评论:个人信息保护法保护的是什么

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作者: 刘春泉

[ 对于裁判文书、日记、个人照片等属于广义上的与个人密切相关的信息,虽然也可以称之为“个人信息”,但这种广义的个人信息应当适用隐私、肖像权等其他法律予以保护。 ]

《中华人民共和国个人信息保护法》征求意见稿已经发布,根据笔者最近几年办理个人信息相关案件遭遇到各种对个人信息的误解和望文生义来看,很有必要研究清楚《个人信息保护法》保护的个人信息是什么?为什么要保护个人信息?

第一,个人信息包含广义和狭义的个人信息,《个人信息保护法》保护的是狭义的个人信息。

根据笔者在研究电商法个人信息问题时的考察研究,我国对涉及企业数据问题的其实十几年前就已经有了不少案例,只不过现在的研究者往往都只是网络检索不知道而已;美国个人信息保护主要以隐私保护一些通信相关法律为主;欧盟1995年就发布了个人数据保护指引。

我国隐私源于“阴私”的说法,原来不具有个人信息的内容,成文立法中关于个人信息保护的内容较早体现为2003年《居民身份证法》中对于警察需保护个人信息的规定,2009年2月28日《刑法》修正案七首次通过刑法对于买卖个人信息予以打击的规定,2012年底全国人大常委会通过加强网络信息保护的决定,算是中国首个专门保护个人信息的立法。

其实,追溯我国电子个人信息“先刑后民”进入立法强保护的历史,可知个人信息得到保护的根本原因在于个人信息被滥收滥用后导致电信诈骗等极其严重的后果,也与我国实行网络实名制导致个人信息被广泛收集使用,又因监管不严导致很多问题有一定关联(笔者认为个人信息强保护与实名制必须是并行不悖)。所以虽然很多学者尝试从人格权角度去论证保护个人信息的法理依据,但事实上网络时代走向数据时代带来的技术和社会变化才是更加深刻的立法背景。

2013年修订的《消费者权益保护法》将这种个人信息应当得到保护的权利直接称之为“个人信息得到保护的权利”,后来的《民法典》110和111条也没有明确确立个人信息权,这是因为“个人信息权”的基础和确切含义现在并没有研究清楚。

一般认为,这种因电子化后极其容易复制取得并滥用于诈骗等场景的个人信息包括姓名、通信号码、地址、邮箱、身份证号码、银行卡号、计算机终端设备号码等,凡是单独或者综合后直接或者间接可以识别到具体自然人的信息均为个人信息,包括电子化的生物识别信息,例如基因信息、人脸识别信息、虹膜、指纹等。因使用电子设备而产生的位置信息、行踪轨迹、浏览记录、财产信息等也属于个人信息。

除此以外,笔者还发现在具体诉讼案件中有的法院把裁判文书内容理解为个人信息,虽然经解释判决书的当事人姓名、地址、身份证号码、联系方式等信息的确属于个人信息,但应司法透明度政策要求,已经根据最高院相关司法解释要求剔除具体地址、联系方式、身份证号码等个人信息的裁判文书本身不是个人信息保护的狭义的个人信息,而是与个人有关的信息这种广义的个人信息。但是这没有明确的条文依据,在具体案件中很难说服法官个人信息到底是什么。

所以有必要明确,对于裁判文书、日记、个人照片(尤其是私密照片)等属于广义上的与个人密切相关的信息,虽然也可以称之为“个人信息”,但这种广义的个人信息应当适用隐私、肖像权等其他法律予以保护,而不能望文生义将裁判文书或者其他与个人相关的文书都认为是个人信息,否则的话,一切人类行为都是人的行为,都是与个人相关的,都认为是个人信息则个人信息过于宽泛,难以按照目前的个人信息实践予以规范。

第二,个人信息与个人数据有使用场景的不同而含义不同,但为立法行文便捷可以通用。

个人信息与个人数据虽然经常通用,但数据更多的是在计算机软硬件场景下对内存储或者运行的信息的物理载体的表达,计算机存储运行的一切信息都是数据,信息则是数据包含和体现的内容的社会人文表达,自然人需要感官读取数据才能进行信息接收和处理。为立法简洁,可以像《著作权法》将版权与著作权通用那样,将个人信息与个人数据通用,但是具体场景中还是要注意观察研究两者的区别。

第三,个人信息保护法借鉴域外经验较多但考虑本土国情不足。

从目前公开的征求意见稿来看,欧美个人信息保护的相关法律影响比较明显,这种对比研究是非常必要的,我也赞同在具体确定企业合规准则和法律责任时必须兼顾考虑产业发展与人民福祉,不宜让中国企业在法律软环境竞争中长期处于监管福地或者洼地,但是同样重要的是中国有自己的现阶段特殊国情,如果不予考虑,则制度设计恐怕在运行中仍然改变不了现状。

比如说,中国监管机构受制于地方政府对地方纳税大户保护的限制,虽然草案建议将罚款金额设定为比欧盟《通用数据保护条例》(GDPR)还要高一个百分点的上年度营业收入的5%,但如果属地监管不改,调查启动不了或者处罚批不下来,规定罚款多少都是一纸空文。

所以笔者建议个人信息保护要考虑放开民事救济的诉讼仲裁途径,让消费者和公益诉讼的消保机构,检察院都有权发起诉讼,这样才能避免监管这个引擎启动不了的尴尬。

个人信息保护法征求意见稿具体条文为:

第四条 个人信息是以电子或者其他方式记录的与已识别或者可识别的自然人有关的各种信息, 不包括匿名化处理后的信息。

个人信息的处理包括个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开等活动。

笔者修改建议如下:

本法保护的个人信息是以单独或者与其他信息结合可以识别自然人身份、确定自然人位置或者以其他方式定位到自然人的各种信息, 依法匿名化处理后的信息,可以在不违反法律规定的情况下正当使用。

个人信息的处理包括个人信息的收集、生成、存储、使用、加工、传输、提供、公开等活动。

(作者系上海段和段律师事务所合伙人、律师)

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作者: 刘春泉

[ 对于裁判文书、日记、个人照片等属于广义上的与个人密切相关的信息,虽然也可以称之为“个人信息”,但这种广义的个人信息应当适用隐私、肖像权等其他法律予以保护。 ]

《中华人民共和国个人信息保护法》征求意见稿已经发布,根据笔者最近几年办理个人信息相关案件遭遇到各种对个人信息的误解和望文生义来看,很有必要研究清楚《个人信息保护法》保护的个人信息是什么?为什么要保护个人信息?

