生命

谷第

當(dāng)代最偉大的科幻電影導(dǎo)演是誰(shuí)？這絕對(duì)是一個(gè)可以讓科幻迷們吵翻天的問(wèn)題。不過(guò)在我心中，這項(xiàng)殊榮非克里斯托弗·諾蘭莫屬！從2010年上映的《盜夢(mèng)空間》到2014年上映的《星際穿越》，再到今年剛剛上映的《信條》，諾蘭完成了他的科幻電影“時(shí)空三部曲”。特別是在《信條》中，諾蘭將“逆時(shí)”這個(gè)概念演繹得淋漓盡致。在他的設(shè)定中，逆時(shí)狀態(tài)下的生命不僅僅是倒著走路，甚至不能呼吸我們正常的空氣。然而從科學(xué)的視角來(lái)看，生命與逆時(shí)的關(guān)系遠(yuǎn)比呼吸一種特殊的氧氣要復(fù)雜得多。

“逆時(shí)”：不是時(shí)間旅行

脫離開(kāi)具體的科幻作品來(lái)討論某一個(gè)科幻構(gòu)想是沒(méi)有意義的?？苹脧膩?lái)不是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，而是在具體的科幻作品中才得以成立的思維游戲。

對(duì)于《信條》這部電影來(lái)說(shuō)，它最重要的科幻構(gòu)想就是“逆時(shí)”。很多沒(méi)有看過(guò)，或者沒(méi)有看懂這部電影的觀眾將“逆時(shí)”簡(jiǎn)單地等同于另一個(gè)在科幻中常見(jiàn)的概念——“時(shí)間旅行”。然而實(shí)際上，這兩者根本就不是一回事。

《信條》劇照

在科幻的發(fā)展歷史上，時(shí)間一直是一個(gè)永恒的主題。這或許是源于我們面對(duì)時(shí)間的流逝時(shí)那種無(wú)可奈何的情緒。雖然相對(duì)論告訴我們，時(shí)間是相對(duì)的，是可變的，似乎給了我們改變時(shí)間的機(jī)會(huì)。但另一方面，相對(duì)論又?jǐn)嘟^了前往過(guò)去進(jìn)行時(shí)間旅行的可能，讓所有關(guān)于時(shí)間機(jī)器的幻想都只是永遠(yuǎn)的幻想。

不過(guò)，科幻作品中仍然充斥著時(shí)間機(jī)器。無(wú)論它們閃現(xiàn)著黑科技的未來(lái)感，還是帶著月光寶盒的神秘主義色彩，都能完成同樣的使命——將故事的主人公從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)所謂的“穿越”。

重要的是，穿越到過(guò)去或未來(lái)的主人公，必然還要如普通人一樣生活，隱藏在普通人中間。也就是說(shuō)，此時(shí)他們?nèi)匀皇桥c時(shí)間線共同前行，無(wú)法抗拒時(shí)間一刻不停地流逝。所以這些故事中的焦點(diǎn)是變換了環(huán)境的人物，而非人物本身打破了什么物理學(xué)的法則。

諾蘭在“時(shí)空三部曲”中，一直在試圖操縱時(shí)間這個(gè)重要的物理學(xué)概念?！侗I夢(mèng)空間》中變幻的是時(shí)間的尺度，才有了“洞中方一日，世上已千年”的電影化呈現(xiàn)。而在《星際穿越》中，時(shí)間不僅僅在黑洞附近被質(zhì)量所扭曲，甚至在玄幻的先進(jìn)文明那里變成了一個(gè)像空間一樣可以任意往來(lái)的維度。

而在《信條》中，諾蘭創(chuàng)造了“逆時(shí)”的概念，讓時(shí)間變得可逆了。他將人物置于時(shí)間的逆向流動(dòng)之中，并與其他在時(shí)間正向流動(dòng)中的人物產(chǎn)生交互。這種“逆時(shí)者”與“正時(shí)者”同場(chǎng)打斗的場(chǎng)景，恐怕正是這部電影讓大家最難以理解，也最難以接受的部分。

在“正時(shí)者”看來(lái)，自己的行動(dòng)當(dāng)然是正常的，而“逆時(shí)者”倒退著前進(jìn)，最終與自己交匯于同一個(gè)終點(diǎn)。在“逆時(shí)者”看來(lái)，自己的行動(dòng)也是正常的，而“正時(shí)者”倒退著前進(jìn)，與自己從同一個(gè)起點(diǎn)出發(fā)。這里的“起點(diǎn)”與“終點(diǎn)”正是影片中那神秘的轉(zhuǎn)換器，滿滿的工業(yè)朋克風(fēng)，卻一點(diǎn)兒沒(méi)有未來(lái)感。

