Objašnjena znanost načela: entropija, anihilacija i vremenska inverzija
Načelo, najnoviji trippy znanstveno-fantastični film iz Početak i Instellar redatelja Christophera Nolana, nudi jedinstven pogled na izlizani žanr filmova o putovanju kroz vrijeme - ali koliko je znanost u filmu čvrsta? Nolan je još jednom angažirao teoretskog fizičara Kipa Thornea, koji je služio kao savjetnik na Međuzvjezdani, savjetovati o scenariju i osigurati to Načelo bila usidrena u stvarnim zakonima fizike i vremena, dok je sa sobom uzimala i neke kreativne slobode.
John David Washington glumi protagonista, agenta CIA-e koji je unovačen u misterioznu organizaciju zvanu Tenet. Saznaje da se vodi rat iz budućnosti, gdje je izumljena tehnologija koja omogućuje objekte i ljudi da "obrnu", obrćući tok svoje entropije tako da putuju unatrag u vremenu umjesto naprijed. Tenet je također stvoren u budućnosti, a cilj mu je spriječiti antagoniste da pokrenu oružje sudnjeg dana koje će izbrisati i prošlost i sadašnjost.
Kako bi pomogli kinofilima da umotaju svoj mozak oko koncepata Načelo, Screen Rant razgovarao je s dr. Lucianom Harland-Langom, teoretskim fizičarom čestica na Sveučilištu Oxford. Konkretno, radi u području fenomenologije, primjenjujući teorijsku fiziku na stvarne podatke koji se prikupljaju na Velikom hadronskom sudaraču. I dok
Što je Entropija?
Entropija je termin u termodinamici koji se najjednostavnije definira kao mjera nereda. Što su čestice neuređenije, to je njihova entropija veća. Tekućine imaju veću entropiju od čvrstih tijela, a plinovi imaju veću entropiju od tekućina, a svemir s vremenom postaje sve kaotičniji. Matematičar James R. Newman je ovo nazvao "opći trend svemira prema smrti i neredu," dok je fizičar Arthur Eddington skovao prilično poetski izraz "strijela vremena." Harland-Lang opisuje entropiju kao "argument vjerojatnosti." Entropija zatvorenog sustava može se samo povećati tijekom vremena, nikada se ne smanjiti.
Zamislite jaje palo na tlo. Sve dok vrijeme ide naprijed, jaje se može razbiti (postati više neuređeno), ali se nikada neće reformirati kao cijelo jaje (postati manje neuređeno). Tok entropije jedina je stvar koja sprječava da se to dogodi, budući da su svi drugi relevantni zakoni fizike simetrični: sve što se može dogoditi naprijed može se dogoditi i unatrag. "Ne vidite jaja kako se reformiraju na tlu i skaču natrag, ali dovedena do logičnog zaključka, fizički gledano, to bi bilo dopušteno zakonima fizike“, objašnjava Harland-Lang.
Zbog ove simetrije zapravo postoji mogućnost različita od nule da bi se jaje moglo samo popraviti. Da bi se to dogodilo zahtijevalo bi kretanje svih molekula zraka i tla - kroz koje se zvučna i toplinska energija jajeta nosili su se kada je prvotno puklo na tlu - događa se obrnuto smjer. Ali za svaku molekulu u jajetu i njegovu okolnom okruženju postoji vrlo malo načina da se jaje reformira, a milijarde i milijarde i milijarde načina da ostane razbijeno. Vjerojatnost je toliko velika u korist da ostanete razbijeni i protiv reformiranja da nikada nećete vidjeti reformu slomljenog jajeta. Iz istog razloga nikada nećete vidjeti kako se metak izvlači iz zida i vraća se čisto natrag u pištolj ili vidjeti kako se automobil savršeno popravlja nakon sudara. "Zapravo je nula vjerojatnost da će se to dogoditi“, kaže Harland-Lang. "Ali nije nula. Tako možete zaobići ovaj paradoks da bi se, tehnički gledano, mogle dogoditi sve ove stvari koje niste navikli vidjeti. Jednostavno ne bi."
U proizvodnim bilješkama za Načelo, Nolan kaže da se film temelji na ideji "da ako biste mogli invertirati tok entropije za objekt, mogli biste obrnuti tok vremena za taj objekt." Iako ne tvrdi da je film znanstveno točan, kaže da je utemeljen na "vjerodostojna fizika." Nakon što je pogledao film, Harland-Lang se više-manje slaže s tom ocjenom: "Nije 100 posto utemeljeno u znanosti. To je nekako inspirirano njime ili analogija s njim." Kad biste mogli obrnuti tok entropije za jaje, jaje ne bi doslovno počelo putovati unatrag u vremenu. Ali entropija i vrijeme su tako snažno povezani da ako ljudi vide kako se razbijeno jaje ponovno sklapa, skočite od tla i vratite se na kuhinjski pult, izgledalo bi kao da se vrijeme pomiče unatrag za jaje.