第一,个人信息包含广义和狭义的个人信息,《个人信息保护法》保护的是狭义的个人信息。

根据笔者在研究电商法个人信息问题时的考察研究,我国对涉及企业数据问题的其实十几年前就已经有了不少案例,只不过现在的研究者往往都只是网络检索不知道而已;美国个人信息保护主要以隐私保护一些通信相关法律为主;欧盟1995年就发布了个人数据保护指引。

我国隐私源于“阴私”的说法,原来不具有个人信息的内容,成文立法中关于个人信息保护的内容较早体现为2003年《居民身份证法》中对于警察需保护个人信息的规定,2009年2月28日《刑法》修正案七首次通过刑法对于买卖个人信息予以打击的规定,2012年底全国人大常委会通过加强网络信息保护的决定,算是中国首个专门保护个人信息的立法。

其实,追溯我国电子个人信息“先刑后民”进入立法强保护的历史,可知个人信息得到保护的根本原因在于个人信息被滥收滥用后导致电信诈骗等极其严重的后果,也与我国实行网络实名制导致个人信息被广泛收集使用,又因监管不严导致很多问题有一定关联(笔者认为个人信息强保护与实名制必须是并行不悖)。所以虽然很多学者尝试从人格权角度去论证保护个人信息的法理依据,但事实上网络时代走向数据时代带来的技术和社会变化才是更加深刻的立法背景。

2013年修订的《消费者权益保护法》将这种个人信息应当得到保护的权利直接称之为“个人信息得到保护的权利”,后来的《民法典》110和111条也没有明确确立个人信息权,这是因为“个人信息权”的基础和确切含义现在并没有研究清楚。

一般认为,这种因电子化后极其容易复制取得并滥用于诈骗等场景的个人信息包括姓名、通信号码、地址、邮箱、身份证号码、银行卡号、计算机终端设备号码等,凡是单独或者综合后直接或者间接可以识别到具体自然人的信息均为个人信息,包括电子化的生物识别信息,例如基因信息、人脸识别信息、虹膜、指纹等。因使用电子设备而产生的位置信息、行踪轨迹、浏览记录、财产信息等也属于个人信息。

除此以外,笔者还发现在具体诉讼案件中有的法院把裁判文书内容理解为个人信息,虽然经解释判决书的当事人姓名、地址、身份证号码、联系方式等信息的确属于个人信息,但应司法透明度政策要求,已经根据最高院相关司法解释要求剔除具体地址、联系方式、身份证号码等个人信息的裁判文书本身不是个人信息保护的狭义的个人信息,而是与个人有关的信息这种广义的个人信息。但是这没有明确的条文依据,在具体案件中很难说服法官个人信息到底是什么。

所以有必要明确,对于裁判文书、日记、个人照片(尤其是私密照片)等属于广义上的与个人密切相关的信息,虽然也可以称之为“个人信息”,但这种广义的个人信息应当适用隐私、肖像权等其他法律予以保护,而不能望文生义将裁判文书或者其他与个人相关的文书都认为是个人信息,否则的话,一切人类行为都是人的行为,都是与个人相关的,都认为是个人信息则个人信息过于宽泛,难以按照目前的个人信息实践予以规范。

第二,个人信息与个人数据有使用场景的不同而含义不同,但为立法行文便捷可以通用。

个人信息与个人数据虽然经常通用,但数据更多的是在计算机软硬件场景下对内存储或者运行的信息的物理载体的表达,计算机存储运行的一切信息都是数据,信息则是数据包含和体现的内容的社会人文表达,自然人需要感官读取数据才能进行信息接收和处理。为立法简洁,可以像《著作权法》将版权与著作权通用那样,将个人信息与个人数据通用,但是具体场景中还是要注意观察研究两者的区别。

第三,个人信息保护法借鉴域外经验较多但考虑本土国情不足。

从目前公开的征求意见稿来看,欧美个人信息保护的相关法律影响比较明显,这种对比研究是非常必要的,我也赞同在具体确定企业合规准则和法律责任时必须兼顾考虑产业发展与人民福祉,不宜让中国企业在法律软环境竞争中长期处于监管福地或者洼地,但是同样重要的是中国有自己的现阶段特殊国情,如果不予考虑,则制度设计恐怕在运行中仍然改变不了现状。

比如说,中国监管机构受制于地方政府对地方纳税大户保护的限制,虽然草案建议将罚款金额设定为比欧盟《通用数据保护条例》(GDPR)还要高一个百分点的上年度营业收入的5%,但如果属地监管不改,调查启动不了或者处罚批不下来,规定罚款多少都是一纸空文。

所以笔者建议个人信息保护要考虑放开民事救济的诉讼仲裁途径,让消费者和公益诉讼的消保机构,检察院都有权发起诉讼,这样才能避免监管这个引擎启动不了的尴尬。

个人信息保护法征求意见稿具体条文为:

第四条 个人信息是以电子或者其他方式记录的与已识别或者可识别的自然人有关的各种信息, 不包括匿名化处理后的信息。

个人信息的处理包括个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开等活动。

笔者修改建议如下:

本法保护的个人信息是以单独或者与其他信息结合可以识别自然人身份、确定自然人位置或者以其他方式定位到自然人的各种信息, 依法匿名化处理后的信息,可以在不违反法律规定的情况下正当使用。

个人信息的处理包括个人信息的收集、生成、存储、使用、加工、传输、提供、公开等活动。

(作者系上海段和段律师事务所合伙人、律师)

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谁最能代表中国经济向上力量?2020十大经济年度人物评选火热进行中,谁是你心中的TOP10商业领袖,[点击投票]


作者: 刘春泉

[ 对于裁判文书、日记、个人照片等属于广义上的与个人密切相关的信息,虽然也可以称之为“个人信息”,但这种广义的个人信息应当适用隐私、肖像权等其他法律予以保护。 ]

《中华人民共和国个人信息保护法》征求意见稿已经发布,根据笔者最近几年办理个人信息相关案件遭遇到各种对个人信息的误解和望文生义来看,很有必要研究清楚《个人信息保护法》保护的个人信息是什么?为什么要保护个人信息?

第一,个人信息包含广义和狭义的个人信息,《个人信息保护法》保护的是狭义的个人信息。

根据笔者在研究电商法个人信息问题时的考察研究,我国对涉及企业数据问题的其实十几年前就已经有了不少案例,只不过现在的研究者往往都只是网络检索不知道而已;美国个人信息保护主要以隐私保护一些通信相关法律为主;欧盟1995年就发布了个人数据保护指引。

我国隐私源于“阴私”的说法,原来不具有个人信息的内容,成文立法中关于个人信息保护的内容较早体现为2003年《居民身份证法》中对于警察需保护个人信息的规定,2009年2月28日《刑法》修正案七首次通过刑法对于买卖个人信息予以打击的规定,2012年底全国人大常委会通过加强网络信息保护的决定,算是中国首个专门保护个人信息的立法。

其实,追溯我国电子个人信息“先刑后民”进入立法强保护的历史,可知个人信息得到保护的根本原因在于个人信息被滥收滥用后导致电信诈骗等极其严重的后果,也与我国实行网络实名制导致个人信息被广泛收集使用,又因监管不严导致很多问题有一定关联(笔者认为个人信息强保护与实名制必须是并行不悖)。所以虽然很多学者尝试从人格权角度去论证保护个人信息的法理依据,但事实上网络时代走向数据时代带来的技术和社会变化才是更加深刻的立法背景。

2013年修订的《消费者权益保护法》将这种个人信息应当得到保护的权利直接称之为“个人信息得到保护的权利”,后来的《民法典》110和111条也没有明确确立个人信息权,这是因为“个人信息权”的基础和确切含义现在并没有研究清楚。

