Razložena znanost načela: Entropija, izničenje in časovna inverzija
načelo, najnovejši trippy znanstvenofantastični film iz Začetek in Instellar režiserja Christopherja Nolana ponuja edinstven pogled na že obrabljen žanr filmov o potovanju skozi čas – toda kako trdna je znanost v filmu? Nolan je ponovno zaposlil teoretičnega fizika Kipa Thorna, ki je služil kot svetovalec na Medzvezdno, svetovati o scenariju in to zagotoviti načelo je bila zasidrana v resničnih zakonih fizike in časa, hkrati pa je s seboj vzela tudi nekaj ustvarjalnih svoboščin.
John David Washington igra glavnega junaka, agenta Cie, ki ga zaposlijo v skrivnostno organizacijo Tenet. Izve, da se vojna vodi iz prihodnosti, kjer so izumili tehnologijo, ki omogoča predmete in ljudje "obrnejo", obrnejo tok svoje entropije, tako da potujejo nazaj v času namesto naprej. Tenet je bil ustvarjen tudi v prihodnosti, njegov cilj pa je preprečiti, da bi antagonisti sprožili orožje sodnega dne, ki bo izbrisalo tako preteklost kot sedanjost.
Pomagati kinofilom, da svoje možgane zavijejo okoli konceptov načelo
Kaj je entropija?
Entropija je izraz v termodinamiki, ki je najpreprosteje opredeljen kot merilo motnje. Bolj ko so delci neurejeni, večja je njihova entropija. Tekočine imajo višjo entropijo kot trdne snovi, plini pa višjo entropijo kot tekočine, vesolje pa sčasoma postaja vse bolj kaotično. Matematik James R. Newman je to imenoval "splošni trend vesolja proti smrti in neredu," medtem ko je fizik Arthur Eddington skoval precej poetičen izraz "puščica časa." Harland-Lang opisuje entropijo kot "argument verjetnosti." Entropija zaprtega sistema se lahko sčasoma samo poveča, nikoli pa ne zmanjša.
Pomislite na jajce, ki je padlo na tla. Dokler se čas premika naprej, se jajčece lahko razbije (postane bolj neurejeno), vendar se nikoli ne bo spremenilo kot celo jajce (postane manj neurejeno). Tok entropije je edina stvar, ki preprečuje, da bi se to zgodilo, saj so vsi drugi relevantni zakoni fizike simetrični: vse, kar se lahko zgodi naprej, se lahko zgodi tudi nazaj. "Ne vidite, kako se jajca na tleh preoblikujejo in skačejo nazaj, ampak jih pripeljete do logičnega zaključka, fizično gledano, kar bi dovoljevali zakoni fizike.," pojasnjuje Harland-Lang.
Zaradi te simetrije dejansko obstaja neničelna možnost, da bi se jajčece popravilo samo. Da bi se to zgodilo, bi bilo potrebno gibanje vseh molekul zraka in zemlje - skozi katere se zvočna in toplotna energija jajčeca sta se prenašali, ko je prvotno počilo na tleh - pojavita se v obratni smeri smer. Toda za vsako molekulo v jajcu in njegovem okoliškem okolju obstaja zelo malo načinov, kako se jajčece reformira, in milijarde na milijarde in milijarde načinov, da ostane razbito. Verjetnost pretehta tako veliko v prid, da ostaneš zdrobljen in proti reformiranju, da nikoli ne boste videli reforme zlomljenega jajca. Iz istega razloga nikoli ne boste videli, da se krogla izvleče iz stene in se čisto vrne nazaj v pištolo, ali pa boste videli, da se avto po trku popolnoma popravi. "Dejansko je nična verjetnost, da se bo to zgodilo," pravi Harland-Lang. "Ampak ni nič. Tako se lahko izognete paradoksu, da se lahko, tehnično gledano, zgodijo vse te stvari, ki jih niste vajeni videti. Preprosto ne bi."
V proizvodnih opombah za načeloNolan pravi, da film temelji na ideji "da če bi lahko obrnil tok entropije za predmet, bi lahko obrnil tok časa za ta predmet." Čeprav ne trdi, da je film znanstveno točen, pravi, da temelji na "verodostojna fizika." Po ogledu filma se Harland-Lang bolj ali manj strinja s to oceno: "Ni 100-odstotno utemeljeno v znanosti. To je nekako navdihnjeno z njim ali analogija z njim." Če bi lahko obrnil tok entropije za jajce, jajce ne bi dobesedno začelo potovati nazaj v času. Toda entropija in čas sta tako močno povezana, da če ljudje vidijo, da se razbito jajce ponovno sestavi, skoči od tal in se vrnite na kuhinjski pult, bi bilo videti, kot da se čas premika nazaj jajce.
