《信条》：时间逆行秘密，解开了爱因斯坦生前最想解开的一个问题

前段时间，诺兰导演的《信条》，在国内上映了。

和任何一部科幻电影一样，设定往往是科幻迷相互撕逼的重灾区。

在信条的故事里面，科学家找到了一种办法能逆转物体的熵。

而熵的逆转会导致时间逆转，从而实现神奇的倒放效果。

看到这里，有些观众可能按捺不住了。诺兰，这不是欺负观众不懂物理吗？

在高中的化学课本中告诉我们，熵描述的是系统的混乱度，不单单针对一个物体。一般系统越混乱，熵就越高。

而在生活中，很多过程都可以降低环境中的熵，也就是让环境更有序。

比如水可以冻结成冰，周末大扫除，起床叠被子等等。

这些事实可以说明，系统熵虽然可以降低，但时间不可能倒流啊。

但电影里关于逆熵和时间倒流这些科学上的设定，这些没有什么大问题。

要知道，诺兰给信条请的科学顾问和星际穿越里的是同一位。

据说他给信条推算了好几页公式，肯定不能整出一个假的科学设定吧。不过要从原理上讲清楚，这个设定为什么还不错，其实并没有那么容易，需要从相关概念的科学史讲起。

什么是时间？

人天生就能感知时间，这是一种直觉和本能。你可以闭上眼睛体会一下时间的流逝，然后问自己一个问题：

你是如何感知到时间的呢？

无论你的答案是什么，最后都会归结于一个概念。

那就是：记忆。

作为一个平凡的人，人只能记忆起过去的事，而不能记忆起未来的事，这形成了一个天然的方向。

如果把过去的感受按照一定顺序排列起来，就构成了人感知的时间，也叫做心理学时间。

而心理学时间的局限很大，因为它是个性化的时间尺度。不同的人记忆不同，对时间的感知也不同。

那对于追求理性的科学家来说，这种感性主观的时间就很糟糕，而科学家们想找到一个客观的，不以人类意志转移的时间尺度。

最早的尝试来自于经典物理学，也就是牛顿老爷子用万有引力和三大定律搭建起来的物理学。

现在用这几条定律来描述一个小球的运动，想象一下，一个小球在光滑平面上滚动，小球没有受到外力作用，因此，小球将以恒定的速度一直滚动下去。

现在考验你物理的时间到了，假如小球滚动的一段位移，用L表示，小球经过这段位移的速度用V表示，那小球经历的时间T就是L除以V。就是用这种方式定义的时间。

无论是哪个人，用哪种姿势记录下这个过程，都能计算出相同的时间，也就是所谓客观的时间。

再假如把小球换成钟表，想象一下，用机械方法制造一根匀速转动的指针，然后你只要观察这个指针运动了多远的距离，你就能知道经过了多少时间。

然而经典物理学定义的时间是有缺陷的，想象一下，再一次回到那个小球。你可能以为小球是向右移动的，但实际上时间正沿着左方向流动，只不过是有人倒放了小球流动的视频，而你没有看出任何差别而已。

