僅是一個單純的互相斥力。把這個“熵力”假想成熵的互相作用。假想兩個物體之間有一個熵的分界線，隨著距離的降低，引力降低，分界線處熵值降低。兩個物體的熵值則一個降低的同時，另一個由于互相作用必然減小。而系統(tǒng)總熵降低，當距離無限小時，熵減的模型就有存在的可能性。這樣在熵減少的物體表面，也就存在著時間倒流。
影片中時空旋轉(zhuǎn)門下來的人是逆著時間運動的。《信條》中設(shè)定為反物質(zhì)。那反物質(zhì)有哪些科學基礎(chǔ)呢？通常來說，原子中質(zhì)子是帶正電荷的，電子是帶負電荷的，熵增方向是粒子的發(fā)展方向。而反物質(zhì)帶有著相反的極性電荷，電荷的互相作用致使反粒子具有熵減的可能。通常來說這些自發(fā)趨勢熵減的粒子，具有逆著時間運行的趨勢。這些時空倒流的粒子也是反物質(zhì)假說中的反粒子。當正反粒子互相對撞，類似于高能粒子對撞形成的巨大能量足以搗毀一切。所以影片中穿梭旋轉(zhuǎn)門的人穿上了厚厚的防護服，來分擔粒子對撞能量所形成的爆燃沖擊波。
《信條》劇照
作為一個懸疑連續(xù)劇，借助熵增定理和時間箭頭來給我們上演了一個時間倒流的魔幻戲碼，在感慨編劇腦洞大開，劇情天馬行空，超人想像力的同時，我們回頭瞧瞧所有的推測。所有影片中關(guān)于時間倒流的猜測，都在熵增定理上倏然而止。這個令萬事萬物絕望的鐵律，束縛著滄海星塵的發(fā)展與運行。并且，值得幸好的是，這一鐵律囚禁不住編劇的天馬行空，致使我們可以看見如此腦洞大開的懸疑作品，同時這一鐵律囚禁不住每一個追夢人改變時間，抵抗熵增的決心與野心。就是由于這份不服輸不認輸，讓我們?nèi)祟惿鐣陌l(fā)展進步升華。
三、對抗鐵律，做自己的“麥克斯韋妖”
要想克服熵增，實現(xiàn)熵減，就一定要開支能量，付出極其大的代價。夏季將室外的熱量帶走，須要花費讓無數(shù)家庭心碎的金錢就能換來的巨量電能；想在每晚晚上頂著清脆的鬧鈴早起盥洗去下班，就要克服巨大的早起氣來面對現(xiàn)實的冰涼和無情。雖然大多數(shù)人，都處于極其的“熵增”狀態(tài)，生活也都是一地雞毛。雖然我們長大成人的那一刻起，世界就越來越無序。
世界是殘酷的，并且人是具有主觀能動性的。我們每晚的工作的努力熱力學第一定律，莫非不也是一種很偉大的熵減運動么？每晚給自己擬定記得小目標，一件一件的完成，哪怕中途來了許多麻煩的事，我們也是安排時間，一個一個解決他。我們每一個人都是一個制造“熵減”的“機器”，為這個世界的熵增提供微不足道并且卻飽含意義的一點阻力。可能這一點阻力的實現(xiàn)，過程非常冗長，體驗非常苦悶。不過有時侯想一想，我們的努力實現(xiàn)了世界的“熵減”，讓宇宙的戰(zhàn)敗延后了一點點呢，是不是認為，我們的努力顯得意義非凡，神圣偉大和好多？
生命以負（chi）熵（fan）為生。而我們怎么做就能讓熵減實現(xiàn)呢？我們回到熵增定理的定義中：當有外力對封閉系統(tǒng)做功時，熵可能會降低；當封閉系統(tǒng)減小時，熵值也可能降低。這么我們努力熵（zhuan）減（qian）的基本技巧就是：努力開放系統(tǒng)，努力做對抗熵增的功。可能這個過程必將是苦悶的過程。例如說我們換了一個新的工作環(huán)境，必然會手足無措，恐懼不安。并且，這也是一個擴大封閉系統(tǒng)的過程。這個過程一定會造成一個熵減的趨勢。我們要在新的環(huán)境中努力工作，積極學習，拓展人脈。這種努力都是在給屬于你的封閉系統(tǒng)中做熵減的功。