Teoretična fizika v načelu
načeloje osrednja ideja o ljudeh in predmetih, ki imajo obrnjen čas, temelji na teoriji fizikov Richarda Feynmana in Johna Wheelerja. V filmu so pravzaprav poimenovani, ko Neil premišljuje o pomenu inverzije in o tem, kaj počnejo vrtljivi krogi, čeprav je to črta, ki jo je mogoče zavreči, zlahka spregledati. Natančneje, Neil se sklicuje na Feynmanovo in Wheelerjevo idejo, da so pozitroni lahko elektroni, ki se premikajo nazaj v času.
Elektroni so delci, ki imajo negativen naboj, pozitroni pa antidelci, ki imajo enako maso kot elektroni, z enakim, a nasprotnim pozitivnim nabojem. Obstajajo tudi druge vrste antidelcev, ki odražajo druge vrste delcev, kot so antinevtroni in antiprotoni. Skupaj so ti antidelci znani kot antimaterija. Pozitrone lahko najdemo v naravnih pojavih, kot so kozmični žarki, ali jih ustvarimo v pospeševalniku delcev, kot je Veliki hadronski trkalnik. Strukturno so zrcalna podoba elektronov in Feynman-Wheelerjeva teorija trdi, da če ste lahko prisilili časovno puščico, da korakne nazaj za elektron, bi bilo videti kot pozitron. Če se premika nazaj skozi čas, bi lahko soobstajal skupaj s svojim nekdanjim jazom ali celo trčil vase.
načelo pametno se ne zatakne preveč pri razlaganju vsega tega. Namesto tega uporablja idejo o časovni vojni in strojih, ki ljudem omogočajo, da obrnejo smer v času, kot analogijo za Feynmanov in Wheelerjev model. To je še posebej vidno v dveh različicah prizora boja v Oslu Freeport, kjer se protagonist bori s skrivnostnim obrnjenim moškim, za katerega se kasneje izkaže, da je on sam. Pri dvakratnem prikazu bitke, načelo spremeni naše razumevanje tega, kar vidimo. Občinstvo prvič misli, da sta protagonist in človek, s katerim se bori, dve različni osebi. Drugič se zavemo, da vidimo isto osebo v različnih stanjih bivanja. To je tisto, kar sta Feynman in Wheeler predlagala: da bi to, kar zaznavamo kot delec in antidelec, lahko dejansko isti delec, ki se premika tako naprej kot nazaj v času.
Čeprav je teorija za tem znanstveno utemeljena, Harland-Lang opozarja, da Feynman in Wheeler nista bila dobesedno trdijo, da je vesolje polno obratno potujočih delcev - samo da bi teoretično lahko biti. "V bistvu je pozitron stvar, ki se premika naprej v času,« pojasnjuje. "Ni tako, da se potovanje skozi čas dogaja vsakič, ko na svetu vidimo pozitron." Teorija je naprava za razlago tega, kar vidimo, ko gledamo elektrone in pozitrone, in načelo to prevede tako, da delce in antidelce zamenja z ljudmi in obrnjenimi ljudmi.
Kaj počnejo Turnstiles
Učinek vrtišč v načelo ni posamezno obrniti vsak delček v človekovem telesu. Če bi to storili, bi se protagonist spremenil v antimaterijo in eksplodiral bi ob stiku z zunanjim svetom. V reakciji, znani kot anihilacija, trčenje snovi in antimaterije povzroči uničenje obeh delcev (na primer elektrona in pozitrona) in sproščanje energije. To smo kdaj videli le na atomski ravni, vendar bi bilo povečanje njegovega uničujočega potenciala uničujoče.
Harland-Lang se nanaša na zaplet Angeli in demoni, v katerem ima bomba, ki vsebuje le eno osmino grama antimaterije, dovolj ognjene moči, da razstreli Vatikan. "Nisem se usedel in računal," pravi Harland-Lang. "Ampak mislim, da bi količina energije ene osebe, ki bi popolnoma izničila s preostalim svetom, uničila ves svet." Dejansko, če bi človeka, težkega 200 funtov, kot je Protagonist, pretvorili v antimaterijo, bi nastala eksplozija enakovredna približno 3800 megatonam TNT. Če pogledamo to v perspektivo, najmočnejše jedrsko orožje, ki je bilo kdaj ustvarjeno in preizkušeno - car Bomba ZSSR, katerega detonacija je razbila okna in se vdrla v strehe na stotine milj od območja eksplozije - je imel donos 50 megatonov. Od načelo se ne konča s tem, da protagonist eksplodira v trenutku, ko stopi ven, potem ko je bil obrnjen, varno je reči, da vrtilne ploščice ne ustvarjajo antimaterije.
Zdi se, da je tisto, kar dejansko počnejo, ustvariti zaprt sistem, kjer človekovo telo še naprej deluje doživljajo normalno entropijo, vendar se lahko premikajo nazaj skozi čas znotraj svojega mehurčka zaprt sistem. Pomislite na to kot na ustvarjanje majhnega vesolja velikosti protagonista, kjer čas teče v nasprotni smeri od večjega vesolja. Če je protagonist šel skozi vrtiček in ostal zelo dolgo obrnjen, od običajnega v perspektivi bi bil videti kot starec, ki čudežno kljubuje drugemu zakonu termodinamike, tako da dobi mlajši. V svojem zaprtem sistemu pa bi se normalno staral.