這平平無(wú)奇的轉(zhuǎn)換器是如何實(shí)現(xiàn)“逆時(shí)”的呢？電影里已經(jīng)給了咱們觀影指南：“不要試圖去理解它。感受它就行了！”

時(shí)間與熵

作為一名出色的科幻電影導(dǎo)演，諾蘭不可能不對(duì)“逆時(shí)”給出“合理”的物理學(xué)解釋。當(dāng)然，這里的“合理”只是在電影故事之內(nèi)的一套自洽的邏輯而已，并不等同于真實(shí)世界中的物理學(xué)知識(shí)。

在《信條》中，“逆時(shí)”被解釋為“熵減”。

熵是什么？你或許不知道這個(gè)問(wèn)題的準(zhǔn)確答案，但只要你喜歡科幻，一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)很多與它有關(guān)的說(shuō)法，比如：熵會(huì)自發(fā)地增加;熵代表著無(wú)序度;因?yàn)殪卦觯钪孀罱K徹底無(wú)序，歸于熱寂。

其實(shí)“熱寂”是不科學(xué)的，其中缺少了關(guān)于引力和量子力學(xué)等因素的考慮，而僅僅是站在熱力學(xué)角度上的推測(cè)。顯然，這本身就是一個(gè)經(jīng)典的借科幻廣泛傳播的“假科學(xué)”案例。不過(guò)，這些關(guān)于熱寂的科幻故事的確推廣了“熵增”這個(gè)概念。

我們可以形象地理解一下這件事情。假如有一個(gè)盒子，能斷絕與外界的物質(zhì)和能量交換，我們稱之為熱力學(xué)上的孤立系統(tǒng)。盒子里分成左右兩個(gè)空間，中間是一層隔板，隔板上有個(gè)小孔讓左右互通。

現(xiàn)在，我們?cè)诟舭遄筮叿派蠠岬臍怏w，右邊放上冷的氣體。此時(shí)的“左熱右冷”是一種有序度的體現(xiàn)，就像學(xué)生上體育課時(shí)，高個(gè)子站在左邊，矮個(gè)子站在右邊一樣，體現(xiàn)了秩序。

不過(guò)，由于隔板上有一個(gè)小孔。于是左邊熱的氣體分子會(huì)有一些通過(guò)小孔跑到右邊去，而右邊冷的氣體分子會(huì)有一些通過(guò)小孔跑到左邊去。最終的結(jié)果不難想象：兩邊溫度肯定會(huì)變得一樣。此時(shí)，左熱右冷的“有序性”消失了，取而代之的是均一的“無(wú)序性”，熵增加了。

如果換用稍稍嚴(yán)謹(jǐn)一些的說(shuō)法就是：熱力學(xué)第二定律的表述形式之一是一個(gè)孤立熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的熵是不斷增大的。也就是說(shuō)，只要隨著時(shí)間的流逝，熵就一定會(huì)增大。

諾蘭在《信條》中就利用了熵與時(shí)間之間的這種關(guān)系，將時(shí)間的正向流動(dòng)定義為熵增，而當(dāng)一個(gè)物體或生命接受了故事中想象出來(lái)的某種特殊輻照之后，便會(huì)自發(fā)地熵減——時(shí)間由是逆流而上。

完美！

但太完美的事情往往就會(huì)令人心生懷疑?！澳鏁r(shí)”這套科幻理論成立的前提是：熱力學(xué)第二定律是成立的?？墒菬岫梢欢ǔ闪?？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，物理學(xué)家們自己曾經(jīng)也心里沒(méi)底。而困擾他們的，正是“生命”這個(gè)小妖精。

愛(ài)找麻煩的麥克斯韋

詹姆斯·麥克斯韋是一位偉大的物理學(xué)家。他所建立的麥克斯韋方程組描述了電磁波中電與磁的關(guān)系，充滿了對(duì)稱的美感。除了對(duì)稱之外，麥克斯韋方程組還在另一個(gè)問(wèn)題上閃現(xiàn)了理性的美，那就是光速與參照系無(wú)關(guān)的恒定性。如果說(shuō)彼時(shí)越來(lái)越精確的光速測(cè)定實(shí)驗(yàn)是“以太學(xué)說(shuō)”的掘墓人，那么麥克斯韋方程組就是真正把“以太學(xué)說(shuō)”埋進(jìn)墳?zāi)沟乃驮嵴摺?/p>

