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深度:漫威电影高光时刻,剖析《复联4》中时空穿梭的科学支撑

前言

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2019年上映的《复仇者联盟4:终局之战》全球票房总计27.978亿美元,漫威电影宇宙(MCU)全球总票房高达200亿美元,这是电影史上的奇迹!漫威的成功绝非偶然,甚至可以说是必然结果,究其原因,影片制作精良、剧情丰富是必不可少的因素,主因却是满满的科技风范儿直抵人心。本文将对全球票房冠军《复联4》中最炫酷的“时空穿梭”进行深度探讨,寻觅其背后的科学奥义。

深度:漫威电影高光时刻,剖析《复联4》中时空穿梭的科学支撑

现代物理学的两大支柱之一“量子力学”

量子是现代物理学中最小的不可分割的基本单位,最早由德国物理学家M·普朗克于1900年提出从而解释了黑体辐射的实验现象。与牛顿力学为代表的经典物理学不同,量子化现象主要表现在微观物理世界,而微观物理世界至今仍蕴藏着无数尚未被揭示出来的科学原理,吸引着一批又一批的科学家们前赴后继投身至量子领域的研究中。2017年1月,我国研发的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”正式交付使用,海量信息纵横寰宇,量子通信实现了信息的无条件安全和高效传输,不仅如此,依靠量子卫星,科学家们还能够在宏观距离上检验量子力学的非局域性,也就是量子纠缠引起的超距作用。

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爱看科幻片的朋友们一定听闻过“量子纠缠”,那么这种奇特的现象是什么呢?用量子力学来解释,当几个粒子相互作用之后,各个粒子便拥有了整体性质,举个例子来说,两颗电子相互作用之后,一颗移动到太阳边上,另一颗行至海王星附近,尽管距离如此遥远,但是它们仍然保留着相关性,如果其中一颗状态发生变化,另一颗也会即时发生相应的状态变化。复杂而又多元的量子纠缠机制使得新的门类“量子信息学”应运而生,“量子密钥”、“密集编码”、“量子算法”等等高精尖的科学技术也逐渐进入人类视野。

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如果说现代物理学的第一支柱“相对论”晦涩难懂,那么“量子力学”理解起来的难度和深度更是有过之而无不及。例如,“量子力学”中最着名的思维实验“薛定谔的猫”(量子困惑),薛定谔提出将一只猫放置于密闭盒子中,盒子内放有少量镭和一个内置氰化物的毒气瓶,由于镭存在衰变的几率,如果镭发生衰变,就会触发机关打碎装有毒气的瓶子,猫会因此死亡,如果镭没有发生衰变,猫就能存活下来。

依据经典物理学,盒内必将发生两个结果:猫的存活或者猫的死亡,可是,外部观测者唯有打开盒子才能知晓结果。不打开盒子,从量子力学的角度来分析,盒子内便存在一个中间态“猫的生死叠加态”,但是这种状态违背了人类的逻辑思维,而客观规律却从不以人的意志为转移。这只不死不活的猫搅扰着科学家们的安宁,直到休·埃弗莱特提出“多世界诠释”才慢慢驱散了梦魇,他说,“两只猫都是真实的,一只活猫、一只死猫,它们存在于不同的世界中,盒子内部,整个世界分裂为两个版本,它们在各方面的条件都是相同的,唯一的区别是,其中一个版本因镭发生衰变,猫死了,而另一个版本猫还活着”。

其实,猫和外界观测者构成了两个相对的参考体系,当以猫为参考系时,其结果是客观存在的;当以外界观测者为参考系时,“猫的生死叠加态”实则是一种未被观测的状态现象。

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我们不妨大胆设想一下,我们生存的宇宙空间,广义上来讲,是否如“量子领域”一样,在历经无数的裂变、膨胀之后,才成为如今广袤无垠的模样,那么,“多元宇宙”必然会出现。也许在某个小宇宙中,小行星没有撞击地球,恐龙依旧是地球上的主宰;也许在某个宇宙之中,拿破仑在滑铁卢战役中取得了胜利,随后又统一了欧亚大陆;也许在某个宇宙之中,地球轨道偏离了如今的位置,生命从未出现过或者仅仅是“昙花一现”。“量子力学”为传统物理学注入了鲜活的力量,正是因其不确定性让所有的物质都存在无尽的可能性,它们经过裂变、分化、排序、重组,才构成了当下的世界景观以及人类还未曾发觉的万象。

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漫威宇宙中的“时空穿梭”