你会发现，这样的时间没有方向性，之所以会有这种问题，原因就在于经典物理学中物理过程完全是可逆的。

时间到底正流还是倒流，都不影响牛顿定律发挥作用，而两种时间流向是对称的，自然也定义不出时间的方向性。

这个事实的发现，让牛顿非常的不安，因为物理定律不完美了。

它不能解释这个世界为什么只有一个时间方向？牛顿作为一名基督徒，他最后在上帝那里找到了答案。

也就是说时间流动的方向是上帝规定的。但是科学发展向来不信邪，牛顿把上帝引进了物理学。

那后面自然也有科学家把上帝赶出去，给理性让出一个位置。

在牛顿去世123年后的1850年，科学家终于给时间找到了方向。这就是信条影评里都在说的热力学第二定律，也叫熵增定律。

这个定律由克劳修斯于1854年提出熵。根据这条定律，在一个跟外界没有交流的封闭系统中，这个系统会自动变得越来越混乱。

一个经典的例子就是纸牌。一副刚出场的纸牌按照顺序排列好，有序程度很高，但一旦开始洗牌，随着时间流逝，纸牌的顺序会越来越混乱。

这就很好的说明，自然界存在一种客观的趋势。人们利用这种无趣的趋势，就能定义时间流动的方向，这个方向被称作热力学时间箭头。

而热力学第二定律很好的定义了时间的方向，但这个定律的骨子里却包含着一个悲观的结论。

假如宇宙也是封闭系统，那宇宙会越来越混乱，最后达到一个混乱的终点，而热力学时间也会在此终结，整个宇宙一片死寂。

当然了，这是一种预言，这种预言让人非常的不舒服，于是有很多科学家就站出来了，试图撬动热力学第二定律的边界。

首先热力学第二定律看上去很符合我们的常识，但它只是宏观上用统计和概率建立起来的理论。

假如你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，是一个一个理想的小球，而这些小球统一遵守经典物理学的规律。

也就是说他们没有时间方向性，这很好的说明，用热力学第二定律建立的时间箭头，可能并不那么牢靠。

在拿纸牌来说，你看到纸牌变得越来越混乱，这其实只是一个概率问题，而纸牌混乱的概率远大于纸牌有序的概率。

人们把这当作自然界的铁律，其实只是人类短暂的生命观察不到纸牌会变得更有序罢了。如果你不停的持续洗牌，纸牌的顺序终究是有限的。

只要洗上足够多的次数，大概率就能洗回最初的状态，从大到小依次排好。

洗54张牌可能有点费劲，可以用10张牌来模拟。

洗到了100万次后，纸牌回到了最初的状态，从1排到10的状态。

这就是著名的庞加莱回归。

法国数学家庞加莱证明，在一个连续的物理系统中，只要经过足够长的时间，这个时间并不是无限的，系统一定能回归最初的状态，而回归需要花费的时间，就叫庞加莱回归时间。

而庞加莱回归是一个非常好的模型，它意味着在有限的若干年后，宇宙会回归到现在的样子。

人们能够拥有一模一样的来世，然后重新开始自己的人生。

那什么意思呢？这就意味着，若干年后，当你的生命即将走到尽头，那一刻你无需悔恨，因为在经过一场无法感知时间流动的长眠后，你将重新睁开双眼，再次看到你童年时期的那片星空。

这就是科学可以赋予的一种超越任何宗教承诺，实现令人发指的梦幻图景。

当然对于宇宙这样一个庞大的复杂系统，庞加莱回归时间可能超越人脑的想象，但这并不妨碍人在小范围内验证这种浪漫。

2018年科学杂志发表了一项研究，在一个包含了几千个粒子的多体系统中，研究人员观察到有限的庞加莱回归，并证明孤立系统可以自发的走向熵减。

但可惜的是，庞加莱回归并不能证明热力学第二定律是错的，它只能证明热力学第二定律有边界。

从宏观来看，热力学过程还是存在悲观的时间方向。不过热力学第二定律建立在经典物理的基础上。

要想跟热力学时间对着干，还得要看经典物理学大厦上的2朵乌云：相对论与量子力学。

因为这两朵乌云涉及到很多公式，普通人一般很难理解。

第1朵乌云是相对论。根据广义相对论的预言，宇宙从一场大爆炸中诞生，然后时空急剧膨胀，这个过程显然存在方向性，而时间从宇宙开端出发，沿着宇宙膨胀的方向指出一根箭头，这根箭头叫宇宙学时间箭头。