1900年4月，著名物理學(xué)家開(kāi)爾文爵士在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)月度例會(huì)上做了一場(chǎng)演講，題目是《在熱和光的動(dòng)力理論上空的十九世紀(jì)烏云》。這就是后世常常被人提到的物理學(xué)“兩朵烏云”，而其中的第一朵烏云就是指光速不變性與以太學(xué)說(shuō)的沖突。

然而，這還不是麥克斯韋給開(kāi)爾文爵士找的唯一麻煩。

熱力學(xué)是開(kāi)爾文爵士研究的主要領(lǐng)域之一。他被人們所熟知的一項(xiàng)工作就是開(kāi)創(chuàng)了熱力學(xué)溫標(biāo)，單位就是開(kāi)爾文（Kelvin）。開(kāi)爾文爵士也曾在熱力學(xué)第二定律的研究中做出了貢獻(xiàn)，給出了該定律著名的開(kāi)爾文表述：“不可能以無(wú)生命的材料實(shí)現(xiàn)一種手段，讓物質(zhì)的任何部分冷卻到比環(huán)境中最冷的物體還要低的溫度，同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的效果。”

有意思的是，你今天在物理學(xué)教科書(shū)上看到的開(kāi)爾文表述通常只是上面這句話的殘缺形式，卻把“無(wú)生命的材料”這部分給刪掉了。換言之，在開(kāi)爾文當(dāng)初的認(rèn)知里，要想讓熱二律成立，必須把“生命”給排除在外。

為什么不能包括生命呢？因?yàn)樵?9世紀(jì)那個(gè)時(shí)候，科學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：生命似乎并不遵從熱力學(xué)第二定律。

愛(ài)找麻煩的麥克斯韋在1871年提出，如果在那個(gè)氣體盒子中間隔板的小孔上放一只小妖精，讓他對(duì)左右兩邊飛過(guò)來(lái)的氣體分子進(jìn)行選擇，只讓那些熱的、飛得快的分子飛往左邊，只讓那些冷的、飛得慢的分子飛往右邊，那么最終兩邊不但不會(huì)變得溫度一樣，反而還有可能變得左邊更熱、右邊更冷。這就意味著有序度反而增加了，無(wú)序度卻下降了，于是——熵減了。

事實(shí)證明，這樣神奇的事情并不需要什么妖精才能做到，生命本身就足以完成類似的事件，不顧熱二律的限制，持續(xù)實(shí)現(xiàn)熵減。

究竟，生命是什么呢？

麥克斯韋妖精

妖精的食物

著迷于“生命是什么？”這個(gè)問(wèn)題的物理學(xué)家不在少數(shù)，其中不乏功成名就的物理學(xué)巨匠，比如名字總是與貓聯(lián)系在一起的埃爾溫·薛定諤。這位量子力學(xué)的奠基人應(yīng)邀到愛(ài)爾蘭的“都柏林高等研究院”擔(dān)任理論物理學(xué)院院長(zhǎng)之后，做了一系列關(guān)于生命問(wèn)題的物理學(xué)講座，并于1944年結(jié)集出版，書(shū)名就是《生命是什么？——活細(xì)胞的物理學(xué)面貌》

細(xì)胞

我知道的，以及我認(rèn)識(shí)的很多物理學(xué)家都把這本書(shū)奉為圭臬，似乎物理學(xué)早在那個(gè)生命科學(xué)的“蠻荒時(shí)代”就已經(jīng)參透了生命的本質(zhì)。

然而很可惜，這只是物理學(xué)家們的一廂情愿而已。

薛定諤在《生命是什么？》這本書(shū)中主要討論了兩方面的生命問(wèn)題：遺傳學(xué)和熱力學(xué)。不幸的是，在遺傳學(xué)方面，薛定諤錯(cuò)得離譜，認(rèn)為蛋白質(zhì)是生命的遺傳物質(zhì)。也正因?yàn)檫@個(gè)烏龍，這本書(shū)被20世紀(jì)中葉的一些著名生物學(xué)家打了差評(píng)。

