【明報訪問】通識導賞：物理講師看《天能》 路蘭的逆行世界存在嗎？

感謝明報星期日副刊訪問🙇🏻‍♂️
成個訪問傾咗三個鐘，傾得好開心😆

／／港大理學院助理講師、港台《五夜講場》「真係好科學」主持余海峯（David）這陣子常被朋友催促去看基斯杜化路蘭新戲《天能》，「叫我睇完解畀佢哋聽」。戲中羅拔柏迪臣飾演的Neil chok晒咁講時間如何逆行，咩逆熵，咩逆電子理論，聽David解畫後，理清一點點路蘭用科學概念施的戲法，看你會不會同意他的觀後感，「難明其實與物理學無關」？嗱，純學術討論，爛片好片不屬本文討論範圍，只能夠講科學有趣不輸電影，super。

熵是什麼？

將桌面一粒子彈吸上手掌，戲中科學家沒解釋太多未來科技如何做到「逆熵」，只說「不必試着明白，感受就可以了」。主角試了試，似懂非懂明白動作怪異倒帶，就是逆熵，即時間可以倒流。故事簡單而言就是未來的人想用逆熵在他們的「過去」毁滅世界，主角亦利用時光倒流阻止這個圖謀，而他回到過去的方法，是進入旋轉門逆轉時間方向，即像影片倒帶般，逐秒倒回某時間點行動，所以看到鳥倒後飛，也要戴口罩以免吸入逆流氧氣，再入旋轉門的話，就可把時間扭成順向，如常行動，從過去又逐秒回到現在。

停一停，在你的回憶按個pause。David說：「路蘭蠱惑地混淆了觀眾。」

定義時間的方法

物理上如何定義時間？熵是其中一個方法。「熵（entropy）是一個概念，即這個宇宙會愈來愈凌亂，熵代表有幾凌亂，就像我們面前的辦公桌，不執拾會愈來愈亂，而不會愈來愈整齊，有條法則是熵在封閉的系統不會減少，只會增加，所以物理學家說這是時間的箭頭。如我每隔一段時間為辦公桌拍一張照，即使沒表明時間，你也能排列到哪張是先哪張是後，愈亂就是愈後。」

才不是，你會說，我的桌子每天都很整齊。對，這個法則有個前提，是在封閉的系統裏才會愈來愈亂，一旦清潔阿姐開門執房，就是逆熵。難道阿姐已逆行時空？﹗宇宙冷笑一聲，當然不。「她收拾時也有消耗能量，呼吸、消化食物，會變熱能散失，熱能散失的熵（增）是多於收拾房間的熵（降），所以整體對於宇宙而言，熵仍是增加中。」

執房只是局部的逆熵，「生命亦是逆熵的最好證據，生命是高度複雜而有秩序的排列。有人會說達爾文是錯的，物種不會演化，因為生命突然存在，便違反熵增這個物理定律，這聽上去已不太合理，就如執房，以整個系統而言，熵的總和仍是增加，不會減少，如人死後化為塵土，熵亦會增多」。

熵值減少 時間可逆行？

如此，「子彈回頭，人倒轉行，物理上冇話唔得，局部的熵降低，整個宇宙熵增加都沒有問題」。局部逆熵，不代表時間逆行。但如果整個宇宙熵值減少呢？時間理論上便會逆行。在上世紀90年代以前，科學家確曾為此很苦惱。「宇宙大爆炸的理論說宇宙是無中生有，本身連時間空間都不存在，是突然出現的。科學家曾以為宇宙膨脹會減慢，最後會倒過來塌縮，像氣球不吹就會變小。膨脹時東西愈來愈分散，熵便愈來愈高；宇宙收縮，東西會聚集，熵愈來愈低，如果以熵定義時間，就是在未來某一刻，時間會倒轉方向走。」不過科學家後來發現，宇宙膨脹是加速的，永遠不會返轉頭。