Teorijska fizika u tenet
Načelosredišnja ideja o ljudima i predmetima kojima je vrijeme obrnuto, temelji se na teoriji fizičara Richarda Feynmana i Johna Wheelera. Oni su zapravo izostavljeni u filmu kada Neil razmišlja o značenju inverzije i o tome što rade okretnice, iako je to crta za odbacivanje koju je lako propustiti. Konkretno, Neil se poziva na Feynmanovu i Wheelerovu ideju da bi pozitroni mogli biti elektroni koji se kreću unatrag u vremenu.
Elektroni su čestice koje imaju negativan naboj, a pozitroni su antičestice koje imaju istu masu kao i elektroni, s jednakim, ali suprotnim pozitivnim nabojem. Postoje i druge vrste antičestica koje odražavaju druge vrste čestica, poput antineutrona i antiprotona. Zajedno te antičestice poznate su kao antimaterija. Pozitroni se mogu naći u prirodnim pojavama poput kozmičkih zraka ili se mogu stvoriti u akceleratoru čestica poput Velikog hadronskog sudarača. Strukturno su zrcalna slika elektrona, a Feynman-Wheelerova teorija postavlja da ako uspjeli ste natjerati strelicu vremena da maršira unatrag za elektron, to bi izgledalo kao pozitron. Krećući se unatrag kroz vrijeme mogao bi koegzistirati zajedno sa svojim bivšim ja, ili se čak sudarati sam sa sobom.
Načelo mudro se ne zaglavi previše u objašnjavanju svega ovoga. Umjesto toga koristi ideju vremenskog rata i strojeva koji omogućuju ljudima da obrnu smjer u vremenu kao analogiju za Feynmanov i Wheelerov model. To se posebno vidi u dvjema verzijama scene borbe u Oslu Freeportu, gdje se Protagonist bori protiv tajanstvenog izokrenutog čovjeka za kojeg se kasnije otkrije da je on sam. Prikazujući scenu borbe dvaput, Načelo mijenja naše razumijevanje onoga što vidimo. Prvi put publika misli da su protagonist i čovjek s kojim se bori dvije različite osobe. Drugi put shvaćamo da vidimo istu osobu u različitim stanjima postojanja. Ovo je ono što su Feynman i Wheeler predložili: da ono što percipiramo kao česticu i antičesticu zapravo može biti ista čestica koja se kreće i unaprijed i unatrag u vremenu.
Iako je teorija iza ovoga znanstveno utemeljena, Harland-Lang upozorava da Feynman i Wheeler nisu bili doslovno tvrdeći da je svemir pun obrnutih čestica koje putuju kroz vrijeme - samo da bi teoretski mogao biti. "U osnovi, pozitron je stvar koja se kreće naprijed u vremenu“, pojašnjava. "Nije kao da se putovanje kroz vrijeme događa svaki put kad vidimo pozitron u svijetu." Teorija je uređaj za tumačenje onoga što vidimo kada gledamo elektrone i pozitrone, i Načelo prevodi to zamjenom čestica i antičestica s ljudima i obrnutim ljudima.
Što rade Turnstiles
Učinak okretnih vrata u Načelo nije individualno invertirati svaku česticu u tijelu osobe. Ako bi to učinili, protagonist bi se pretvorio u antimateriju i eksplodirao bi u kontaktu s vanjskim svijetom. U reakciji poznatoj kao anihilacija, sudar materije i antimaterije rezultira uništenjem obje čestice (na primjer elektrona i pozitrona) i oslobađanjem energije. Ovo smo ikada vidjeli samo na atomskoj razini, ali povećanje njegovog destruktivnog potencijala bilo bi razorno.
Harland-Lang upućuje na radnju o Anđeli i demoni, u kojem bomba koja sadrži samo jednu osminu grama antimaterije ima dovoljno vatrene moći da raznese Vatikan. "Nisam sjeo i izračunao“, kaže Harland-Lang. "Ali mislim da bi količina energije koju bi jedna osoba u potpunosti uništila s ostatkom svijeta uništila cijeli svijetDoista, ako bi se čovjek od 200 funti poput protagonista pretvorio u antimateriju, rezultirajuća eksplozija bila bi ekvivalentna oko 3800 megatona TNT-a. Da to stavimo u perspektivu, najmoćnije nuklearno oružje ikad stvoreno i testirano - SSSR-ova Car Bomba, čija je detonacija razbila prozore i uronila u krovove stotinama milja od zone eksplozije - imao je učinak od 50 megatona. Od Načelo ne završava tako da protagonist eksplodira u trenutku kada izađe van nakon što je preokrenut, sigurno je reći da okretne otvore ne stvaraju antimateriju.
Čini se da ono što zapravo rade je stvaranje zatvorenog sustava u kojem tijelo osobe nastavlja doživljavaju normalnu entropiju, ali su sposobni kretati se unatrag kroz vrijeme unutar svog mjehurića zatvoreni sustav. Zamislite to kao stvaranje malog svemira veličine protagonista u kojem vrijeme teče u suprotnom smjeru od većeg svemira. Ako je Protagonist prošao kroz okretnicu i ostao obrnut jako dugo, od normalnog perspektivi izgledao bi kao starac koji čudesno prkosi drugom zakonu termodinamike dobivajući mlađi. Unutar svog zatvorenog sustava, međutim, on bi normalno stario.