众所周知,漫威电影素来以“环环相扣”着称,也就是说漫威电影中一个简单的镜头,一个神奇的彩蛋,甚至是一句看似寻常的话语,都可能引发接下来曼妙的剧情,正是这些“阡陌纵横”共建了妙趣横生的漫威宇宙,不仅如此,漫威电影还总能在科学与银幕之间找到平衡点,从而打造出一种恰如其分的幻觉体验,在这个既架空又共融的世界中,小孩子有了英雄梦,成年人多了一次科幻之旅。

关于《复仇者联盟4:终局之战》众位超级英雄穿越的起源,是的,因为一只小老鼠。在废旧的仓库中,小老鼠误触了工作台,蚁人斯科特得以从量子领域返回,他在2018年进入量子领域执行任务,归来时已经是2023年,对斯科特而言,量子领域中的“微观宇宙”因其独立性使他幸免于难,最为关键的一点是他在量子领域中穿行了五个小时,实质上是将其带入到了五年之后“现实的未来”,既然未来可以穿越,那么回到过去也就顺理成章。

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但是回到过去绝非易事,量子领域的复杂规则和不确定性是实现“时空穿梭”的最大阻碍,正如钢铁侠拒绝斯科特时所言“量子波动打破普朗克尺度,然后触发德式效应,简而言之,就是你回不来的”、“不,你是侥幸活下来的,这是几十亿分之一的概率”、“时空劫持,这太荒谬了,因为这就是白日做梦”、“如果没有一个切实可行的方法,就无法安全执行,时空劫持,最有可能的结果是全军覆没”,钢铁侠口中的“量子波动”、“普朗克尺度”、“德式效应”分别是什么呢?

量子波动:量子力学中的波实际上是一种“几率”,任何粒子的位置和动量不可能同时准确测量,根据“大爆炸宇宙论”,量子的波动导致了宇宙从无到有的突然产生。

普朗克尺度:作为量子力学的基本量度,对长度、时间等不确定性的程度由“普朗克常数”来确定,最小的长度量子为“普朗克长度”(1.6×10-33厘米),时间量子的最小间隔为“普朗克时间”(10-43秒)。

德式效应:2017年12月1日英国《每日邮报》刊登了德国物理教授埃里克·卢茨的一项微观粒子实验。他在实验中发现:在一定的条件下,热量可以由温度较低的量子态微观粒子传递到温度较高的量子态微观粒子上,这个发现同经典物理学中的“热力学第二定律”(热量不能自发地由低温物体转移到高温物体)背道而驰,由此可见,量子领域遵循的规律与宏观并不相同,甚至大相径庭,那么,第二定律指出的“自然界中的任何过程都不可能自动复原,要使系统由终态回到初态必须借助外界的作用”这种方向性的结论在量子领域中也可能会被打破。例如,我们轻易地将杯中水倒掉,却覆水难收,我们挥挥拳头将镜子打碎,破镜难再圆,假如这两个例子发生在量子领域,杯中水、掌中镜的自动复原便有可能成为现实,“时光倒流”也会成真。

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有了以上理论作为支撑,漫威的超级英雄们使用“皮姆粒子”缩小到某个特定量子态,就可以打破普朗克尺度,再实现上述的时间反转,好像“时空穿梭”并非难事,可是,大家不要低估了量子领域的复杂性和不确定性,电影《蚁人2》中黄蜂女为破坏导弹将身体缩小至亚原子大小以致迷失在量子领域30余年,所以,钢铁侠警告的“回不来”、“全军覆没”绝非儿戏,那他的“切实可行的方法”是什么呢?

先看一下班纳博士的构思和结果:班纳博士陷入了“爱波罗佯谬”的怪圈,也就是说,班纳博士基于量子理论确实规划了量子穿梭的路线,但是这种设定并没有突破宏观时间维度的束缚,所以即便缩小为量子态,斯科特并没有在时间中穿梭,而是时间在他体内游走,所以斯科特变成了婴儿时期、少年时期、老年时期的模样,产生了复杂而又危险的结果。

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钢铁侠则跳出了以上的误区,基于他对“量子不确定性理论”的正确理解,研发了一种功能完备的时空穿梭导航器。导航器的原理正如模型演示的一样,钢铁侠在量子领域构建了一个“莫比乌斯环”,利用“莫比乌斯环”的特性为时间反转打开通路,最后借助量子的不确定性,实现时间的逆向行进,最终达成“时空穿梭”的效果。那么这般设计的原理和优势分别是什么呢?首先,我们要清楚“时间具有一维性,它只有单一维度,时间的特征是线性向前不可逆转”,而“莫比乌斯环”的形状如图所示,它是将一根纸条扭转180°后,再把两头粘贴形成的纸带圈,如果时间沿着环面行进,在宏观维度它仍然是一维性,而在量子领域,便有了双向行进的可能。这样做当然是为了达成“时空穿梭”的目的取回原石,除此之外,也是为了避免形成新的平行宇宙造成时空的混乱。