不過(guò)，熱力學(xué)可是薛定諤的領(lǐng)域。要知道，在開(kāi)爾文爵士的時(shí)代，熱力學(xué)第二定律是無(wú)法被證明的。但是隨著統(tǒng)計(jì)物理被引入熱力學(xué)研究中，熱二律便成了一個(gè)可以被證明的定理。而統(tǒng)計(jì)學(xué)正是薛定諤研究量子力學(xué)時(shí)的利器。

薛定諤認(rèn)為，生命的問(wèn)題完全符合熱力學(xué)第二定律。

我們都知道，生命是高度有序的，個(gè)體由器官組成，器官由細(xì)胞組成，細(xì)胞又由很多不同的蛋白質(zhì)和核酸等生命分子組成，而蛋白質(zhì)和核酸既有三維的空間結(jié)構(gòu)，也有一維的序列信息。無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)看，生命都是高度有序的，并且在生命活著時(shí)一直維持這種負(fù)熵的狀態(tài)。這是生命貌似違背熱二律的本質(zhì)所在。

對(duì)此，薛定諤在《生命是什么？》的第六章中給出了一個(gè)很簡(jiǎn)單的答案：生命以負(fù)熵為食。

換句話說(shuō)，薛定諤認(rèn)為生命這個(gè)“小妖精”攝入的食物和其他所有物質(zhì)是負(fù)熵的，于是生命自身的熵降低了，但伴隨著一個(gè)代價(jià)，那就是包含生命在內(nèi)的自然界這個(gè)大系統(tǒng)的整體熵提高了。所以，熱二律依然成立。

“無(wú)生命”的病毒

病毒

蛋白質(zhì)三維構(gòu)成

雖然薛定諤的《生命是什么？》沒(méi)有引起生物學(xué)家們的重視，但它的確起到了宣傳的作用，把一批物理學(xué)家吸引到了生命科學(xué)領(lǐng)域從事研究工作，其中就包括后來(lái)建立了DNA雙螺旋模型的詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克。

除了這些科學(xué)傳播方面的貢獻(xiàn)之外，薛定諤這本書(shū)也的確改變了我們看待生命的方式——雖然這種方式并不能被所有生物學(xué)家接受。

地球上的生命多姿多彩，千變?nèi)f化。這就導(dǎo)致生物學(xué)家們更喜歡實(shí)證的力量，而不喜歡那些過(guò)不了多久就會(huì)被新物種所打破的“定律”。然而，當(dāng)生命的研究進(jìn)入某些難以分辨的灰色地帶時(shí)，薛定諤的視角便顯現(xiàn)出了物理學(xué)作為“科學(xué)之父”那不可替代的偉大力量。

這個(gè)灰色地帶就是當(dāng)下全球疫情的主角——病毒。

病毒到底算不算生命？這恐怕是最讓生物學(xué)家感到頭疼的問(wèn)題之一。

如果從構(gòu)成成分來(lái)看，病毒似乎應(yīng)該算是生命。它們由核酸充當(dāng)遺傳物質(zhì)，由蛋白質(zhì)搭建外殼，有的還會(huì)披上磷脂膜的外衣。這些全都是在細(xì)胞里也會(huì)使用的生命分子。

如果從能量和物質(zhì)代謝的角度來(lái)看，病毒又不應(yīng)該算是生命。病毒里沒(méi)有能夠“燃燒”能量分子并釋放能量的復(fù)雜細(xì)胞器，也沒(méi)有能夠合成或分解物質(zhì)的復(fù)雜酶體系。

如果從分子機(jī)器的角度來(lái)看，病毒又有生命的特點(diǎn)。有相當(dāng)一部分病毒種類，會(huì)在包裝病毒顆粒時(shí)裝進(jìn)去一些能夠利用能量完成生命活動(dòng)的分子機(jī)器，只是它們?cè)诓《纠餂](méi)有能量可用，處于停機(jī)狀態(tài)。

其實(shí)，只要以薛定諤的視角來(lái)看，病毒的問(wèn)題就很簡(jiǎn)單了：病毒這個(gè)系統(tǒng)不具備維持自身負(fù)熵狀態(tài)的能力。也就是說(shuō)，當(dāng)一個(gè)病毒處于自然界中的時(shí)候，它跟一塊石頭或一塊面包沒(méi)什么區(qū)別，終將隨著時(shí)間的流動(dòng)而瓦解崩壞，喪失從分子層面到病毒顆粒層面的全部有序性，最終走向熵增的必然結(jié)果。