一般认为,这种因电子化后极其容易复制取得并滥用于诈骗等场景的个人信息包括姓名、通信号码、地址、邮箱、身份证号码、银行卡号、计算机终端设备号码等,凡是单独或者综合后直接或者间接可以识别到具体自然人的信息均为个人信息,包括电子化的生物识别信息,例如基因信息、人脸识别信息、虹膜、指纹等。因使用电子设备而产生的位置信息、行踪轨迹、浏览记录、财产信息等也属于个人信息。

除此以外,笔者还发现在具体诉讼案件中有的法院把裁判文书内容理解为个人信息,虽然经解释判决书的当事人姓名、地址、身份证号码、联系方式等信息的确属于个人信息,但应司法透明度政策要求,已经根据最高院相关司法解释要求剔除具体地址、联系方式、身份证号码等个人信息的裁判文书本身不是个人信息保护的狭义的个人信息,而是与个人有关的信息这种广义的个人信息。但是这没有明确的条文依据,在具体案件中很难说服法官个人信息到底是什么。

所以有必要明确,对于裁判文书、日记、个人照片(尤其是私密照片)等属于广义上的与个人密切相关的信息,虽然也可以称之为“个人信息”,但这种广义的个人信息应当适用隐私、肖像权等其他法律予以保护,而不能望文生义将裁判文书或者其他与个人相关的文书都认为是个人信息,否则的话,一切人类行为都是人的行为,都是与个人相关的,都认为是个人信息则个人信息过于宽泛,难以按照目前的个人信息实践予以规范。

第二,个人信息与个人数据有使用场景的不同而含义不同,但为立法行文便捷可以通用。

个人信息与个人数据虽然经常通用,但数据更多的是在计算机软硬件场景下对内存储或者运行的信息的物理载体的表达,计算机存储运行的一切信息都是数据,信息则是数据包含和体现的内容的社会人文表达,自然人需要感官读取数据才能进行信息接收和处理。为立法简洁,可以像《著作权法》将版权与著作权通用那样,将个人信息与个人数据通用,但是具体场景中还是要注意观察研究两者的区别。

第三,个人信息保护法借鉴域外经验较多但考虑本土国情不足。

从目前公开的征求意见稿来看,欧美个人信息保护的相关法律影响比较明显,这种对比研究是非常必要的,我也赞同在具体确定企业合规准则和法律责任时必须兼顾考虑产业发展与人民福祉,不宜让中国企业在法律软环境竞争中长期处于监管福地或者洼地,但是同样重要的是中国有自己的现阶段特殊国情,如果不予考虑,则制度设计恐怕在运行中仍然改变不了现状。

比如说,中国监管机构受制于地方政府对地方纳税大户保护的限制,虽然草案建议将罚款金额设定为比欧盟《通用数据保护条例》(GDPR)还要高一个百分点的上年度营业收入的5%,但如果属地监管不改,调查启动不了或者处罚批不下来,规定罚款多少都是一纸空文。

所以笔者建议个人信息保护要考虑放开民事救济的诉讼仲裁途径,让消费者和公益诉讼的消保机构,检察院都有权发起诉讼,这样才能避免监管这个引擎启动不了的尴尬。

个人信息保护法征求意见稿具体条文为:

第四条 个人信息是以电子或者其他方式记录的与已识别或者可识别的自然人有关的各种信息, 不包括匿名化处理后的信息。

个人信息的处理包括个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开等活动。

笔者修改建议如下:

本法保护的个人信息是以单独或者与其他信息结合可以识别自然人身份、确定自然人位置或者以其他方式定位到自然人的各种信息, 依法匿名化处理后的信息,可以在不违反法律规定的情况下正当使用。

个人信息的处理包括个人信息的收集、生成、存储、使用、加工、传输、提供、公开等活动。

(作者系上海段和段律师事务所合伙人、律师)

官方报告释疑影子银行监管 前期治理避免杠杆率快速上升

谁最能代表中国经济向上力量?2020十大经济年度人物评选火热进行中,谁是你心中的TOP10商业领袖,[点击投票]


作者: 杜川

[ 2016年末,我国影子银行规模已经相当庞大,广义影子银行超过90万亿元,狭义影子银行高达51万亿元。 ]

[ 截至2019年末,广义影子银行规模降至84.80万亿元,较2017年初100.4万亿元的历史峰值缩减近16万亿元。 ]

我国影子银行隐患一度非常严重,经过几年的努力,目前初步呈现根本性好转势头。但应看到,影子银行不会消失,将和传统金融体系长期共存。

12月4日,《金融监管研究》微信公众号发布文章《中国影子银行报告》。这一报告由中国银保监会政策研究局、统计信息与风险监测部课题组共同撰写发布。报告指出,不同类型的影子银行的作用和风险水平差异较大。因此,必须建立和完善对影子银行的持续监管体系。

数据显示,2016年末,我国影子银行规模已经相当庞大,广义影子银行超过90万亿元,狭义影子银行高达51万亿元。经过三年专项治理,影子银行野蛮生长的态势得到有效遏制。截至2019年末,广义影子银行规模降至84.80万亿元,较2017年初100.4万亿元的历史峰值缩减近16万亿元。风险较高的狭义影子银行规模降至39.14万亿元,较历史峰值缩减了12万亿元。

银保监会课题组相关人士表示,影子银行的规模会是动态的,和经济增速、市场具体需求密切相关。高风险的部分还要继续压降,未来会支持合法合规、对实体经济有积极意义的部分业务。

风险隐患一度居高不下

中国影子银行在2008年后迅速发展,随着金融业务范围的拓展和跨行业、跨市场综合经营的扩张,影子银行每年以20%以上的速度增长。

到2016年底,我国影子银行规模已经相当庞大,广义影子银行超过90万亿元,狭义影子银行亦高达51万亿元。这不仅使金融风险不断积累和暴露,违法违规问题日益严重,而且也大大抬高了我国宏观杠杆水平,吹大资产泡沫,助长脱实向虚,严重影响了金融与经济的良性循环。

一些国际组织也多次发出警示,认为中国影子银行已严重威胁金融体系安全和稳定。

《中国影子银行报告》指出,我国影子银行经历快速发展的同时,也呈现出一些与其他经济体不同的特点。

比如,以银行为核心,表现为“银行的影子”。从资产端看,影子银行的客户绝大部分是银行的客户,实质为通道业务;从负债端看,银行是非银行金融机构和影子银行资金的主要提供方。

此外,以监管套利为主要目的,违法违规现象较为普遍;存在刚性兑付或具有刚性兑付预期;收取通道费用的盈利模式较为普遍;以类贷款为主,信用风险突出。

支持对实体经济有积极意义的部分业务

影子银行风险的居高不下,不断推高杠杆水平、助长脱实向虚、严重掩饰资产质量真实性、形成“劣币驱逐良币”的逆向激励,甚至危及社会稳定。

例如,2013年12月,推出同业存单业务,一些银行大量发行同业存单,甚至通过自发自购、同业存单互换等方式进行同业理财投资和委外投资,虚增资产负债,资金只是在金融体系内部“绕圈”,并未真正流向实体经济。

2016年底召开的中央经济工作会议指出,要把防范化解金融风险放到更加重要的位置。2017年2月,中央财经领导小组第十五次会议指出,要坚决治理市场乱象,坚决打击违法行为。

