《天能》難以理解的物理學世界

 近日在炒熱的一部荷里活電影《天能》,相信喜歡科幻片的人一定不會錯過,若果大家有看過預告片中大量的時間倒轉,這其實是有科學根據,電影中也明確講出這奇異現象是關繋到熱力學第二定律。導演及編劇諾蘭在其執導的幾部電影中,經常使用科學理論或數學原理來增加電影的說服力。例如,在《星際啟示錄》一片中,使用了相對論、多維空間、蟲洞、重力場等物理元素來貫穿。

 《天能》的英文片名是《TENET》,明顯地說出物理學中的重要槪念,這就是對稱性。當一個物理系統具有對稱性,就會同時具有一個守恒量。

 導演諾蘭選取了英文片名(TENET)這一詞,其出處來自於龐貝古城遺址中的一塊石板,這稱之為薩托方塊(SATOR SQUARE)。這些相同的文字也出現在意大利、英國、敘利亞、法國等地方的教堂中。

 這方塊中出現了五組文字,分別是SATOR、AREPO、TENET、OPERA、ROTAS。如果由左上往右下畫出一條直線,可以發現文字方塊在這條對角線的兩側是呈現對稱的;如果將文字旋轉一百八十度,也是可以出現跟原來文字一樣的排列;再者,無論以圖中橫寫或是直寫的TENET為轉軸,把文字做鏡射反映的話,可以發現文字就像轉了九十度一樣,但是那五組文字還是出現在方塊中,只是順序倒過來。當筆者看到這塊石板,然後按照上文來看這石板圖片,也驚歎這文字組合獨特的對稱性。

 電影中第二個物理學槪念就是熱力學第二定論,筆者不禁在想,欣賞一部電影可以使觀眾邊看邊頭痛,因為本身熱力學就是很深的學問,並且是論及宇宙萬物的運行法則,簡單來說,這定律要表述的是熱力學過程的不可逆性,一旦發生就無法回頭,好吧!以下我們就來點高深的解釋。

 要量化這個過程的指標稱為「熵」,當一個孤立系統逐漸朝向熱力學平衡,如冰溶化、燃燒木頭,煮熱食物等,熵都會變大。隨著可作功的能量轉化為不可作功能量,熵就會增加,而系統也就會越混亂,以此測量一個封閉系統的混亂程度。在我們身處的世界中,萬物都傾向朝最大熵前進。比方說,把宇宙視為一整個巨大的孤立系統,熵狀態永遠只會增加,不會減少,亂度也會越來越大。所以熵的測量可視為一種時間的指標,因為它永遠朝向一個目標。旣然視為「定律」,代表目前我們無法違反這個原則,但當代物理學家開始發現這定律的漏洞,找到可以在孤立系統中逆轉熵的契機。

 電影中就是說了這個核心理論,若果能夠逆轉熵的變化,人們就可以於時間線上逆行而上。幸好筆者沒有對電影進行劇透,只是搜集了電影中相關的物理學資料,這樣可以導向觀眾循科學角度去看《天能》,但一般人可能需要看第二次才能明白電影是怎樣運行。◇ (李君慧)