Vsi obrnjeni predmeti v načelo delijo lastnosti tega zaprtega sistema, kar jim omogoča interakcijo. Protagonist mora dobiti obrnjeno posodo s kisikom, ki vsebuje obrnjen zrak, da lahko diha, ker bi mu bilo nemogoče dihati zrak, ki doživlja nasproten tok časa njega. Pomembno je tudi, da sta vhod in izhod iz vrtljivega vrtišča na različnih mestih, saj če bi bila na istem mesto, potem bi oseba, ki vstopi v vrtilnik, trčila v svojega obrnjenega samega sebe, ki bi iz njega izstopila, in stvari bi se neurejeno. Kaj pa, če bi namesto da bi ustvarili zaprt sistem v vesolju, obrnil tok časa in entropije celotnega vesolja? Tam je načeloPrihaja orožje sodnega dne.
Algoritem in izničenje
Prvič, ko gre protagonist skozi vrtiček načelo, je opozorjen pred interakcijo s svojim nasprotnikom, ki se premika naprej, ker bi se, kot trk elektrona in pozitrona, dotaknila, kar bi povzročilo anihilacijo. Ponovno je to bolj analogija znanosti, kot pa znanstveno točna. Če bi bilo protagonistovo telo spremenjeno v antimaterijo, bi res izničil, če bi se dotaknil svojega neobrnjenega jaza, a bi tudi izničil, če bi se dotaknil katere koli druge vrste snovi. Kot pojasnjuje Harland-Lang, "Vsak elektron je v bistvu identičen in vsak dani elektron, če se sreča s katerim koli drugim danim pozitronom, bi uničil." Elektroni v telesu protagonista se ne razlikujejo od elektronov v Neilovem telesu ali v Satorjevem ali od elektronov v zraku povsod okoli nas.
Uničenje je tudi v središču načeloje MacGuffin: debela devetdelna kovinska oblika, imenovana Algoritem. Pojasnjeno je, da je isti znanstvenik, ki je v prihodnosti ustvaril vrtljive vrtičke, odkril tudi način, kako obrniti celoten svetovni tok entropije. V strahu, kaj bi njeni sodobniki naredili s temi informacijami, je Algoritem razdelila na devet delov, jih obrnila in poslala nazaj v čas. Učinek aktiviranega algoritma bi bil množično uničenje. Vsak delec na svetu bi se hkrati odražal nazaj v času in trčil v svojo preteklost, ko bi prišel v drugo smer. Vsi ti pari delcev bi prenehali obstajati in prišlo bi do sproščanja energije v nerazumljivem obsegu - čeprav, v teoriji bi bila ta eksplozija usmerjena nazaj v času in zapustila svet po aktiviranju algoritma nedotaknjen.
Ali je načelo znanstveno natančno?
Veliko vprašanje, iz katerega se morda postavlja občinstvo načelo ali je film znanstveno točen ali ne. Ali bi lahko z invertiranjem toka entropije za predmet ali osebo povzročili, da se začnejo premikati nazaj v času od točke, kjer so bili obrnjeni? "Mislim, kratek odgovor je, mislim, da ne, ne," pravi Harland-Lang. Toda v predstavljanju sveta, kjer bi to lahko storili, pojasnjuje, načelo odpira nekaj zanimivih vprašanj o času in naših izkušnjah z njim.
"Vsekakor je odprto vprašanje, ali... čeprav, kot sem opisal, nam entropija daje naravno pojmovanje časa intuitivno, ali je to res tako neposredno povezano s tem, kako doživljamo čas. To je eno vprašanje. In tudi če je temu tako, tudi če so te stvari tesno povezane, je vseeno čas in gre naprej."
To nas vrača k ideji, da je entropija časovna puščica. Če ste se izgubili v času in niste vedeli, v katero smer teče, bi lahko pogledali entropijo zaprtega sistema. Smer, v kateri se je povečevala entropija tega sistema, bi bila smer, v kateri se čas premika naprej. In ker so naši smerokazi za čas mineva - ljudje se starajo, jajca lomijo, gore erodirajo - so Zaradi entropije je zelo težko ločiti našo izkušnjo časa od naše izkušnje entropija. Nam se zdijo enake.
Tako kot Medzvezdno katerega cilj je bil natančno prikazati, kako bi bilo, če bi človek potoval skozi črno luknjo, načelo si predstavlja, kaj bi bilo za človeka potovanje skozi čas v obratni smeri. To vodi do nekaj precej osupljivih prizorov spopadov, vendar je tudi fascinanten prehod v nekatere veliko večje ideje.
Batman: Riddlerjeva aretacija je vse del njegovega načrta – razložena teorija
O avtorju