終極武器：反物質炸彈

戲中角色Neil隨口提及一堆物理學名詞，睿智說完Richard Feynman的逆電子理論，又說正反電子相撞會導致「湮滅」（annihilation），實際上是兩種概念。先來點科學ABC：物質由各種元素構成，元素的最基本單位是原子，原子由更基本的粒子組成，即中子、質子、電子。中子與質子組成原子核， 電子則圍繞原子核，形成原子。

逆電子理論描述的是「一粒電子順時間向前行，就等於一粒反電子逆時間向後行」。而湮滅就如其名，「一粒正常的粒子，跟反粒子接觸時會湮滅，變成能量」。但要搞清楚，湮滅所形容的與時間逆行無關，「它是講順行的電子與反電子接觸。而我們的世界沒有逆行的反電子，因為這不是路蘭世界」。

電影內常常提及「鈈」與核武，如果要比較毁滅世界的威力，David說，若利用湮滅製造反物質炸彈，「會勁過所有炸彈，包括核彈、氫彈」。正所謂「核爆都唔割」，核彈被視為終極武器，原理是靠核分裂（nuclear fission）產生能量，「將原子分裂後，原子本身一些質量會不見了，碎片加起來會比原本輕，不見了的質量會變成能量，原子彈就靠這些能量造成爆炸」。而另一種威力強勁的氫彈，則相反靠核融合（nuclear fusion）過程中散失的質量取得能量，即前者是分，後者為合。

核分裂要用比鐵更重的元素，核武國常因各自收起幾多鈾起爭端，鈾與鈈都是會被用作製造核武的元素，「二戰掉在日本的兩個核彈，廣島的用鈾，長崎的用鈈」。至於核融合要用比鐵輕的元素，「宇宙有七成以上元素是氫，地球上最多氫是大海」，因此氫就被用來製核融合彈。

製造反物質彈可行嗎？

但核分裂彈，鈾的原子分裂過程只有0.1%質量轉為能量；氫核融合亦有0.7%。如果是湮滅呢？100%。「湮滅可提取的能量是100%，因為兩粒粒子完全消失，即所有質量消失。」

在現實世界，我們與萬物都由正常粒子組成，反粒子並不存在，但有科學家製造過。那豈不是很危險？另一電影《天使與魔鬼》（Angels & Demons）裏湯漢斯救世界，就是制止那一小瓶反物質碰到正常物質，保護梵蒂岡不被炸掉，「反物質不能碰到容器（正常物質）本身，要用磁場定在中間，所以湯漢斯要在容器無電之前找到它，在天空爆炸」。現實中科學家成功製造過反氫原子（由反電子+反質子組成，氫是最輕元素，沒有中子）及在實驗中發現過反氦核，但反粒子碰到空氣（正常粒子組成）都會湮滅，所以要製造殺傷力大的「反物質彈」，在研究如何砌出質量夠大的反物質前，先要解決儲存問題，「人類的科技還不足以抽出所有空氣造成真空」。有沒有國家在研究，就不得而知了。

祖父悖論

假如時光倒流，過去可被改變？

這個悖論好簡單，假設人類真的有時光機，我回去殺了祖父，我便不會存在，那麼又如何會有去殺祖父的我？「科學家爭論已久，如果人類科技夠進步，是否可以發明時光機？」不止祖父悖論，還有費米悖論（Fermi Paradox），「如果真有時光機，為何我們沒見到在時間旅行的人？」David笑言：「至少我一定會回到過去搞搞震，也有陰謀論說是美國政府掩藏這些人，乜都係話美國政府。」