第2朵乌云是量子理论。遇事不决，量子力学。这在确定时间方向上也是一样的。

在1998年，欧洲原子能研究中心，发现正负k介子的转化在时间上不对称，而这也就意味着微观过程也具有方向性。

只要有方向，就可以定义一根时间箭头。

到目前为止，已经分享了4个时间箭头分别是：热力学时间箭头，宇宙学时间箭头，量子力学时间箭头，心理学时间箭头。

它们由不同的物理学支配，热力学箭头靠的是牛顿物理学，宇宙学时间箭头靠的是广义相对论，量子时间箭头靠的是标准模型，心理学时间箭头靠的则是玄学的记忆。

然而神奇的是，这4根看上去一点都不像的时间箭头，最后竟然都指向了同一个方向，就是你日常生活中感知的时间流动的那个方向，它们彼此之间还不矛盾，这也就暗示着它们背后可能存在着某种更高层次的物理规律。

能把它们纳入一个框架下面，面对这种暗示，物理学家悄悄许下宏愿，物理学在未来一定要找到大一统理论，把整个宇宙统一到一起，再把4根时间箭头搓成一根。

而爱因斯坦生前最后一次演算，就和大一统理论有关，可惜一番演算过后，爱因斯坦还是失败了，当天晚上他就带着遗憾去世了。

假如现在从大一统理论视角来看诺兰的电影，那逆熵带来时空逆转就可以理解了。

《信条》里面逆熵，逆转的不仅仅是数值，而是终极的物理规律。

在这一方面，诺兰并不是第1个开脑洞的人，而霍金是研究黑洞的专家，由他推导出的霍金辐射改变了人类对黑洞的想象。

从黑乎乎的一个球，变成戴帽子的一颗球，正因为他对黑洞了解很深，霍金认识到黑洞的形成，可能很像宇宙膨胀的反演，也就是宇宙探索坍缩。

在黑洞里面，宇宙学时间箭头跟黑洞外面是反的，这也就说明其它时间箭头，很可能也是反着来的。

假如黑洞里面有生物生存的话，那么它可能在过去死亡，然后以复活的形式降生，然后越来越年轻，最后以一个婴儿的姿态离开这个世界。

1998年刘慈欣在科幻世界上发表了坍缩，里面也开过类似的脑洞。小说中的大刘御用科学家丁仪，在晚年创立了大一统理论。

实现了爱因斯坦的梦，根据统一理论的预言，宇宙将在小说时间线当天的凌晨1时24分17秒走向坍缩。

而在坍缩前的几小时里，科学家丁仪把在场的人都得罪了一遍，就在大家越来越生气的时候，丁仪却无所谓的说，这些事很快就会从过去变成未来，流倒光时。

时光倒流看上去只是有点反常识的科幻点子，但它其实触及到人类文明中最根本的东西。

比如，《信条》电影里面反复提到的信条到底是什么？

要想回答这个问题，你就必须跳出电影外面，站在思想史，哲学史和科学史的高度上，重新审视时间对于人们意味着什么？

曾经有一篇研究论文，这篇研究论文中讲了一个“因果律”。

什么是因果律呢？

即任意宇宙状态都是其之前宇宙状态积累的结果，任意运动状态就是其前运动状态积累的结果，即什么样的因，对应什么样的果，其具有最为广泛的普遍性。

而因果律，撑起了人类文明的根基。因为人类是因果律的子民。

比如，你做好事，所以下辈子应该上天堂；秋天到了，所以树叶黄了；下雨了，所以该收被子了；他很好，所以我们相爱了。

人类生活在因果律之国，运用因果律，忠贞不渝的遵从因果律，但是随着人类探索微观世界，人类发现微观是一个如此奇怪的领域。

种种发现和实验结果，似乎一直在诱惑人们，放弃对因果的坚持，去重构一套物理理论。

但这个问题不会这么简单，而问题在于，人类能放弃因果律吗？

人类虽然习惯用因果关系思考问题，但却很少思考过因果律对于人们意味着什么？

这个问题并不新鲜，18世纪的欧洲哲学界就经历过一次危机，英国经验主义哲学家休谟提出了一个命题：因果律不存在。