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我们回顾一下班纳博士穿越回过去,古一法师对他说了这样一番话“如果我把时间原石交给你,去拯救你们的现实,我们的现实就会危在旦夕”、“无限原石缔造了你们所感受到的时间流,少了一颗原石,就意味着分流,这样可能对你们的现实有帮助,但是我这里的情况可就不一定了”、“在这个新的现实分支里,失去了对抗黑暗力量的主要武器,我们的世界将危在旦夕,人们会遭受灭顶之灾”,班纳博士回答道“一旦我们用完了这些原石,我们会在最初的时间点将其物归原主,所以从时空的角度来说,在原来的现实中,这些原石从来就没有离开过”,《复联4》的结尾,众人齐心协力消灭了灭霸军团之后,美队将六颗无限原石和雷神锤归于原位,正是为了消除众人时空穿梭之后带来现实分支的影响。

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可是,美队执行完此次任务之后,他没有回来而是选择留在了过去,史蒂夫这样做会造成新的平行宇宙吗?在《美国队长2》中,一段佩吉·卡特纪念史蒂夫的影像资料中,她说:“他(史蒂夫·罗杰斯队长)拯救了一千多个人,其中包括后来成为我丈夫的人,史蒂夫牺牲后仍然影响着我的人生”,苏醒的美队来看望年迈的佩吉·卡特时,她的柜子上有两件摆台,两张都是佩吉同子女一起拍摄的照片,并没有出现她丈夫的身影,再加上佩吉对美队说了这样一番话“世界已经变了,我们都回不到过去,只能适应现在,有时我们能做的最好的事是重新开始”,所以,回到过去的史蒂夫正是佩吉·卡特从未公开过身份的丈夫,为了和心爱的女孩儿相守,史蒂夫选择隐姓埋名做回普通人,在《复联4》的片尾,老年的史蒂夫出现在同一个时间轴里,更加说明了史蒂夫回到过去的行为并没有产生其他的平行宇宙。

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今天的科幻,明天的现实

电影被称为“第七艺术”,而科幻电影则是所有类型影片中最为耀眼的明珠,不仅因为科幻题材电影制作过程十分复杂,制作成本昂贵,最为关键的一点是科幻电影是一种建立在科学上的幻想,这份表达满足了人类对未来的想象以及对社会的思考,例如,《我,机器人》阐释的主题是人工智能发展到某一阶段,机器人会不会因自我意识觉醒而反抗人类?《逃出克隆岛》则讲述了人类利用克隆体,通过移植其器官来达成长寿的目的,这是否已经严重违背了人伦?《星际穿越》包含了一种对资源消耗的担忧,一旦地球资源耗尽,人类将何去何从?

1902年,世界上第一部科幻电影《月球旅行记》诞生,这部乔治·梅里爱的开山之作拉开了科幻电影“鬼斧神工”的序幕,从此科幻电影便开始强烈表达人类对未知世界的好奇和幻想,正是这份热切、高昂的探索欲望引领着人类科学为之聚集、向之发展。

科幻电影面向的是未来,而未来不外乎两种结果,可控的和失控的,可控的未来不一定是喜剧,同样的,失控的未来并非一定是悲剧,凡事都有两面性,例如《黑衣人》系列电影,科学技术是建立星球防御体系强有力的推手,但是它也能轻而易举消除普通民众的记忆,电影中的超级科技引发了社会的巨大分化,我们的现实也初见端倪。例如《终结者》系列电影,“天网”防御系统以几何级速度学习产生了自我意识,科学的负面性引发了巨大的灾难,30亿人死于核战,但是绝望中的人类未曾放弃过希望,借助勇气的力量终于迎来黎明的曙光。

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MCU(漫威电影宇宙)将科幻电影产业带入巅峰,其内里是思维创新和科技发展的时代革新,正是借助二者相辅相成的推动力量,漫威影业独树一帜、登峰造极。其实,我们也应看到漫威无限风光的背后是从十一年前濒临破产边缘一步步走过来的,“你要悄悄拔尖,然后惊艳所有人”,这大概是漫威最温情的鼓励了。

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来源:动漫你所不知道的事情

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