金融管理部门对影子银行重拳出击,努力消除系统性金融风险隐患。通过严厉整治市场乱象、规范对交叉金融监管、坚决拆解非法金融集团、严肃追责问责、全面弥补监管制度短板等,三年来取得了积极的治理成效。

值得注意的是,课题组指出,目前已初步建立了我国影子银行统计监测体系和认定标准,厘清了影子银行的真实规模和业务分布。通过风险排查、现场检查与监管督查,穿透识别底层资产,基本确认了风险最终承担主体。

从治理成效来看,影子银行野蛮生长得到根本遏制。比如,加通道、加杠杆和加嵌套的高风险业务得到重点清理。同业理财在2017年初曾达到6.8万亿元的历史峰值,2019年末降至8400亿元。同业特定目的载体投资由2016年底的23.05万亿元降至2019年末的15.98万亿元。同期委托贷款和网络借贷P2P贷款分别由13.2万亿元、0.82万亿元降至11.44万亿元和0.49万亿元。截至今年上半年末,同业理财、委托贷款和网络借贷P2P贷款分别进一步降至6607亿元、11.22万亿元和0.19万亿元。

与此同时,风险抵御能力也有了提高。今年以来,新冠疫情使中国经济社会遭受巨大冲击,世界经济也面临二战以来最严重的衰退。中国政府采取的一系列支持抗疫和复工复产的政策措施,金融政策是其中重要一环。

银保监会课题组相关人员表示,前期精准拆弹影子银行为金融政策的发力,特别是为逆周期调节措施出台创造了十分有利的条件,为信贷大幅增长预留了空间,避免了风险进一步积累,同时也有效避免了杠杆率的快速上升。

“我国宏观杠杆率在过去几年稳中微降,扭转了过去每年十几个百分点的增速。非金融企业、居民部门和地方政府杠杆率快速上升的势头也得到控制。为应对疫情采取的扩张政策并没有大幅推高宏观杠杆率,也没有加重部门债务负担。如果没有前几年严厉的结构性去杠杆,我国的杠杆率绝不会是现在的水平,相关宏观对冲政策的实施会遭到严重掣肘,效果也将大打折扣。”课题组称。

银保监会课题组相关人员强调,今年受疫情影响宏观杠杆率有所升高,这在疫情背景下有其合理性,也是逆周期调整的体现。但要看到,高风险影子银行的规模仍在持续下降,一些低风险、对实体经济支持大的有所升高。未来会支持合法合规、对实体经济有积极意义的部分业务。

对于后续监管思路,课题组指出,要健全统计监测、严防反弹回潮、建立风险隔离、完善监管制度、慎重开展综合经营。

长文读懂2020诺贝尔物理学奖:黑洞和银河系最黑暗的秘密|恒星|广义相对论|爱因斯坦

专题:2020年诺贝尔奖

新浪科技讯 北京时间10月6日消息,2020年诺贝尔物理学奖揭晓:一半授予Roger Penrose,获奖原因“发现广义相对论预测了黑洞的形成”;另一半授予Reinhard Genzel和Andrea Ghez,获奖原因“发现银河系中心的超大致密物体”。三位物理学家分享了今年的诺贝尔物理学奖,因为他们发现了宇宙中最奇异的现象之一——黑洞。

黑洞和银河系最黑暗的秘密

三位科学家因为他们对宇宙中最奇特现象之一——黑洞的研究,而共享今年的诺贝尔物理学奖。Roger Penrose发明了巧妙的数学方法,来探索爱因斯坦的广义相对论。他的研究揭示了广义相对论如何预测了黑洞的形成。这些时空和空间的怪物会捕获一切进入其中的东西。任何东西,甚至是光,都无法逃离黑洞。

Reinhard Genzel和Andrea Ghez各自带领着一群天文学家,从上世纪九十年代初就开始研究银河系的中心区域。随着精确度的提高,他们成功绘制了离银河系中心最近的最亮恒星的轨道。两组研究人员都发现,有一种看不见但很重的物体,促使这些恒星在周围转圈。

这个看不见的物质大约有400万个太阳质量那么重,但体积却和我们的整个太阳系差不多。是什么使得银河系中心附近的恒星以如此惊人的速度旋转呢?根据当前的引力理论,可能的解释只有一个:那就是超大质量黑洞。

超越爱因斯坦的突破

广义相对论之父爱因斯坦本人曾经也不认为黑洞会真的存在。但是,在爱因斯坦去世后十年,英国理论学家Roger Penrose证明,黑洞可以形成,并描述了它们的特征。黑洞的中心隐藏着一个奇点,所有已知自然法则在这里都不再适用。

为了证明黑洞的形成是一个稳定的过程,Penrose需要扩展用来研究相对论的方法,即使用新的数学概念来解决这一理论的问题。Penrose的突破性文章发表于1965年1月,至今仍被认为是自爱因斯坦以来,对广义相对论的最重要贡献。

引力牢牢掌控整个宇宙

黑洞大概是广义相对论的最奇怪结果。当爱因斯坦在1915年11月提出他的这个理论时,它颠覆了此前所有的时空概念。该理论为理解引力提供了全新的基础。引力在最大程度上塑造了宇宙。自此之后,广义相对论为所有的宇宙研究提供基础,并且在我们最常用的导航工具——GPS中,也有实际应用。

爱因斯坦的理论描述了引力如何掌控着整个宇宙中的一切。引力让我们站在地球上,引力也控制着行星绕太阳运行的轨道以及太阳绕银河系运行的轨道。引力也促使恒星从星际云中的诞生,而最终恒星又在引力塌缩下死去。大质量物质会弯曲空间并减慢时间;极大质量物质甚至可以切断和包裹空间——形成黑洞。

第一个描述黑洞的理论出现于广义相对论发表后的数周。尽管该理论的数学方程式极其复杂,但德国天体物理学家Karl Schwarzschild仍为爱因斯坦带来一个解决方案,解释大质量物质如何弯曲时空。

后来的研究表明,黑洞一旦形成,它会被事件视界包围,该事件视界如同面纱一般围绕黑洞中心的物质运动。黑洞永远隐藏在其事件视界之内。质量越大,黑洞及其视界就越大。对于相当于太阳质量的物质,事件视界的直径大约为三公里;而相当于地球质量的物质,事件视界的直径则只有九毫米。

超越完美的解

“黑洞”的概念在许多文化表达形式中都找到了新的含义,但对物理学家来说,黑洞是巨型恒星演化的自然终点。20世纪30年代末,物理学家罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)首次计算出了一颗大质量恒星的剧烈坍缩。奥本海默后来领导了制造出第一颗原子弹的“曼哈顿计划”(Manhattan Project)。当质量为太阳许多倍的巨型恒星耗尽燃料时,它们首先爆发成为超新星,然后坍缩成密度极高的残骸,其质量之大,以致于引力能将一切都拉进内部,甚至包括光。

早在18世纪末,英国哲学家、数学家约翰·米歇尔(John Michell)和法国著名科学家皮埃尔·西蒙·德·拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace)就提出了“暗星”(dark star)的概念。两人都认为,天体的密度可以大到让人看不见,因为光的速度也不足以逃脱它们的引力。