從這個(gè)意義上來(lái)講，病毒肯定不是生命。

逆時(shí)永生

下面就讓我們以薛定諤的視角來(lái)審視一下《信條》中的“逆時(shí)者”，看看他們有可能存活嗎？

其實(shí)，諾蘭在電影中設(shè)想的氧氣交換問(wèn)題只是小問(wèn)題。氧氣面罩和隔離艙的設(shè)置，更多地像是為了電影講述故事的方便，讓觀眾可以輕易分辨出處于“逆時(shí)”狀態(tài)的角色。

對(duì)于生命而言，更重要的是能否維持細(xì)胞里的各種生物化學(xué)反應(yīng)，維持物質(zhì)的代謝合成，維持能量的燃燒釋放。而化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)發(fā)生依賴于吉布斯能（舊稱自由能）的自發(fā)減小。當(dāng)時(shí)間逆流時(shí)，吉布斯能的變化趨勢(shì)就會(huì)變成自發(fā)增大，正如《信條》開(kāi)篇那顆從桌上跳進(jìn)科學(xué)家手里，自發(fā)尋求勢(shì)能增加的子彈一樣。于是，所有化學(xué)反應(yīng)也將向著反方向發(fā)展，從產(chǎn)物變?yōu)榉磻?yīng)物。

在這樣一個(gè)化學(xué)反應(yīng)逆向發(fā)生的“逆時(shí)”世界中會(huì)存在生命嗎？或許是可以的。但即便存在，也一定不是我們所知道的生命的樣貌。也就是說(shuō)，當(dāng)我們穿過(guò)《信條》中的那個(gè)轉(zhuǎn)換器后，雖然組成我們的分子還是這些分子，但是所有生化反應(yīng)都將停擺。

顯然，對(duì)于我們這些高度依賴化學(xué)反應(yīng)的細(xì)胞生命來(lái)說(shuō)，這將會(huì)是一場(chǎng)分子層面上的災(zāi)難。

與吉布斯能的問(wèn)題相反，逆時(shí)狀態(tài)下的熵減反而是生命的福音。

生命的本質(zhì)就是維持自己的高度有序。當(dāng)時(shí)間逆流，熵減成為趨勢(shì)，有序度自發(fā)趨向于增加。我們?cè)凇缎艞l》中看到皮開(kāi)肉綻的傷口會(huì)恢復(fù)如初，我們看不見(jiàn)的是細(xì)胞里崩壞瓦解的分子可以永遠(yuǎn)保持完好的形態(tài)。于是，我們大可不必再進(jìn)食，甚至不必再呼吸，哪還需要電影中那惱人的呼吸面罩或隔離艙？因?yàn)樵陟販p中的我們，必將向著更有序的方向前進(jìn)。

其實(shí)，根本無(wú)須科幻的加持，我們這些“麥克斯韋的妖精”本就是名副其實(shí)的逆時(shí)者。無(wú)論是現(xiàn)實(shí)世界中的動(dòng)物、植物，還是無(wú)所不在的細(xì)菌、真菌、古菌，只要生命活著，就在維持熵減的過(guò)程，不顧身邊宇宙的時(shí)間流動(dòng)。

尾聲

除了人們熱議的“時(shí)空三部曲”之外，我認(rèn)為諾蘭還有“隱性時(shí)空三部曲”——《記憶碎片》《致命魔術(shù)》和《敦刻爾克》。雖然在這三個(gè)故事中沒(méi)有時(shí)空的維度扭曲或繁復(fù)交錯(cuò)，但是它們的敘事結(jié)構(gòu)與《信條》何其地相似，都是從不同的時(shí)間流線上最終回溯到同一個(gè)交叉點(diǎn)，然后讓觀眾“恍然大悟”。

人類作為有序的存在，進(jìn)一步制造出了各種各樣“有序”的造物，并以之作為自己文明的標(biāo)志。但我們用這些有序的造物所做的最多的事情，卻是去破壞其他有序的存在，甚至包括人類自己。

諾蘭給自己的電影取名《信條》，恐怕不僅僅因?yàn)樗挠⑽膯卧~“TENET”是一個(gè)回文序列。事實(shí)上，在我看來(lái)，生命的意義與它的本質(zhì)是一體的，那就是維持“有序”的存在——這大概才是所有生命都應(yīng)遵奉的“信條”。

【責(zé)任編輯：艾珂】