諾蘭燒腦電影《天能》當中的物理秘密

諾蘭燒腦電影《天能》當中的物理秘密
Photo Credit: 《天能》劇照、華納兄弟

我們想讓你知道的是

諾蘭(港譯「路蘭」)導演選擇了TENET(天能)這個英文字,出處可能來自於龐貝古城遺址中所發現的石板,稱之為薩托方塊(SATOR SQUARE)。其中寫著如圖(一)中的字。相同的文字,也出現在義大利、英國、敘利亞、法國等地的教堂中。

文:楊仲準

克里斯多福諾蘭所執導的幾部電影中,常常使用了許多的科學理論,或者是數學原理,來增加影片的說服力。例如《全面啟動》(Inception)裡,大量地使用視覺錯覺、對稱性、與艾雪(Escher)錯視藝術來製造迷宮;在《星際效應》(Interstellar)一片中,則使用了相對論、多維空間、蟲洞、重力場等物理元素貫穿全場。

而在即將上映的最新電影──《天能》(TENET)預告片中,隱約可以再次看出諾蘭導演對於把物理學元素,導入娛樂大片中的可能性。

對稱性,在物理學中是一種相當重要的概念。當一個物理系統具有對稱性時,便同時會具有一個守恆量。例如一個系統如果在空間上具有對稱性時,則此一系統也會遵守動量守恆;而系統在時間上具有對稱性時,則系統也同時會遵守能量守恆。

諾蘭導演選擇了TENET(天能)這個英文字,出處可能來自於龐貝古城遺址中所發現的石板,稱之為薩托方塊(SATOR SQUARE)。其中寫著如圖(一)中的字。相同的文字,也出現在義大利、英國、敘利亞、法國等地的教堂中。

Sator_Square_at_Oppède
By M Disdero - Taken at Oppede, Luberon, France, CC BY-SA 3.0, Link
圖(一)法國Oppede的薩托方塊

這個薩托方塊中出現了5組文字:SATOR、AREPO、TENET、OPERA、ROTAS。如果由左上往右下畫出一條直線,則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180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90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。因此諾蘭導演想要玩弄對稱性與翻轉鏡射的用意,可能就呼之欲出了。

在古典的力學公式中,雖然沒有限制時間與空間能不能反轉,也就是位置可以由x變成-x;時間t也可以變成-t。但是熱力學第二定律的出現,便限制了時間的方向性。由於一個孤立系統的熵只能不變或是增加,因此對於宇宙這一個孤立系統來說,時間上便只有往熵增加的方向演化。使得”時間”這個概念,只能往單一的方向行進。

既然時間是不可逆,那麼諾蘭導演是要玩時空旅行的老梗嗎?在預告片中顯然有了答案。連結的預告片中,1:04到1:05秒處中似乎是否定了使用時空旅行梗的可能性。那麼還有什麼可能玩的科學梗呢?

《天能》的預告片1:08到1:09秒的短短一秒間,主角的背景白板上,出現了馬克士威爾惡魔(Maxwell's demon)的圖。這是馬克士威爾提出的一個想像實驗,假設有兩個裝滿相等溫度氣體的箱子,箱子之間透過一個小洞相連。

假設有一個惡魔(demon)看守在那個相連的閥門旁。當氣體分子飛向那個閥門時,惡魔便會判定氣體分子的速度。牠只讓速度較慢,也就是溫度較低的氣體分子進入左邊,而讓速度較快,也就是溫度較高的氣體分子進入右邊箱子。

經過很長一段時間後,左邊的箱子內的氣體溫度就會變得比較低,而右邊箱子內的氣體則呈現較高的溫度。這明顯的違反了熱力學第二定律。因為這樣兩側均為等溫度箱子的總熵,將比一邊是高溫而一邊是低溫氣體的總熵來的大。而自然界總是會往高熵的方向演化(時間前進),熵變小的過程就有如時間倒流。

諾蘭導演或許是想要連結這個想法,就像把墨汁滴到清水中,如果把這個過程錄影並倒著撥放,就會出現黑水變成清水這樣高熵變成低熵的過程。這個「類時間倒流」的想法,也就是物理世界中時間也是可以有對稱性的想法,或許會成為《天能》本片的中心科學。

諾蘭導演的大篇,通常需要看完整片才能知道其中的故事是如何發展連結。因此本文所有的推測都是其中一種可能而已。讓我們期待正片上映後真正的故事發展,也期待多一點這樣有科學依據的影片上映。

相關的物理知識,也可以上《物理雙月刊》官網,參考〈為科學而生、為原子而死的波茲曼(上)帝國的黃昏〉與〈為科學而生、為原子而死的波茲曼(下):飄泊的靈魂〉這兩篇文章喔。

本文經物理雙月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航