一个多世纪之后,爱因斯坦发表了广义相对论,该理论中一些方程的解描述的正是这样的暗星。直到20世纪60年代,这些解都被认为是纯粹的理论推测,描述了恒星及其黑洞呈完美的圆形和对称的理想状态。但是,宇宙中没有什么是完美的,而Roger Penrose首先成功地为所有坍缩物质找到了一个现实的解。

类星体之谜

1963年,随着宇宙中最亮的物体——类星体(quasar)——的发现,黑洞是否存在的问题再次浮出水面。在近十年的时间里,天文学家一直对来自神秘来源(如室女座的3C273)的无线电射线感到困惑。可见光辐射最终揭示了该类星体的真实位置——3C273距离地球如此之远,以致于这些射线在超过10亿年的时间里都在朝着地球传播。

这些辐射源离我们如此之远,其强度甚至相当于几百个星系发出的光。这些天体被命名为“类星体”。天文学家很快就发现了更加遥远、在宇宙早期就已经发出辐射的类星体。这种令人难以置信的辐射来自哪里?要在类星体有限的体积内获得如此多的能量,只有一种方法——从坠入巨大黑洞的物质中获取。

俘获面

黑洞是否能在现实条件下形成是困扰Roger Penrose的一个问题。他后来回忆道,答案出现在1964年秋天,当时他正和一位同事在伦敦散步。Penrose当时是伯克贝克学院的数学教授。当他们暂时停下交谈,穿过一条小街时,一个想法突然出现在他的脑海里。那天下午晚些时候,他回忆起了这个想法,也就是被他称为“俘获面”(trapped surface)的概念。这是他一直想要寻找的关键,也是描述黑洞所需要的重要数学工具。

一个俘获面会迫使所有光线指向一个中心,不管表面是向外还是向内弯曲。利用束缚表面,Penrose证明黑洞总是隐藏着一个奇点,即一个时间和空间的边界。奇点的密度无限大,但到目前为止,还没有理论能够解释这一物理学中最奇特的现象。

在Penrose对奇点定理的证明进行完善时,俘获面成为一个中心概念。在如今有关弯曲宇宙的研究中,他所引入的拓扑方法发挥着重要的作用。

通向时间尽头的单行道

一旦物质开始塌缩并形成俘获面,塌缩就再也没有可能停止。正如物理学家兼诺贝尔奖得主Subrahmanyan Chandrasekhar讲述的故事中所言,没有回头路。他的这个故事讲的是蜻蜓和其生活在水面下的幼虫。当幼虫准备好展开翅膀时,它向周围的同伴承诺,会回来向它们讲述水面上的大千世界。但是一旦幼虫真的冲出水面,如蜻蜓一般飞舞后,它就再也回不去了。水中的幼虫永远无法听到水面之外大千世界的故事。

同样地,所有物质也只能沿一个方面穿越黑洞的事件视界。然后,时间取代空间,所有可能的路径都指向内部,时间的流逝将所有事物推向不可避免的终点——奇点。如果你穿过事件视界,掉入一个超大质量黑洞,你不会有任何感觉。但是从黑洞的外边,没有人会看到你跌入其中,而你的旅程会一直继续。在物理学定律范围内,窥视黑洞内部是不可能的;黑洞的一切秘密都隐藏在它们的事件视界之内。

黑洞控制恒星的路径

 黑洞的形成 (左上) 黑洞横截面 当一颗巨大的恒星在自身引力作用下塌缩时,它会形成一个质量很大的黑洞,捕获穿越其事件视界的一切东西。哪怕是光都无法逃离黑洞。在事件视界中,时间取代空间,所有路径向内指。时间流将一切带向黑洞最深处的奇点——在这里,密度是无限的,时间也止于此。 (右下) 光锥表示光线在时间上向前和向后的路径。当物质塌缩并形成黑洞时,穿过黑洞事件视界的光锥将向内朝奇点运动。外部的观察者永远不会真正看到光线到达事件视界。他们看到的,只是光线接近事件视界。之后的就没有人能看到。 黑洞的形成 (左上) 黑洞横截面 当一颗巨大的恒星在自身引力作用下塌缩时,它会形成一个质量很大的黑洞,捕获穿越其事件视界的一切东西。哪怕是光都无法逃离黑洞。在事件视界中,时间取代空间,所有路径向内指。时间流将一切带向黑洞最深处的奇点——在这里,密度是无限的,时间也止于此。 (右下) 光锥表示光线在时间上向前和向后的路径。当物质塌缩并形成黑洞时,穿过黑洞事件视界的光锥将向内朝奇点运动。外部的观察者永远不会真正看到光线到达事件视界。他们看到的,只是光线接近事件视界。之后的就没有人能看到。

即便我们看不见黑洞,但我们仍可以通过观察黑洞引导周围恒星运动的巨大引力,来确定其特征。

Reinhard Genzel和Andrea Ghez各自带领着一个独立的研究小组,以探索我们的银河系中心区域。我们的银河系状似一张圆盘,直径达到10万光年,其中有云气和尘埃,以及几千亿颗恒星;其中之一就是我们的太阳。我们从地球上望去,巨大的星际气体和尘埃遮挡了大部分来自银河系中心的可见光芒。红外线望远镜和无线电技术首次让天文学家得以穿越这些障碍,观测到银河系中心的恒星。

Genzel和Ghez循着恒星的运行轨道,提出迄今为止最有说服力的证据:银河系中心隐藏着一个看不见的超大质量物体。黑洞是唯一可能的解释。

聚焦中心

图3:银河系俯视图。我们的银河系状似一张圆盘,直径达到10万光年。银河系的漩涡臂由云气和尘埃以及几千亿颗恒星组成;其中之一就是我们的太阳。 图3:银河系俯视图。我们的银河系状似一张圆盘,直径达到10万光年。银河系的漩涡臂由云气和尘埃以及几千亿颗恒星组成;其中之一就是我们的太阳。

五十多年来,物理学家一直在怀疑,银河系的中心可能存在一个黑洞。自从二十世纪六十年代初发现类星体以来,物理学家就推测,大多数大型星系(包括银河系)的内部可能存在超大质量黑洞。但是,目前尚无人能解释,星系和它们的黑洞,到底是如何形成的。

一百年前,美国天文学家Harlow Shapley率先确定了银河系的中心,指向人马座。在后来的观测中,天文学家发现那里有强大的无线电波源,他们把这个无线电波源称为“人马座A*”。等到二十世纪六十年代末,人们发现人马座A*占据了银河系中心,银河系内的所有恒星都围绕其运行。

但一直到二十世纪九十年代,我们才有了更大的望远镜和更好的设备,可以对人马座A*进行更为系统的研究。Reinhard Genzel和Andrea Ghez 分别启动了各自的项目,试图透过厚厚的尘埃云观察银河系的中心。他们和自己的研究团队一起,开发和完善各自的技术,构建独特的仪器并投身于长期的研究。

