此AV专栏的目的是描述物理学上的一个佯谬，一条固若金汤的物理学定律——著名的热力学第二定律的一个漏洞。第二定律说，在任何孤立的粒子系统中（无论是气体分子还是光子），无序（熵）量总是或者增加，或者保持恒定。然而，我们将会看到，激光物理学家似乎已经提供了一种在光子系统中使第二定律开倒车的途径，使无序减小。

日常经验告诉我们，有些过程一旦完成，还可能重复，另一些过程则不能。例如：一把挂锁可以反复打开与关上，而一个蛋一旦被炒，就永远不可能再被炒了。在物理学中，我们把前一种过程称为可逆过程，后一种称为不可逆过程。可逆过程与不可逆过程的本质区别与第二定律及无序增加有关。在一个为了限制无序量增加而设计的系统中（例如挂锁），无序的增加可能小到不被觉察，因而该过程似乎是可逆的。在一个对无序未加限制的系统中（如像蛋），该系统可能确实变得异常无序，这种过程很明显是不可逆的。

现举一个不可逆过程的简单例子：让我们使气体从充满气体分子的钢制封闭汽缸中逸出，跑进周围的真空装置。开始时，我们打开一个封闭阀门。其时，汽缸中的气体分子为100%，而周围真空中为零。我们把这种状态称为状态A。现在，我们让该系统逐渐转变到状态B，这时，1/2的分子仍在汽缸中，1/2的分子已进入周围空间。再过一会儿，系统达到状态C，几乎所有的分子已经离开了基本空了的汽缸。无序按此次序持续增长。系统在状态A时是“完全”有序的，状态B时不怎么有序，状态C时有序减小到最低限度。莫名其妙的是，当系统处于状态B时，分子“知道”它们应当进入状态C，而不是状态A。靠分子的随机运动使系统回到状态A的可能性非常小。这就是第二定律的实质。

但是，假如通过某种奇妙的过程，当系统处于状态B时，我们能够介入，迅速“弹转”每一单个气体分子的速度方向，那么（至少在大多数物理学家看来），气体就会做出异乎寻常的事：所有分子将会顺原路返回，回到汽缸之中，恢复状态A。系统的有序将不按第二定律的要求减小，而是违反第二定律而增加。原则上，如果我们能在更复杂的系统上进行同样的“速度反向”操作（例如一个蛋和其最邻近的外壳），该系统的无序同样减小，炒过的蛋就可能变为未炒过的蛋，回到完好的蛋壳中去。

但第二定律是一个既定的物理学原则，在一个世纪的实验检验中从未发现过有什么缺陷。无疑，自然法则是不可这样随意破坏的；反向速度这件事一定有点可笑。物理学家已经周密地考虑了这一点，并且作出了结论：这种做法确实是不可能的。速度反向是所谓“细粒”过程的一个例子。“细粒”过程需要了解每一单个分子的详细信息，与之相反，“粗粒”过程则只需要了解一般的总信息，诸如压力、温度等。著名的“麦克斯韦的小鬼”——一个小人拿着一把小网球拍，用它在—个方向上拍快分子，在另一方向上拍慢分子——是细粒过程的另一个例子。细粒过程是不可能的，只有粗粒过程不加限制，是容许的，在第二定律支持下，这已成为物理学的一个教条。

然而，最近激光领域中的工作似乎已创造出一个令人恼恨的跳蚤，正在咬着这一教条的脊背。光量子原则上理应像气体分子那样遵守同样的热力学原理（包括第二定律）。然而激光物理学家似乎在光量子系统中已径向我们提供了一种造成速度完全逆转的操作方法。导演这种热力学奇迹的仪器被叫做“四波共轭反射镜”。

为了了解这种装置的作用，首先让我们想想普通反射镜的作用。普通反射镜主要是通过倒转与镜面平行的光电场的组分而反光的。它使光改变方向，离开镜面，但通常也会离开射来时的方向。如果要把一束激光光束精确地按原路弹回，你可用一种叫“立方角”反射器的复杂反射镜装置。你可回忆一下“阿波罗”航天员为了观测激光在月球上留下的一些这样的反射器。但即使用这种“立方角”反射器，若光束在到达镜面前就已散开（通常是这样），该光束就会继续散射。

激光物理学家最近研制的四波共轭反射镜与普通反射镜迥然不同，它反射的不是空间射入光束，而是时间射入光束。射入光波与由仪器内部激光器产生的其他两束相对的有向光波相混合。这三种波与一种可穿透的介质相互作用，通过这种介质产生第四种波，这第四种波就是入射波的时间反向。这一过程的发生经过可以这样来理解：入射光波与其中一束激光光波结合，在介质上刻下一幅临时全息图，然后另一束激光波与；全息图相互作用，产生出第四种时间反向波。

由于第四种波是入射波的时间反向，它就会精确地沿入射波的原路返回。如果从光源点发出的波是散射的，新波就会聚合而返回原光源点。如果原始波由于不均匀和受空气中尘粒干扰而被歪曲或造成漫射，新波会照样穿过不均匀波而返回，并矫正畸变，产生一种恰似最早从光源射出的波。构成第四种波的光子恰是进入仪器的那些速度逆转的对应物。

这一特技也许在“空间战”中大有用途。如果有人要用激光摧毁你的宇宙飞船，你可使其炮火直接返回其枪管。四波混频器会准确无误地“射回”，自动补偿畸变等。还有另一种基于激光的装置叫光放大器，它能有效地用静电复印技术复印穿过自己的光波，产生许多复制副本。如果我们在共轭反射镜前安放一放大器，射回的光束可被赋予比原始光束强大得多的力，这样就可在火力上胜过攻击者。

还可能先射击。不是用激光束准确瞄准，而是可发出一束从某一“耙子”反射来的弱广角光束，然后利用通过四波共轭镜和放大器的反射波把巨大光力射回靶子。（然而，需要对星球武士提个警告：这一技术不适用于卫星级距离，因为在光换挡期间，大多数势靶已改变了位置。）

当然，科学家们对用光线枪进行目标演习一般不是特别感兴趣，对共轭反射镜的兴趣则另有理由。由激光器产生的惯性裂变就是一个例子，也许有一天它会对解决能的问题提供一条途径。这种特技就是用尽可能强的激光能撞击一个含氚的小弹丸，引起热核反应。通过可能被热核反应畸变的窗口，用高能激光器聚焦与瞄准是一个严肃的问题，放大共轭反射镜可能提供解决这一问题的答案。上述特技可应用于此。“制导激光”碰上弹丸就会闪光。从弹丸反射的光波被放大，被共轭反射镜返回，再次放大到具有巨大力量的程度。由于原始反射波将要偏离小弹丸，放大了的时间反向波将集中在小弹丸上，从各个方向给它以“直接打击。”纵使窗口会引起畸变，瞄准与光波的集中仍然很好。

现在让我们回到最初点上来：把第二定律应用于有关四波共轭反射镜的装置。由于这种装置具有倒转光子的“不可逆”过程的能力，可以说它是速度反向器。当然，四波反射器背后的装置也许会增加无序；不过，我们考虑的是理想装置，在这种装置中增加无序似乎是不真实的。由于四波反射镜是一种波装置，也许在第二定律与至今尚未得到正确评价的光的波粒二象性之间存在着某种微妙的联系。我爱遐想，也许我们有把握建造一种真正的“细粒”装置，熵的持续性增加也许不像我们以前所相信的那么不可避免。

（Science Fiction Analogy Science Fact 1985年5月）