逆时空是否存在，熵减的世界是什么样的？

电影《信条》中那样的时间逆转在科学上可能吗？

回答这个问题之前，我觉得有必要事先声明下：首先，这里说的“时间”指的大家熟悉的、日常生活中对时间的通常理解。其次，今天要说的是整体的时间逆转，不是单纯的回到过去。

虽然爱因斯坦说过：时间和空间是一体的，不能分开来说。但是在我们熟悉的这个世界，时间这个维度非常的特殊，和所有的空间维度不一样，时间维度它永远是单向的。

单从狭义相对论角度来说，“钟慢效应”意味着对于有质量的物体，它运动速度越快，它的时间相对外界来说就走得越慢，也就是“时间膨胀”。

“胡扯！有证据吗？”

有，而且还很多。都不拿今天卫星定位的例子，其实早在上世纪40年代，科学家就通过宇宙射线证明了钟慢效应的存在。

他们拿宇宙射线与大气层碰撞产生的 μ子来做实验：如果不考虑相对论的钟慢效应，高空过来的μ子应该很快便会衰变为其他粒子，因此在不同海拔测量到的μ子数量应该有很大差距。但是实验中，低海拔的探测器也捕捉到了大量的μ子。这是因为对μ子本身来说，由于它是以近光速向地面飞来的，所以对地面观测者来说μ子本身的时间变慢了，于是衰变的μ子数量变少了。

“速度越快时间越慢”的说法相信大家已经不陌生，而且不少人应该还听过后半句：“当速度超过光速，那么时间将会倒流”。这个说法有没有道理呢？

你可能会说：光速是现实世界的速度上限，从狭义相对论来说就不可能存在运动速度超光速的情况。

没错，通常情况下你完全可以说这后半句就是句“废话”。毕竟，对于任何有质量（静止质量）的粒子，它再快也快不过零质量的光子。除非有一种例外：就是这个粒子的质量是个虚数！这正是上世纪六十年代提出的一种超光速粒子—— 快子（tachyon）。

快子宇宙

快子是从数学上推导出的一种假想粒子。

以狭义相对论举例，如果把能量-动量方程（

）简单变换后，可以得到如下式子：

其中 E 是粒子具有的总能量，m 是粒子的静止质量。

可以看出，如果让粒子的速度v强行大于光速c 时，那么根号下就成了负数。对负数开平方说明分母成了虚数。为了不让总能量变成虚数，那么分子必须也是虚数才行。又因为光速c是个常数，所以是虚数的只能是粒子的质量了。因此粒子若想超光速，它必须具有“虚质量（imaginarymass）”。

你要说“负”质量我都能理解，这个“虚”质量到底是个啥？

而且从公式可以看出，正常的粒子人家都是速度越快能量越大，这个快子是速度越快能量越小。而且它不是“可以”比光速快，而是“只能”比光速快。甚至如果没有额外能量的话，快子的速度会是无限大。（好嘛，敢情快子的世界都是瞬移啊！）

当然，你可以说这些都是数学把戏，现实世界怎么可能有这种离奇事情嘛。

不过如果你像当年预言反粒子的狄拉克一样，相信数学上存在就一定存在（哪怕它只是不在我们这个宇宙），那么我们可以大胆地设想：或许存在这么一种“快子宇宙（tachyon-universe）”，这里的物质无法静止，它们时时刻刻都在“狂奔”。因为在这个宇宙中最慢的速度也是光速，“静止”这个词在这里的含义就是“以光速运动”！

在快子宇宙中，这里的所有粒子都是以超光速运动的快子。如果想让这些粒子减速，那么你需要对其施加额外的能量。要想让粒子“停”下来（也就是降低到光速），那么你将需要无限大的能量（就像我们想把物质加速到光速那样）。

可以看出，这个快子宇宙和我们的宇宙（慢子宇宙tardyon-universe）完全相反，包括时间流逝在这里也是反向的。“速度超过光速时间将会倒流”的说法在这里成为了常识。

可是如果时间是反向的，那岂不意味着这个宇宙的因果律将被颠倒，熵增定律也成了“熵减定律”？难道《信条》里的逆时空真的可能存在？

显然“快子宇宙”这种猜想过于天马行空，你甚至无法想象出这种世界可能的样子。但是《信条》里展示的则是另一种时间反转的世界，相比之下这种宇宙不但更加“现实”，想象起来也更加的“友好”，它就是具有逆熵的“反物质宇宙（anti-universe）”也叫“反宇宙”。 反宇宙

关于反物质之前我们没少说，大家应该很熟悉了：它有着相反的电荷，与正物质相遇会立马湮灭等等。不过对于反物质的解释，费曼提出过一个更加“有意思”的观点：一个时间反演的粒子和它的反粒子其实是等价的。

这句话该怎么理解呢？

还记得之前提到过，费曼的导师惠勒有一天突发奇想地和他说：“我知道为什么所有的电子都有相同的电荷和质量了，因为它们是同一个电子！”对于这种“全宇宙只有一个电子”的猜想，无论是谁都会觉得它太扯了。

但是或许是受到了该想法的启发，费曼认为狄拉克方程中的反粒子，或许就是一个沿时间轴反向运动的普通粒子。因为他发现，如果将方程中时间和电荷的正负号同时反转的话，方程仍然是成立的。这意味着，在正时间流逝中的粒子就是正粒子，在负时间流逝中的粒子就是反粒子。也就是说，我们观察到的反物质，可以说其实是那些回到过去的普通物质。

不仅如此，这个解释意味着无论是正粒子还是反粒子，它们本质上其实是同一个粒子。于是湮灭反应就可以理解为：粒子的时间箭头被突然掉转了方向，而时间转向的这个过程伴随着能量的释放。

电子湮灭反应费曼图

怎么样，这个脑洞够不够大？

这从某一方面也解释了“为什么我们的宇宙中都是正物质”，“当初随大爆炸产生的反物质都去了哪儿”的问题。因为伴随大爆炸的是一正一反两个宇宙，一个时间正向流逝的正宇宙和一个时间逆向流逝的反宇宙。

反宇宙存在于大爆炸之前，那里有着和我们这个宇宙完全相同的东西：一样的星系、一样的恒星、一样的行星甚至是一样的地球。只是从我们的宇宙来看，这个反宇宙的时间是倒着流的。我们此时此刻做的每一件事，在反宇宙中同样都在进行着，只不过它们像《信条》里那样是“倒放”的。

好了，回答开始的问题：时间逆转存在吗？

对于我们所在的这个世界——逆时空不存在；但从数学上推导出一个逆世界则完全是可能的。

无论是基于相对论的快子宇宙，还是基于反物质的反宇宙，这些时空逆转都是针对其他宇宙来说的。对于我们所在的这个宇宙，你可以坚信：

只要光速仍然是物质运动速度的上限，时空逆转就不可能存在；只要热力学第二定律还没被推翻，时间倒流就只停留在想象。