要观测遥远的恒星,就要用到世界上最大的望远镜——在天文学中,越大越好是一条绝对的真理。德国天文学家Reinhard Genzel和他的团队最初使用的是新技术望远镜(NTT),位于智利的拉西拉天文台。后来,他们将观测转移到位于帕拉纳尔山(也是在智利)的甚大望远镜(VLT)上。甚大望远镜拥有4台8.2米口径的望远镜,相当于新技术望远镜(3.58米)的两倍以上,而这些望远镜的组合等效口径可达16米。

在美国,Andrea Ghez和她的研究团队使用了位于夏威夷莫纳克亚山的凯克天文台。该天文台拥有两座口径约10米的望远镜,是目前世界上最大的望远镜之一。每面镜片都像一个蜂巢,由36个六边形的部分组成,可以单独控制,以更好地聚焦星光。

星星指路

这些恒星的轨道表明,在银河系的中心区域,某种无形而沉重的东西控制着它们的轨道。

最靠近银河系中心的恒星

这两颗恒星的轨道是迄今为止最令人信服的证据,证明在人马座A*中隐藏着一个超大质量黑洞。据估计,这个黑洞的质量约为太阳质量的400万倍,而所有这些质量都挤压在一个不比太阳系大多少的区域内。

左上:天文学家测量了银河系中心人马座A*附近一些恒星的轨道;

右上:对其中一颗恒星S2(或称S-02),天文学家成功绘制了其完整的轨道,发现其围绕银河系中心的周期不到16年。该恒星最靠近人马座A*时,距离仅为大约17光时(100亿公里以上)。

左下:S2的径向速度会随着其接近人马座A*而增加,并随其在椭圆形轨道上的运行而逐渐下降。径向速度是恒星速度在我们视线上的分量。

右下:在最靠近人马座A*(2002年和2018年)时,恒星S2的速度达到最高的每秒7000公里

无论望远镜有多大,它们所能分辨的细节总是有限的,因为在我们上方,是将近100千米厚的大气层。望远镜上方的大气泡往往比周围环境的温度更高或更低,它们就像透镜,能使光线在到达望远镜镜面时发生折射,从而扭曲了光波。这就是星星闪烁的原因,也是星空图像模糊的原因。

自适应光学技术的出现对天文观测的改善至关重要。现在,望远镜上都安装了一个额外的薄镜片,用以补偿空气的湍流,并校正扭曲的图像。

近三十年来,Reinhard Genzel和Andrea Ghez一直在银河系中心的恒星群中追踪某些恒星。他们继续开发和该进这项技术,采用更灵敏的数字光传感器和更好的自适应光学元件,使图像分辨率提高了1000倍以上。现在,他们可以更精确地确定恒星的位置,并在夜间跟踪它们。

研究人员追踪了这群恒星中30颗最亮的恒星。这些恒星在距离中心一个“光月”的半径内移动得最快。另一方面,这一区域以外的恒星则更有序地沿着它们的椭圆轨道运行(图4)。

一颗被称为S2(或S-O2)的恒星,在不到16年的时间内绕银河系中心运行了一周。这是非常短的时间,因此天文学家能够绘制出它的整个轨道。我们可以拿太阳来比较,太阳绕银河系中心转一圈需要超过2亿年的时间;换言之,当我们目前这一圈刚刚开始时,恐龙还在地球上行走。

理论与观测相辅相成

两个小组的测量结果非常一致,他们得出的结论是:银河系中心的黑洞质量应该相当于400万倍太阳质量,被挤压到一个太阳系大小的区域内。

我们或许很快就能看到人马座A*的真面目了。就在一年前,事件视界望远镜天文网络已经成功拍摄到一个超大质量黑洞的图像——事实上,我们看到的是它周围最邻近的环境。在距离我们5500万光年的室女A星系(又称M87星系)中,存在着一个由超大质量黑洞构成的核心。

M87星系的核心黑洞非常巨大,质量是人马座A*的1000多倍。相比之下,近年来许多引力波事件背后的碰撞黑洞要轻得多。和黑洞一样,在2015年秋天被美国的LIGO探测器第一次捕获引力波信号之前,这种时空涟漪只是爱因斯坦广义相对论的理论预测(取得该发现的科学家荣获2017年诺贝尔物理学奖)。

未解的谜题

Roger Penrose的工作揭示了黑洞是广义相对论的直接推论,但在奇点无限强大的引力下,这个理论不再适用。理论物理学领域正在进行大量的工作,以创建一个新的量子引力理论。这必须将物理学的两大支柱——相对论和量子力学——结合起来,并在黑洞的内部的极端条件下相遇。

与此同时,天文学家也越来越接近黑洞,试图更近距离地展开观测。Reinhard Genzel和Andrea Ghez的开创性工作为新一代天文学家开辟了道路,使他们能够对广义相对论及其最奇异的预测进行精确的验证。这些测量和验证工作很可能为新的理论见解提供线索,并揭示宇宙中更多的秘密和惊喜。

《信条》男主回到过去后,其实一秒也活不下来?

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:赵轲昀,编辑:吴非,题图来自:《信条》

最近,著名导演克里斯托弗·诺兰的电影《信条》上映以后,引发了很多关于时间本质的讨论。

诺兰的“时间三部曲”一脉相承,其中《盗梦空间》里时间尺度的变换在广义相对论中很常见,估计是用到了广义相对论的思想。《星际穿越》对黑洞附近的时间变慢的处理符合现代科学。(估计是因为请了科学顾问基普·索恩的缘故)

而在《信条》中,诺兰则玩了一把时间逆流的概念。

在此之前的科幻电影中,通过时间旅行回到过去的设定也时有出现,比如根据卡尔·萨根小说改编的《接触》就可谓是这类电影的鼻祖。在这类电影中,时间逆流的工具往往是虫洞。

事实上,通过虫洞回到过去在理论上是可行的。根据广义相对论,存在一些爱因斯坦场方程的严格解,这些严格解就是所谓的虫洞,虫洞的出现也使得在时空中可以存在封闭的类时曲线,也就相当于回到了过去。但虫洞出现的条件很苛刻,一般需要负的能量密度,这种负的能量密度只能通过量子效应才能获得,因此在现实世界中不容易得到。所以,用虫洞来回到过去也近似于一个科幻概念。

而在最新电影《信条》中,诺兰使用的是另一个概念——熵。这部电影的基础设定是,熵增加的方向与时间的方向是相同的。从物理学角度,这样的时间逆流有可能实现吗?现在,让我们来仔细捋一捋这背后的一些物理知识吧。

什么是时间?