《天能》裏的金句，What's happened, happened，妄圖改變過去是不可能的，這也有科學家猜想過，如物理學家諾維科夫提出的自洽性原則（Novikov self-consistency principle）：「發明時光機之後，如何避免祖父悖論？其中一個想法跟路蘭說的一致，設想這個宇宙有安全機制，令已發生的事無論如何都會發生，你拿刀想插阿爺也會突然跣倒。」。但這樣想，除了殺阿爺，你甚至不能回到過去踩碎一塊落葉，每一件已發生的事都不能改變的話，即時光機亦是不可能出現的東西。「如果時空旅行可以存在，而宇宙有機制保護阿爺，這機制亦會同時否定時空旅行的存在。」另外又有另一套講法，「如果允許時光機出現，是像隨意門可以行入去的話，科學家計算出可以開到這個洞，但開的時間非常短，沒可能穿過」。再來一個比較不犯駁的科幻電影路數，便是《復仇者聯盟4：終局之戰》的平行時空了，每改變一個決定，都分裂出另一個時空，回過去殺阿爺會分裂出一個沒有「我」的時空，但與本身那個「我」身處的已非同一時空。

相對論、量子力學 界線在哪裏？

話說回頭，逆電子理論不是說同一粒電子順時向前行，同時就會有反電子逆時向後行？電影彷彿將這個情况放大，放在人身上，拍成主角逆時會見到人倒後行的畫面。不過這種「粒子如何，人也必如何」的聯想，科學上其實未解決。這又回到物理學的千古難題，宏觀描述宇宙運行的相對論與微觀粒子特性的量子力學，至今未有人想到兩者如何能夠相容結合。東西有多細才夠微觀，可用量子力學解釋？多大就會跌入相對論的範疇？沒人知道界線劃在哪，如果說有條明確界線也很奇怪，合理設想應是量子力學的效應會逐漸過度至相對論的世界，反之亦然，但說到底，兩者如何相接還是未解得通的問題。

科學未解的難題，正給予路蘭想像空間創作逆行世界，不過David說，「在我們這樣的大尺度，量子效應不存在，因為每粒粒子有量子效應，加在一起會平均了，數學上計得到平均後便沒有量子效應」。科學家仍在繼續研究多「小」才進入量子力學的世界，「有研究量子論的科學家做實驗，將粒子愈砌愈大粒，看什麼時候才沒有量子效應，發現以60個碳原子砌出來的『足球』（Fullerene）都有量子效應」。

電影有無破綻？

David走出戲院，花了些時間想把情節想通，「複雜是因為戲拍得緊湊，剪接多，沒時間讓人細想。車戰那場很複雜很多人，會去想誰向前誰向後，但物理真係唔關事。好多觀眾看科幻電影覺得自己看不明白，以為是不明白科學，其實明物理都不明齣戲」。例如「未來」的主角倒帶退到過去，駛另一架車至車戰現場，反車、起火，主角被救回後，可入旋轉門再把自己的時間扭回順行，但車的殘骸沒人處理，是否一直留到原地，留到馬路都未起好的過去？「這是不是一個bug呢？」但他好像無意為此「燒腦」，反而滿懷興致與記者研究Inception結局那個陀螺，「有篇文話陀螺其實唔係男主角個圖騰，是他老婆的，他的圖騰是戒指﹗」「吓真係？」「你記唔記得老婆在夢中……」／／

先備知識：
1.同位素的概念。

影片重點：
1.因為有同位素，所以在週期表上的原子量為「平均原子量」。
2.平均原子量為每一種同位素的原子量去乘以其所佔比例，再全部加總，是一種「加權平均的概念」。
3.質量數不等於原子量。質量數一定是整數，因為它是質子數加中子數；但原子量是與碳-12比較的結果，很有可能帶有小數。不過一般來說，質量數與原子量的大小會很接近。
4.如果題目真的沒有給同位素的「原子量」，則暫且可以把質量數當作原子量來計算。例如溴-79的原子量就直接當作是79。

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3.質量數不等於原子量。質量數一定是整數，因為它是質子數加中子數；但原子量是與碳-12比較的結果，很有可能帶有小數。不過一般來說，質量數與原子量的大小會很接近。

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