休谟举了一个著名的太阳晒石头的例子，一般来说，人们会认为太阳晒是石头变热的原因，但休谟表示，这是真的吗？我不信。

休谟说：我是一个老实人，有一说一，看到什么说什么，我只看到太阳晒是一个事实，石头热是一个事实，但并没有看到太阳把石头晒热这样一个因果链条。

你看到了吗？

人以为的因果关系是怎么来的呢？

其实只是印象多次重复形成的幻觉而已，因为人的眼睛总是看到太阳晒和石头热两种现象，最后人脑形成了一种习惯性的联想，这里面并没有什么铁打不动的因果律，仅仅是一种心理印象罢了。

不要以为休谟不懂科学，在他活跃的年代，牛顿力学已经传遍了整个欧洲，成为一种潮流，贵族主妇都以扯两段运动定律为荣。

而休谟正是因为了解科学原理，才能提出这样一个问题。

现在是21世纪，科学对于太阳晒石头的问题，已经走得很深入了，人类有核理论解释太阳怎么释放能量，电磁理论解释太阳怎么传播能量，分子动理论解释石头热起来是怎么回事。

但所有这些努力，不过是让现象更加细化了，并没有回应休谟的质疑。如果把一个个科学原理都拆解开来，你会发现背后的结构其实是共通的。

都是：发现现象--推理因果--验证因果。

这和发现太阳和石头，推理太阳把石头晒热了，没有本质区别。

至于这些因果推论，为什么总能奏效？这个是不知道的，可能只是巧合罢了。

刘慈欣在《三体》1里面引用两个故事。

一个是射手假说。

有一名神枪手在一个靶子上，每隔10厘米打出一个洞，设想这个靶子上生活着一种二维智的生物，它们中的科学家在对自己的宇宙进行观察后，发现了一个伟大的定律：每隔10厘米单位，必然会有一个洞，它们把这个神枪手一时兴起的随意行为，看成自己宇宙中的铁律。
刘慈欣在《三体》1

另一个是农场主假说。

一个农场里有一群火鸡，农场主每天上午11:00来给它们喂食，火鸡中的一名科学家观察这个现象，一直观察了近一年都没有出现例外，于是它也发现自己宇宙中的伟大定律：每天早上11:00，就有食物降临。它在感恩节早晨向大家宣布了这个定律，但这天早上11:00食物没有降临，农场主进来把它们都捉去杀了。
刘慈欣在《三体》1

这两个故事的内核都差不多，都是高级文明随意而为，却被低级文明当作宇宙的铁律，这其实不是什么21世纪的时髦理论。

在18世纪就已经被休谟提出来了，休谟质疑因果律，其实在挑战整个西方的思想体系，而且是降维打击，假如因果律不存在了，那至少有两个东西也跟着不存在了。

第一，科学不存在了。

而科学研究的是世界万物运行的道理，假如世间万物都是一堆散装的印象，彼此之间不能用确定的因果关系连接起来，那科学还研究个什么劲呀？

第二，法律不存在了。

而法律存在的前提是，人要为自己的行为负责，既然不能证明人的行为存在后果，那人怎么制定法律呢？

不得不说，休谟这套怀疑论很可笑呢，站在实用主义的立场，那它几乎没有实际的威力。

即便人从未反思过因果律，生活也能过得很好，很有秩序，但如果你关心终极问题，关心明天的世界会怎么变化？那就跟只考虑未来，不关心现在，没有任何意义啊。

有人问休谟，既然你不相信因果，那你饿了为什么要吃面包而不是吃石头呢？

而休谟也没有抵抗，直接就躺下了。他承认他的理论在实践中没有什么价值，但你能证明他在理论上有漏洞吗？

事实证明，怀疑论者只要躺得足够快，就没人能驳倒他们。

作为信仰实践的中国人，人可能不去关心这种纯理论的问题，但18世纪的欧洲人不一样，他们信上帝是要认死理的。