时间是一个抽象而神秘的概念。进入20世纪之前,有一些物理学家认为,时间有它的前进方向,这个方向与熵增加的方向在局部是一致的。这是在克劳修斯等人建立热力学第二定律以后,科学界开始兴起的一股思潮。当然,这个思潮本身是有缺陷的,因为这里谈论的时间方向与熵增加的方向一致,却没有很清晰地说明“时间”到底是什么。

当时,因为爱因斯坦的相对论还没有诞生,所以大家心目中的时间类似于“北京时间”,是一种公共时间。也就是说,大家认为,纽约与巴黎的时间是一样的,是可以统一的;火车上的人时间流逝的快慢,与飞机上的人时间流逝的快慢也是一样的。而且,以上不同地点不同人物的时间方向是相同的。

随着爱因斯坦提出相对论,我们对时间的认识有了质的变化:不同的地点因为引力场强度不一样,时间流逝快慢是不同的;不同的人物因为速度不一样,其时间流逝的快慢与方向也是不同的。

所以从这个意义上来说,20世纪之前用熵增方向来刻画时间箭头,没有相对论的修正,是一个模糊的时间概念。

同时必须指出,并不是所有系统的熵都是单向增加的,有大量自组织的系统,其熵是减少的。比如植物吸收太阳光进行光合作用,这一过程的熵就不一定是增加的。1944年,量子力学的奠基人之一薛定谔在《生命是什么》中直接引入"负熵"这个特殊的概念,他认为生命系统一方面存在熵增,另一方面,又不断从环境中获得负熵——比如我们人类要吃蔬菜,就是为了获得相对于我们人类来说是负熵的物质,从而保持我们人类本身的低熵状态——当然,人类排泄的粪便则是高熵的。

通过熵减实现时间倒流?

熵是一个统计物理学上的概念,它的本质由玻尔兹曼墓碑上的那个公式S=KlnW刻画。其中W是系统所对应的微观状态数目。比如有三个人站成一排拍照,从熵的观点来看,则存在一个的“微观状态”问题:站在C位的人有三种可能,站在两边的人也有多种可能,这样一共有6种(也就是3的阶乘)可能,对应的就是微观状态数w,所以从这里就可以计算出这张照片的熵来。

一般情况下,对于一个封闭的热力学系统,其熵总是趋向于增加。所以,有人把这件事解读成了时间箭头。但是,熵增加的方向等价于时间箭头,这只是一种类似于数学上的映射,这个映射是不是真实的物理规律,还需要进一步论证。

那么,用熵减来实现时间逆流有没有可能呢?

我们家里的空调,就是将高熵状态转变成了低熵状态。(当然,这个过程需要消耗能量)因此如果我们认为,从高熵状态到低熵状态对应的就是时间逆流,那么空调也是一种可以让时间逆流的“时间机器”。但很明显,空调不能帮我们穿越到清朝去与慈禧太后见面。据此,我们可以得到的结论是:一个能从高熵状态局部产生低熵状态的机器,不一定能引起时间倒流。要想穿越时空,还需要了解更进一步的物理考察。

引力与熵的关系

在《信条》这部电影中,我们可以看到克蕾曼丝·波西所饰演的女科学家劳拉向当时还不了解“时空逆转”的男主人公解释“逆向子弹”的工作原理。这个逆向子弹可以看成是其本身的时间是逆流的物体——注意,这个子弹周围环境的时间箭头都是指向未来的,只有子弹本身的时间箭头是指向过去的。

指向未来与指向过去,这是相对论中的说法,我们需要用到光锥。在平坦时空每一个时空点,都有上下两个光锥:上方的光锥内的世界线的切矢量(也就是时间箭头)都是指向未来的,下方的光锥则是指向过去的。

有引力存在时,根据爱因斯坦的相对论,时空不再平坦,这时光锥的结构会有扭曲变形,过去与未来的区别也会变得复杂。比如在哥德尔时空中,光锥会被时空旋转慢慢倾斜,最后倒转过来,这时的世界线可以是一条闭合的类时曲线——也就是说,哥德尔时空中存在可以回到过去的人

所以从相对论的角度来说,要想回到过去,最好是让引力帮忙,因为引力可以扭曲时空。而完全依靠熵减来回到过去,则显得很不科学。在《星际穿越》中,诺兰已经拍摄过依靠引力回到过去的场景,这是科学的。

不过,也有物理学家提出了将熵与引力联系起来的新设想。2010年,E. Verlinde提出了“熵力”,用熵增加的方向来解释引力的方向(引力只有一个方向,那就是吸引,万有引力不会相互排斥)。Verlinde认为,两个物体之间存在一个假想的表面,当这两物体的距离变化时,物体表面上的熵也会改变。而系统总是趋于增加,于是引力也就体现出来了。当然在这一理论中,引力不是一个基本的相互作用。所以,如果诺兰想把《信条》的物理逻辑弄得更清晰,他也许应该请 Verlinde当科学顾问。

沿着时间逆流等于反物质?

如果我们考虑量子力学,从《信条》那扇旋转门中出来的人是逆着时间运动的,那么这位“逆时者”本质上是由反物质组成的。

而组成反物质人(逆时者)的反粒子不但有正电子,也有反质子。要把这些反粒子组成一个生命体,理论上是可能的。但问题是,这样的逆时者在现实世界中的行为是怎样的?

正电子是由量子力学宗师狄拉克在很年轻的时候就预言的,这种粒子具有正的能量,但电荷与普通电子相反。过了若干年,另一位大物理学家费曼用“费曼图”来计算光子与电子的相互作用,他把正电子解释为逆着时间运动的电子,这一解释也得到了科学界的承认。于是,在一般意义下(因为考虑的是狭义相对论,所以时空被认为是平坦的),逆着时间运动的粒子就是反粒子。

当逆时者体内的正电子与现实环境中的电子碰上,会湮灭,变成光;而逆时者的体内的反质子与现实中的正质子撞上,就如同大型强子对撞机,产生多种粒子。

显然,对于这样的逆时者而言,在现实世界中存活是不现实的。无论是环境中的电子还是空气,都会轰击人体的反粒子,并发出巨大的能量,导致逆时者死于爆炸。

电影中显然考虑了这个问题。从旋转门时间机器出来人需要穿防护服(不能与过去的自己接触,因为会发生正反物质湮灭)。当然,电影做了一定的科学让步:当反物质人与其他人或者物体接触时,只需要戴面具就可以,不需要担心正反物质湮灭。

总体而言,既然已经有了反物质,就不需要再引进熵减的概念,因为这样反而会引起逻辑上的混乱。

因此,从目前的物理理论来看,逆着时间运动是完全有可能的,但对熵概念的滥用则需要警惕。熵增与时间的关系,已经是较为陈旧的物理学,也许相对论与量子力学会给我们更多的启迪。

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:赵轲昀,编辑:吴非

《信条》男主回到过去后,其实一秒也活不下来?|时间

最近,著名导演克里斯托弗·诺兰的电影《信条》上映以后,引发了很多关于时间本质的讨论。

诺兰的“时间三部曲”一脉相承,其中《盗梦空间》里时间尺度的变换在广义相对论中很常见,估计是用到了广义相对论的思想。《星际穿越》对黑洞附近的时间变慢的处理符合现代科学。(估计是因为请了科学顾问基普·索恩的缘故)

而在《信条》中,诺兰则玩了一把时间逆流的概念。

在此之前的科幻电影中,通过时间旅行回到过去的设定也时有出现,比如根据卡尔·萨根小说改编的《接触》就可谓是这类电影的鼻祖。在这类电影中,时间逆流的工具往往是虫洞。

事实上,通过虫洞回到过去在理论上是可行的。根据广义相对论,存在一些爱因斯坦场方程的严格解,这些严格解就是所谓的虫洞,虫洞的出现也使得在时空中可以存在封闭的类时曲线,也就相当于回到了过去。但虫洞出现的条件很苛刻,一般需要负的能量密度,这种负的能量密度只能通过量子效应才能获得,因此在现实世界中不容易得到。所以,用虫洞来回到过去也近似于一个科幻概念。

而在最新电影《信条》中,诺兰使用的是另一个概念——熵。这部电影的基础设定是,熵增加的方向与时间的方向是相同的。从物理学角度,这样的时间逆流有可能实现吗?现在,让我们来仔细捋一捋这背后的一些物理知识吧。

什么是时间?

