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意識能用量子物理學來解釋嗎

生活 更新时间:2025-02-06 20:53:30

信條構建了一種和以往截然不同的時間旅行方式,我們可以把時間現象成為一條滾滾向前的大河,它總是朝着一個方向不停地流淌,如果要進行時間旅行,在以前作品裡面都是把一個人從河裡撈起來然後空投到到另一個點。但是信條這部電影不一樣,它構建了回到過去的方式是讓這個旅行者像逆流而上的遊泳者一樣,自己對抗時間洪流直接遊到上遊。那麼問題來了,在信條裡,怎麼進行時間旅行。

為了解決這個問題,先科普一個關鍵物理學概念,也就是所謂的熵。我們先來說說熵這個字,熵是由一個火字旁和一個商人的商組合而成的。這個火代表它和熱量有關,這個商代表它是一個除法算式。那麼熵是什麼呢,其實是一個和熱量有關的除法算式。那到底是哪個除法算式呢?其實很簡單,就是熱量除以溫度。

知道熵的定義後,我們就可以在腦海裡做一個思想實驗。想象我們有兩個密封的正方形盒子,然後這兩個盒子裡各裝了一份有溫度的氣體。其中一份盒子裡它的氣體溫度比較高,另外一份盒子裡,它的氣體溫度比較低。現在我們把兩個盒子拼在一起,然後在中間打開一個小孔,讓氣體之間可以發生對流。現在問題來了,這個小孔一打開之後熱量該在這兩個盒子間如何傳遞呢?我們在日常生活中的經驗能夠告訴我們熱量肯定會從溫度高的盒子往溫度低的盒子流動。

但問題是為什麼會這樣呢?熵就可以很好地解釋其中的道理。我們剛才已經說過了,熵等于熱量除以溫度對不對,而熱量的傳遞遵循的是能量守恒定律。也就是說,一份熱量,隻能從一個盒子原封不動地傳遞到另一個盒子。所以一個盒子的熱量增多了,另一個盒子的熱量就會減小。所以熱量是固定不變的,我們就不去管它了。那有改變的是什麼呢?答案是溫度。

我們剛才已經說過了,兩個盒子裡一個盒子溫度高,另一個盒子溫度低。所以不管熱量是怎麼轉移,當熱量轉移的量是固定不變的時候,溫度高的那個盒子,因為它溫度比較高,所以你用熱量去除溫度,熵的改變量就比較小。而反過來,溫度比較低的那個盒子,用熱量去除以溫度以後,熵的改變就比較大。所以一份熱量發生轉移以後,總是會往溫度低的那邊轉移,原因就在于,轉移完之後,我們把兩個盒子看成一個整體的話,會發現它整體熵在增加。換句話說,這個物理過程,隻能是朝着使熵增加的方向進行。這個就是所謂的熱力學第二定律。

知道了熱力學第二定律,以後啊,我們就可以來聊一聊信條中獨特的時間旅行方式了。我們剛才已經說過,熱力學第二定律,其實揭示了一個時間箭頭的方向,在我們的這個世界裡,我們隻能從過去不斷地走向未來。同樣的道理,我們這個時間啊,熵隻能從比較少走向比較多。換句話說熵增加的方向和時間箭頭的方向其實是吻合的。所以信條就是構想未來的人,他們創造了一種自身的熵能夠不斷減少的特殊物資,也就是所謂的逆熵物質。然後他們構想,這個逆熵物質的時間箭頭,也和我們正常世界的時間箭頭正好反過來。換句話說,如果你制造出了逆熵物質,那麼你就可以讓它的時間箭頭發生翻轉。然後呢,作為逆熵物質,時間旅行者,就可以沿着時間的河流逆流而上,并走到過去的時刻。

那麼信條裡的構想的這種特殊的時間旅行方式在科學上時候站得住腳呢?答案其實不太站得住腳,因為我們剛才講熱力學第二定律的時候其實少說了一個很關鍵的前提,也就是說熵增加的現象隻适用于所謂的孤立系統。什麼叫孤立系統呢?就是一個完完全全與外界隔絕,不會發生任何物質或者能量交換的系統,這才叫孤立系統。如果不是孤立系統,那麼熵增加的這個現象就不會滿足了。

我舉個例子,著名的物理學家,虐貓狂人薛定谔就提出過這樣一個理論,所有的生命,本質上都是依賴于負熵而生。什麼意思呢,所有的生物都必須吃掉一些熵很小的食物,然後排出一些熵很大的新陳代謝的廢物。這樣一來,它才可以保證自身的熵一直維持在一個非常非常低的水平。換句話說,你看到的所有生物,當然也包括你和我在内,本質上我們都是自身的熵,不斷減小的物理系統。那麼我們的熵自發減小,是否違背了熱力學第二定律呢?答案是沒有違背,因為如果我們把我們和外部環境整個視為一個大的孤立系統的話,那麼這個大的孤立系統的熵,依然處在一個熵不斷增加的狀态。換句話說我們自身上的減小,是以周圍環境熵的增加為代價的,這才是熱力學第二定律的一個最為關鍵的一個特征。那麼問題來了,你覺得像你和我,我們這些熵本身就處于自發減少狀态的物理系統,我們可以逆轉時間箭頭的方向然後逆流而上遊到過去的某個時刻嗎?答案顯然是不可能的。

