W filmie "Tenet", pierwszym wielkim światowym hicie po częściowym otwarciu kin, Christopher Nolan dotyka tematyki termodynamiki, antymaterii i natury czasu. Jak to wszystko wyjaśnić? Przyjrzymy się zasadom fizyki obowiązującym w najnowszym filmie twórcy słynnej "Incepcji".
"Tenet" to prawdopodobnie najbardziej skomplikowany film Christophera Nolana. Nie ze względu na fabułę, która jest jak w standardowym filmie szpiegowskim, ale na jej przedstawienie. Mimo iż nie jest to film o podróżach w czasie, to ów czas i manipulacje nimi, odgrywają w "Tenet" ogromne znaczenie. Oczywiście, są oparte na solidnych (choć teoretycznych) podstawach naukowych, ale nietrudno się w tym wszystkim pogubić.
"Tenet" to - mówiąc najprościej - widowiskowe kino szpiegowskie o planach zniszczenia świata przez "tych złych" i próbach ich pokrzyżowania przez "tych dobrych". Główny bohater (znany jako Protagonista) trafia do tajemniczej organizacji, która dysponuje środkami pozwalającymi być krok przed rozgrywającymi się wydarzeniami. To dlatego, że organizacja ta ma możliwości odwracania entropii, które przez widzów są postrzegane jako podróże w czasie. Nie ma jednak żadnego wehikułu, mimo iż słynny paradoks dziadka jest tu przytaczany wielokrotnie. Wszystko dlatego, że "Tenet" nie jest kolejnym "Powrotem do przeszłości", a filmem opartym na prawach termodynamiki.
Entropia to jedno z podstawowych pojęć termodynamiki, które najłatwiej określić jako stopień nieuporządkowania materii. Im bardziej nieuporządkowane są cząsteczki, tym wyższa jest entropia układu. Z tego powodu, gazy mają wyższą entropię niż ciecze, a te wyższą niż ciała stałe. Wszechświat dąży do maksymalnej entropii, czyli do jak największego chaosu. Matematyk James R. Newman nazywa to "ogólnym trendem Wszechświata w kierunku śmierci i nieporządku", fizyk Arthur Eddington używa nieco filozoficznego terminu "strzały czasu", podczas gdy Lucian Harland-Lang określa entropię jako "argument dotyczący prawdopodobieństwa".
Zgodnie ze znanymi nam prawami fizyki, entropia zamkniętego układu może tylko rosnąć w czasie, nigdy maleć. Dobrym przykładem może tu być ryż zamknięty w słoiku lub lustro. Oba te obiekty mają małą entropię, bo ich cząsteczki są uporządkowane. Gdy ryż rozsypiemy na podłogę, a lustro zbijemy, ich entropia wzrośnie. Nie da się tego cofnąć. Nawet jeżeli ryż pozbieramy z podłogi i ponownie umieścimy w słoiku, nie będzie to ten sam "stan", co przed rozsypaniem. Fragmenty lustra też możemy posklejać, ale nie będzie ono już pełniło swoich funkcji. To obrazowe przykłady na wzrost entropii układów.
Innym przykładem może być jajko upuszczone na ziemię. Dopóki czas płynie do przodu (lub jak mówią fizycy: zgodnie ze strzałką czasu), upuszczone jajko może tylko się rozbić (stać się bardziej nieuporządkowanym obiektem), nigdy jednak nie wróci do pierwotnego kształtu (stanie się mniej nieuporządkowane). Przepływ entropii jest jedyną rzeczą, która to uniemożliwia, ponieważ wszystkie inne ważne prawa fizyki są symetryczne.
Fizycy twierdzą, że z powodu wspomnianej symetrii, istnieje niezerowa szansa, że jajko mogłoby się naprawić. Ale aby tak się stało, ruch wszystkich cząsteczek powietrza i ziemi, przez które przenoszony był dźwięk i energia jajka, gdy pękało one po upadku, musiałby zachodzić w odwrotnym kierunku. We Wszechświecie jest jednak tak mało sposobów, by jajo odbudowało się i miliardy wariantów, w których pozostaje rozbite. Prawdopodobieństwo pozostania rozbitym jest tak duże, że nigdy nie doświadczymy ruchu jaja od postaci rozbitej do złożonej. To dlatego też, nigdy nie zobaczymy, jak pocisk wyskakuje ze ściany i podąża do broni, a także jak samochód naprawia się po zderzeniu.
Rzeczy, które dzieją się w "Tenet", opierają się na prostym założeniu. Jeżeli można odwrócić przepływ entropii dla obiektu, można też odwrócić bieg czasu dla tego obiektu. Gdyby dało się odwrócić entropię dla rozbijającego się lustra czy jajka, obiekty te nie zaczęłyby dosłownie poruszać się wstecz w czasie. Ale entropia i czas są ze sobą tak silnie powiązane, że gdyby ktoś zobaczył, że rozbite jajko "składa" się w całość, odniósłby wrażenie, jakby czas dla niego się cofał.