时间是一个抽象而神秘的概念。进入20世纪之前,有一些物理学家认为,时间有它的前进方向,这个方向与熵增加的方向在局部是一致的。这是在克劳修斯等人建立热力学第二定律以后,科学界开始兴起的一股思潮。当然,这个思潮本身是有缺陷的,因为这里谈论的时间方向与熵增加的方向一致,却没有很清晰地说明“时间”到底是什么。

当时,因为爱因斯坦的相对论还没有诞生,所以大家心目中的时间类似于“北京时间”,是一种公共时间。也就是说,大家认为,纽约与巴黎的时间是一样的,是可以统一的;火车上的人时间流逝的快慢,与飞机上的人时间流逝的快慢也是一样的。而且,以上不同地点不同人物的时间方向是相同的。

随着爱因斯坦提出相对论,我们对时间的认识有了质的变化:不同的地点因为引力场强度不一样,时间流逝快慢是不同的;不同的人物因为速度不一样,其时间流逝的快慢与方向也是不同的。

所以从这个意义上来说,20世纪之前用熵增方向来刻画时间箭头,没有相对论的修正,是一个模糊的时间概念。

同时必须指出,并不是所有系统的熵都是单向增加的,有大量自组织的系统,其熵是减少的。比如植物吸收太阳光进行光合作用,这一过程的熵就不一定是增加的。1944年,量子力学的奠基人之一薛定谔在《生命是什么》中直接引入“负熵”这个特殊的概念,他认为生命系统一方面存在熵增,另一方面,又不断从环境中获得负熵——比如我们人类要吃蔬菜,就是为了获得相对于我们人类来说是负熵的物质,从而保持我们人类本身的低熵状态——当然,人类排泄的粪便则是高熵的。

通过熵减实现时间倒流?

熵是一个统计物理学上的概念,它的本质由玻尔兹曼墓碑上的那个公式S=KlnW刻画。其中W是系统所对应的微观状态数目。比如有三个人站成一排拍照,从熵的观点来看,则存在一个的“微观状态”问题:站在C位的人有三种可能,站在两边的人也有多种可能,这样一共有6种(也就是3的阶乘)可能,对应的就是微观状态数w,所以从这里就可以计算出这张照片的熵来。

一般情况下,对于一个封闭的热力学系统,其熵总是趋向于增加。所以,有人把这件事解读成了时间箭头。但是,熵增加的方向等价于时间箭头,这只是一种类似于数学上的映射,这个映射是不是真实的物理规律,还需要进一步论证。

那么,用熵减来实现时间逆流有没有可能呢?

我们家里的空调,就是将高熵状态转变成了低熵状态。(当然,这个过程需要消耗能量)因此如果我们认为,从高熵状态到低熵状态对应的就是时间逆流,那么空调也是一种可以让时间逆流的“时间机器”。但很明显,空调不能帮我们穿越到清朝去与慈禧太后见面。据此,我们可以得到的结论是:一个能从高熵状态局部产生低熵状态的机器,不一定能引起时间倒流。要想穿越时空,还需要了解更进一步的物理考察。

引力与熵的关系

在《信条》这部电影中,我们可以看到克蕾曼丝·波西所饰演的女科学家劳拉向当时还不了解“时空逆转”的男主人公解释“逆向子弹”的工作原理。这个逆向子弹可以看成是其本身的时间是逆流的物体——注意,这个子弹周围环境的时间箭头都是指向未来的,只有子弹本身的时间箭头是指向过去的。

指向未来与指向过去,这是相对论中的说法,我们需要用到光锥。在平坦时空每一个时空点,都有上下两个光锥:上方的光锥内的世界线的切矢量(也就是时间箭头)都是指向未来的,下方的光锥则是指向过去的。

有引力存在时,根据爱因斯坦的相对论,时空不再平坦,这时光锥的结构会有扭曲变形,过去与未来的区别也会变得复杂。比如在哥德尔时空中,光锥会被时空旋转慢慢倾斜,最后倒转过来,这时的世界线可以是一条闭合的类时曲线——也就是说,哥德尔时空中存在可以回到过去的人。

所以从相对论的角度来说,要想回到过去,最好是让引力帮忙,因为引力可以扭曲时空。而完全依靠熵减来回到过去,则显得很不科学。在《星际穿越》中,诺兰已经拍摄过依靠引力回到过去的场景,这是科学的。

不过,也有物理学家提出了将熵与引力联系起来的新设想。2010年,E。 Verlinde提出了“熵力”,用熵增加的方向来解释引力的方向(引力只有一个方向,那就是吸引,万有引力不会相互排斥)。Verlinde认为,两个物体之间存在一个假想的表面,当这两物体的距离变化时,物体表面上的熵也会改变。而系统总是趋于增加,于是引力也就体现出来了。当然在这一理论中,引力不是一个基本的相互作用。所以,如果诺兰想把《信条》的物理逻辑弄得更清晰,他也许应该请 Verlinde当科学顾问。

沿着时间逆流等于反物质?

如果我们考虑量子力学,从《信条》那扇旋转门中出来的人是逆着时间运动的,那么这位“逆时者”本质上是由反物质组成的。

而组成反物质人(逆时者)的反粒子不但有正电子,也有反质子。要把这些反粒子组成一个生命体,理论上是可能的。但问题是,这样的逆时者在现实世界中的行为是怎样的?

正电子是由量子力学宗师狄拉克在很年轻的时候就预言的,这种粒子具有正的能量,但电荷与普通电子相反。过了若干年,另一位大物理学家费曼用“费曼图”来计算光子与电子的相互作用,他把正电子解释为逆着时间运动的电子,这一解释也得到了科学界的承认。于是,在一般意义下(因为考虑的是狭义相对论,所以时空被认为是平坦的),逆着时间运动的粒子就是反粒子。

当逆时者体内的正电子与现实环境中的电子碰上,会湮灭,变成光;而逆时者的体内的反质子与现实中的正质子撞上,就如同大型强子对撞机,产生多种粒子。

显然,对于这样的逆时者而言,在现实世界中存活是不现实的。无论是环境中的电子还是空气,都会轰击人体的反粒子,并发出巨大的能量,导致逆时者死于爆炸。

电影中显然考虑了这个问题。从旋转门时间机器出来人需要穿防护服(不能与过去的自己接触,因为会发生正反物质湮灭)。当然,电影做了一定的科学让步:当反物质人与其他人或者物体接触时,只需要戴面具就可以,不需要担心正反物质湮灭。

总体而言,既然已经有了反物质,就不需要再引进熵减的概念,因为这样反而会引起逻辑上的混乱。

因此,从目前的物理理论来看,逆着时间运动是完全有可能的,但对熵概念的滥用则需要警惕。熵增与时间的关系,已经是较为陈旧的物理学,也许相对论与量子力学会给我们更多的启迪。