說到這裡,我們其實就可以來審視一下信條中的時間觀念了。信條中認為,未來人發明了逆熵的技術可以把一個人都變成一個逆熵物質。但問題在于,并沒有讓這個人和周遭的環境發生徹底的隔絕。舉個例子,信條裡的一個作戰方式,也就是時間鉗形攻勢,是要讓處于逆熵狀态的人,也就是時間逆行的人和時間正向的人發生接觸。這樣的話,才能夠獲取足夠的情報和信息。但是根據我們剛才說的知識,隻要他們一發生接觸,那些逆熵的人,就不再是一個孤立系統,那麼熱力學第二定律的時間箭頭的方向和熵增加的方向,這種一一對應的關系就被打破了。一旦這個關聯被打破,那麼指望靠着逆熵回到過去這樣一個設想自然也就行不通了。

那我們順便再說一下,信條裡提到的一個非常有意思的概念。在這個電影裡,構想了未來的人發明了一種機器,這種機器的提點是可以使整個世界都逆熵化。也就是說把整個世界都變成一個熵不斷減小的系統,逆熵的系統,和這個正熵的系統發生接觸後,會發生所謂的大湮滅,然後讓整個世界徹底毀滅。這也是信條中,反派所構想的毀滅整個世界的方式。這樣的你一個構想啊,其實借鑒了物理學的另外一個概念,也就是所謂的正反物質湮滅。

我們比較熟悉的物質,都是由原子構成的,對吧。那原子又是什麼構成的呢?答案是帶正電的原子核以及帶負電的電子所構成。在物理學上,其實有另外的一種物質,叫做反物質。反物質其實主體上啊,也是由反原子構成。而反原子是由帶負電的電子核以及帶正電的電子所構成。換句話說,它和我們說熟悉的物質正好是反過來的,當正反物質發生接觸以後啊,會發生所謂的湮滅現象。也就是說,正反物質一旦發生碰撞,他們所有的物質都會統統轉化為能量。這樣一來無論正物質還是反物質,都将不複存在。

所以啊,信條這部電影裡,就借鑒了正反物質湮滅的這樣一個概念,然後構想,如果正熵系統和逆熵系統,或者說正熵物質和逆熵物質發生接觸,那肯定會發生湮滅。這個在我們的現實生活中也是不會出現的,因為我們剛才說過,我們現實生活中的逆熵系統其實是有的,就是我們人類,我們人類本身,就是熵不斷減小的系統。那人類和普通的正熵世界發生接觸,肯定不會湮滅,對不對。與此同時呢,這也帶來了電影中的一個邏輯上無法自洽的bug。因為在電影裡啊,經常出現逆熵的人和正熵的人發生戰鬥或者打鬥的場面。換句話說,他們本來就已經發生接觸了,那在接觸的狀态下,他們為什麼沒有像電影裡設定的一樣,發生湮滅呢?這其實是電影裡無法自圓其說的這樣一個問題。

除此之外,這部電影還涉及一個科學上的悖論,也就是所謂的祖父悖論。在這個電影裡,真正想毀滅世界的元兇是未來的人。因為他們覺得現在的這些地球人,都很讨厭,把地球折騰得一塌糊塗,害的未來的人無法生活下去。所以他們就構想通過逆熵的這樣一個方式讓現在的世界發生毀滅,然後能夠給未來的人騰出生存的空間。這其實涉及到邏輯上的一個悖論,也就是所謂的祖父悖論,什麼意思呢?就是你構想,如果由于某種原因你可以回到過去,然後不小心害死你的祖父,你的祖父和祖母呢當時根本就沒有結婚生子,也就不會有你父親,沒有你父親自然就沒有你,而沒有你,你又怎麼回到過去,去無意間害死你的祖父呢?所以這就形成了一個典型的邏輯上的悖論。

好了,我們已經介紹了電影信條中提到的三個最關鍵的科學概念。也就是熵,正反物質湮滅以及祖父悖論。通過這樣一個介紹,我們其實可以注意到,在諾蘭拍過的所有科幻電影裡可能就屬這個信條是一部最軟的科幻電影。換句話說,它在科學本身的層面上面臨很多的問題。

來源:微博 王爽_宇宙奧德賽

意識能用量子物理學來解釋嗎(信條中的3個物理學概念)1

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