Omówienie fragmentu pościgu z filmu:
Główna idea filmu "Tenet", mówiąca o tym, że bieg czasu ludzi i przedmiotów można odwrócić, opiera się na teorii fizyków Richarda Feynmana i Johna Wheelera. W filmie pojawiają się nawet te nazwiska, chociaż łatwo to przeoczyć. Neil (partner Protagonisty), który notabene sam jest fizykiem, odnosi się do pomysłu Feynmana i Wheelera mówiąc, że pozytony mogą być elektronami cofającymi się w czasie. Nie jest to stwierdzenie pozbawione sensu.
Elektrony są cząstkami obdarzonymi ładunkiem ujemnym. Pozytony to antycząstki elektronów - mają taką samą masę i wartość ładunku, tyle że z przeciwnym znakiem (dodatni). Zgodnie z założeniami fizyków teoretycznych, każda cząstka ma swoją antycząstkę - neutron i antyneutron, proton i antyproton, itd. Zbiorowo tworzą one przeciwieństwo znanej nam materii, czyli antymaterię.
Pozytony powszechnie występują w przyrodzie lub powstają w akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów. Strukturalnie są lustrzanym odbiciem elektronów. Teoria Feynmana-Wheelera zakłada, że gdyby udało się odwrócić strzałkę czasu elektronu, wyglądałby on jak pozyton. "Cofając się w czasie" może współistnieć obok zwykłych elektronów, a nawet zderzać się z nimi.
Uwaga: niektórzy mogą uznać poniższy akapit za zdradzenie elementów fabuły filmu - można go pomiąć, jeśli jesteśmy przeczuleni.
Teorie objawiają się w scenach akcji w "Tenet". Zamiast skomplikowanych wzorów fizycznych i niezrozumiałych wykładów mamy ideę "wojny czasowej" i maszyn, które pozwalają odwrócić strzałkę czasu, jako analogię do modelu Feynmana i Wheelera. Jest to szczególnie widoczne w dwóch wariantach scen walki w Freeport w Oslo, w której Protagonista walczy z tajemniczym "odwróconym" mężczyzną, który okazuje się nim samym. Nolan dwa razy ukazuje tę samą scenę, co zmienia nasze rozumienie tego, co widzimy. Za pierwszym razem myślimy, że Protagonista i jego przeciwnik, to dwie różne osoby. Za drugim razem zdajemy sobie sprawę, że widzimy tę samą osobę w różnych stanach jej istnienia (z odwróconą entropią). To analogia cząstki i antycząstki z modelu Feynmana-Wheelera - ta sama cząstka, ale poruszająca się w różnych kierunkach (z przeciwnymi zwrotami strzałek czasu).
Jest w tym głęboko zakorzeniony sens, chociaż Feynman i Wheeler nigdy nie sugerowali, że Wszechświat jest pełen cząstek z odwróconą entropią (cofających się w czasie), tylko, że teoretycznie może tak być. Teoria to narzędzie do interpretacji tego, co widzimy, gdy obserwujemy elektrony i pozytony, a "Tenet" tłumaczy to poprzez zastąpienie cząstek i antycząstek ludźmi i odwróconymi ludźmi.
"Tenet" jest filmem o mocnych fundamentach naukowych. Nie jest to film dla fizyków, a analogia zjawisk rozważanych przez uczonych od dawna. Czy odwracając entropię danego obiektu, sprawilibyśmy, że zacznie się on cofać w czasie do punktu, w którym doszło do odwrócenia? Krótka odpowiedź brzmi: nie. Ale teoretycznie jest to możliwe. "Tenet" stawia kilka interesujących pytań dotyczących natury czasu i naszego zrozumienia otaczającej rzeczywistości.
Postrzeganie entropii jako strzałki czasu jest odważnym i całkiem racjonalnym pomysłem. To ona wyznacza przepływ czasu i - zgodnie ze znanymi nam prawami - determinuje losy Wszechświata (wszechświatów?). Dr Sam Beckett z popularnego serialu z lat 90. ubiegłego wieku czy każdy inny zagubiony podróżnik w czasie powinien spojrzeć na entropię zamkniętego układu. Kierunek, w którym entropia wzrasta, byłby kierunkiem, w którym czas płynie do przodu. A ponieważ wszystko, co obserwujemy na co dzień - rozbijanie jaj, starzenie, zmiany pór roku, topniejące lodowce - jest wynikiem entropii, bardzo trudno oddzielić to od praw termodynamiki.
W "Interstellar" Cooper podróżuje w czasie tunelem czasoprzestrzennym, podczas gdy "Tenet" pokazuje, jak by to było poruszać się w czasie "pod prąd". Nie jest to łatwa tematyka, ale Nolan podejmuje ją w sposób mistrzowski.