Svi obrnuti objekti u Načelo dijele svojstva ovog zatvorenog sustava, što im omogućuje interakciju. Protagonist mora dobiti obrnuti spremnik kisika koji sadrži obrnuti zrak kako bi mogao disati, jer bi mu bilo nemoguće udisati zrak koji doživljava suprotan protok vremena da mu. Također je važno da su ulaz i izlaz iz okretnice na različitim mjestima, jer da su na istom mjesto onda bi se osoba koja ulazi u okretnicu sudarila sa svojim obrnutim ja izlazeći iz njega i stvari bi postale neuredan. Ali što ako umjesto stvaranja zatvorenog sustava unutar svemira, preokrenete tijek vremena i entropije cijelog svemira? To je gdje NačeloDolazi oružje sudnjeg dana.
Algoritam i poništavanje
Prvi put kada protagonist prolazi kroz okretnicu Načelo, on je upozoren da ne stupa u interakciju sa svojim kolegom koji se kreće naprijed jer bi, poput sudara elektrona i pozitrona, njihovo dodirivanje rezultiralo uništenjem. Opet, ovo je više analogija znanosti nego što je znanstveno točna. Da je tijelo protagonista pretvoreno u antimateriju onda bi on doista uništio ako bi dotakao svoje neobrnuto ja, ali bi također uništio ako bi dotakao bilo koju drugu vrstu materije. Kao što Harland-Lang objašnjava, "Svaki elektron je u biti identičan i svaki elektron ako se susreće s bilo kojim drugim danim pozitronom bi anihilirao." Elektroni u tijelu protagonista se ne razlikuju od elektrona u Neilovom tijelu, ili u Satorovu, ili elektronima u zraku svuda oko nas.
Uništavanje je također u srcu Načeloje MacGuffin: zdepasti metalni oblik od devet dijelova nazvan Algoritam. Objašnjava se da je isti znanstvenik koji je u budućnosti stvorio okretne otvore također otkrio način da preokrene cijeli svjetski tok entropije. Bojeći se što će njezini suvremenici učiniti s tim informacijama, podijelila je Algoritam na devet dijelova, preokrenula ih i poslala u prošlost. Učinak aktiviranog algoritma bio bi masovno uništenje. Svaka bi se čestica na svijetu istovremeno reflektirala u prošlost i naletjela na svoje prošlo sebstvo dolazeći na drugu stranu. Svi ti parovi čestica prestali bi postojati i došlo bi do oslobađanja energije u nedokučivim razmjerima - međutim, u teoriji, ova bi eksplozija bila usmjerena unatrag u vremenu, ostavljajući svijet nakon što se algoritam aktivira netaknuta.
Je li načelo znanstveno točno?
Veliko pitanje iz kojeg se publika može pojaviti Načelo je li film znanstveno točan ili nije. Možete li, invertiranjem tijeka entropije za objekt ili osobu, uzrokovati da se počnu kretati unatrag u vremenu od točke u kojoj su bili obrnuti? "Mislim, kratak odgovor je ne mislim tako, ne“, kaže Harland-Lang. Ali zamišljajući svijet u kojem biste to mogli učiniti, objašnjava on, Načelo postavlja neka zanimljiva pitanja o vremenu i našem iskustvu o njemu.
"Definitivno je otvoreno pitanje da li... iako, kao što sam opisao, entropija nam daje prirodnu koncepciju vremena intuitivno, je li to stvarno tako izravno povezano s načinom na koji doživljavamo vrijeme. To je jedno pitanje. Čak i ako je to slučaj, čak i ako su te stvari blisko povezane, ipak postoji vrijeme i ide naprijed."
Ovo nas vraća na ideju da je entropija vremenska strelica. Ako ste se izgubili u vremenu i niste imali pojma u kojem smjeru teče, mogli biste pogledati entropiju zatvorenog sustava. Smjer u kojem se povećavala entropija tog sustava bio bi smjer u kojem se vrijeme kreće naprijed. I zato što su naši putokazi za vrijeme koje prolazi – ljudi stare, jaja razbijaju, planine koje erodiraju – rezultat entropije, vrlo je teško odvojiti naše iskustvo vremena od našeg iskustva entropija. Nama se čine kao ista stvar.
Baš kao Međuzvjezdani ima za cilj precizno prikazati kako bi bilo da osoba putuje kroz crnu rupu, Načelo zamišlja kako bi bilo da osoba putuju kroz vrijeme unatrag. To dovodi do nekih prilično zapanjujućih scena borbe, ali je također fascinantan ulaz u neke puno veće ideje.
The Batman: Riddlerovo uhićenje dio je njegovog plana - objašnjena teorija
O autoru