動物長出翅膀，對抗熵增
熵減的過程，在物理上是一個非線性的過程。淺顯的來說，一開始一個微小的努力可能難以引起哪些顯著的進步，并且少于積累，量變弄成質(zhì)變，漸漸的你會發(fā)覺，一個微小的努力總有三天會導致指數(shù)級別的進步。其實你如今做的好多事情，對于你的生活和學習都沒有顯著的療效，并且別沮喪，只要你保持熵減的趨勢，總有三天你會迎來屬于你自己的開掛人生。
回首自然界，由于有了生命的存在，自然界的熵增過程才有可能發(fā)生減弱。尤其在人類這些高智能生物出現(xiàn)以后。提升系統(tǒng)的智能化也是實現(xiàn)熵減的優(yōu)秀渠道。可以說，宇宙的總熵還是幾乎不被影響的降低的，而且假如出現(xiàn)智能生命有熵減的趨勢，他周圍的環(huán)境必然出現(xiàn)大幅的熵增。所以，生命就要不斷的進化，優(yōu)勝劣汰適者生存。鳥兒進化出翱翔的翅膀，兔子進化出厚厚的盔甲。她們的進化也是在用自己的熵減對抗著環(huán)境的熵增。生命的進化史，也是對抗熵增的泣血史，同樣是自然選擇，適者生存的發(fā)展史，締造的月球的生物多樣性，建立了豐富多彩的大千世界。
小到個人，大到宇宙，沒有人可以躲過熵增定理。我們的宇宙由于幾乎不可能出現(xiàn)外界的能量輸入，所以總有三天，宇宙會一片靜寂。并且人類文明的出現(xiàn)實現(xiàn)了熵增趨勢的大緩解。在太陽熄滅之前，我們可以在科技發(fā)展的背景下實現(xiàn)星際移民。大膽猜測一下，美國化學學家弗里曼·戴森以前提出一種“戴森球”系統(tǒng)。通過巨大的“戴森球”將星體系徹底包裹，將星體的所有熱量鎖定在圓球內(nèi)，能量會被星體中的文明無限借助。
麥克斯韋妖
這兒，我們引用數(shù)學界的四大神獸之一——麥克斯韋妖。化學學中，假想的能偵測并控制單個分子運動的“類人妖”或功能相同的機制，是1871年由德國化學學家麥克斯韋為了說明違背熱力學第二定理的可能性而構(gòu)想的。麥克斯韋構(gòu)想了一個無影無形的精靈(麥克斯韋妖)，它處在一個袋子中的一道閘門邊，它容許速率快的微粒通過閘門抵達袋子的一邊，而不容許速率慢的微粒通過閘門抵達袋子的另一邊。這樣，一段時間后，袋子兩側(cè)形成溫差。這個妖怪其實不能自發(fā)形成，并且我們?nèi)祟愒缇陀心芰?gòu)建一個須要消耗能量的小妖精來實現(xiàn)熵減過程。雖然，我們每位人都是自己小世界的小妖精，每晚努力一點點讓自己的小世界顯得有序一下，也是人生的意義呀。
再回頭看一看《信條》這部燒腦的影片，可能也顯得稍為淺顯易懂一些。熵增定理難以改變，世界變化的趨勢不可逆轉(zhuǎn)，我們每位人也都是皚皚宇宙中被順流實行的一葉孤舟。并且換個角度來講，我們的小小努力就會成為引領(lǐng)世界進步的一份力量。所以我們要始終加油鴨！