9月4日诺兰的最新烧脑电影《信条》正式上映了，该片讲述的是一个特工和他招募的助手们拯救世界的故事。如果只是单纯的打败坏人拯救世界那这部电影未免过于无聊，有趣的是这部电影中的反派有着一种强大的武器——时间逆向武器。这种武器在时间上是逆向的，可以看成对于正常过程的一种倒放，比如普通的子弹是从手枪里被射出去，而时间逆向的子弹则是在你开枪的时候从外面飞回手枪中。这种时间上逆向的想法确实让人感觉脑洞大开，但是真的有什么东西可以实现在时间上逆向吗？也许还真的有哦。
在讨论时间上逆行之前先来思考一个简单的问题，电子的质量是多少，稍微百度一下就会得到答案, 9.1×10^（-31）千克。下一个问题是电子的电量是多少，答案也很简单，1.6×10^（-19）库仑。你是否思考过，为什么所有电子的质量和电荷都是相等的，为什么电子的电荷不是在一个区间内的分布，质量为什么不像人一样有胖的有瘦的。有没有可能是因为，其实世界上所有的电子都其实是同一个电子呢？
确实有的人曾经提到过这样的理论，这个人就是约翰?惠勒。
在量子力学中，粒子在未被观测到之前是不具有确定的位置的，粒子的状态是所有可能状态的叠加。
惠勒认为世界上唯一的一个电子在不停的穿梭于过去与未来，在每一个时间点，你都可以在不同的位置观测到这个电子，这个电子存在两种不同的状态，从过去向未来 (时间正向)与从未来到过去 (时间逆向) ，当你观测到这个电子的时候电子是时间正向的，那你观测到的就是带有负电的电子，如果你观测到这个电子的时候电子是时间逆向的，那你观测到的就是电子的反粒子正电子了。就像下图表示的，如果你在A点观测到这个电子，你看到就是电子，但如果你在B点观测到这个电子，那你看到的就是正电子了。
世界上唯一的电子的运动轨迹。来源：https://card.weibo.com/article/m/show/id/2309404545392519020652?_wb_client_=1
当然这个听起来非常疯狂的想法目前为止也仅仅是一个假说，但是其中的一个想法十分具有借鉴意义，那就是正电子可以看作是电子的逆时间运动。诺贝尔奖得主费曼就将这个想法应用到了目前人类最成功的物理理论之一——量子电动力学中。
这张图描述的就是一个电子与正电子发生相互作用产生虚光子，虚光子又产生正负电子的过程，沿着时间线运动的就是带负电的电子，逆着时间线运动的就是电子的反粒子。所以在电影中，你可以把逆向的人当作是正常世界的人的“反粒子”，这也就是为什么电影中说千万不要和逆向世界的自己有任何接触，因为正负粒子一旦相遇，就会发生湮灭，变成光子释放能量。
关于反粒子还有一些小知识，反粒子最初来自于狄拉克方程，狄拉克方程的解具有4个自由度，费米子的两种自旋状态占据了两个自由度，那另外两个自由度是什么呢？这两个自由度就被解释为这个费米子的反粒子，粒子与反粒子仅仅电荷相反，质量自旋等物理量都保持一致。还有一个极具误导性的问题就是反粒子的能量，反粒子具有负能量吗？狄拉克方程确实会解出负能量解的问题，但是这个问题可以放在量子场论中得到非常好的解决。在量子场论中，不论是粒子还是反粒子，都具有正的能量，所以反粒子可不等于负能量或者负质量哦。
汽车爆炸却差点被冻死？
在电影中还有一个非常有趣的事情，男主在逆向世界中汽车爆炸了，但是他却差点被冻死，这又是怎么回事呢？
这实际上是一个叫做熵的物理量在搞鬼。
熵是表示系统混乱程度的物理量，如果我将一杯开水放在桌子上，过一段时间开水会逐渐变凉，但是如果不施加外界帮助比如加热这杯水，那这杯水永远不可能再变热。那为什么这杯水不能从周围空气中继续汲取热量，让自己继续变热，周围空气变冷呢？这是因为开水向空气传递热量的过程是熵增 (有序态向->无序态)的过程，但是周围空气向开水传递热量的过程是熵减 (无序态->有序态)的过程。热力学第二定律表示，对于一个孤立体系，这个体系的熵永远不可能自发减小，也就是永远不可能自发从混乱变为有序。
比如一栋建好的大楼处于十分有序的状态，也就是熵低的状态，但是如果没有任何人去保养这栋大楼，随着时间的推移，这栋大楼终有一天会倒塌，而倒塌的大楼则是处于更为混乱的状态，也就是熵高的状态，一个更贴近生活的例子就是如果你不主动收拾你的床，你的床会越来越乱，也是一个熵增的过程。所以从某种程度上来说，熵增的方向就是时间流逝的方向。
但是当你将时间线逆转，熵增方向也逆转成了熵减方向。如果对于熵增世界来说，热量是不会自发从低温物体传递到高温物体的，那到了熵减世界就是热量不会自发从高温物体传递向低温物体，越是高温的物体，反而越会吸收热量，就像电影说的，靠近火焰，你反而会结冰，因为热量是从你传递给了火焰而不是像熵增世界里的从火焰传递给你。
不妨来设想一下在一个熵减的世界会是什么样子的，首先一个好处就是你再也不需要担心衰老了，人体的衰老其实本质就是一个熵增的过程，在熵减的世界你的身体会随着时间的流逝逐渐变得年轻(这可能就是神药APTX-4869的物理机制？)。
在一个熵减的世界你可能还需要注意，比如你将一杯比室温要高的水放在你的桌子上，由于这是个熵减的世界，这杯水会从周围的空气中吸收热量，因此你将不需要任何的额外操作就能获得一杯开水，代价可能就是你会感觉周围的空气非常冷。但如果我想要一杯凉水怎么办呢，由于在熵减的世界里热量只会自发从低温物体向高温物体传递，所以你只需要用更高的温度去加热这杯水，这杯水就会被降温，只要这杯水的温度低于了室温，那么把它放到空气中自然就会逐渐变凉，而周围的空气则会越来越热。
所以一个熵减的世界是十分神奇的，你可以用热水来降温也可以用冷水来暖手，但是在电影中，你只会发现一些特定的物理过程被逆转了，在物理上并不是那么的严谨，毕竟这只是一部电影，我们也不需要对它那么的严格。
本文经授权转载自微信公众号“中科院高能所”。
撰文 | Arthas
校对 | 心月
来源：中科院高能所
