Представьте, что вы разбили бокал дорогого вина. Осколки разлетелись, жидкость растеклась, а настроение испортилось. Каждый из нас хотя бы раз в жизни хотел отмотать время назад, чтобы исправить подобную досадную ошибку. Вообразите, как осколки сами собой собираются в идеальный бокал, а вино стекается обратно, капля за каплей. Если снять такой процесс на видео и показать кому-либо, вас, несомненно, обвинят в монтаже — просто в прокрутке записи в обратную сторону.
Почему обратные процессы кажутся неестественными?
Наш повседневный опыт подсказывает, что некоторые события имеют одно направление. Мы никогда не видим, чтобы семена одуванчика собирались обратно в цветок, а молоко самопроизвольно отделялось от кофе в чашке. Первое, что приходит на ум — это запрет со стороны законов физики. Однако, если рассмотреть проблему глубже, выясняется, что фундаментальные законы механики (например, законы Ньютона) симметричны во времени. Теоретически, они не запрещают каждой молекуле или осколку двигаться по траектории, которая привела бы систему в исходное состояние. Движение одного-единственного семени одуванчика назад к цветку не нарушит ни одного физического закона.
Парадокс вероятности
Ключ к разгадке лежит не в запрете, а в вероятности. Состояние целого бокала на столе — это одна уникальная, высокоорганизованная конфигурация миллионов молекул. Состояние разбитого бокала — это астрономическое количество возможных хаотических расположений тех же самых молекул. Вероятность того, что в результате случайных движений все они одновременно сложатся обратно в идеальный бокал, не просто мала — она исчезающе мала, хотя и не равна нулю. Именно поэтому мы говорим, что такие процессы «практически невозможны».
Что такое энтропия?
Здесь на сцену выходит понятие энтропии. В физике энтропия часто определяется как мера беспорядка или хаоса в системе. Это не просто бытовая метафора, а точная количественная величина. Цельный бокал имеет низкую энтропию — это упорядоченное состояние. Разбитый бокал имеет высокую энтропию — это состояние беспорядка. То же самое с семенем одуванчика: на цветке энтропия низкая, разлетевшись по ветру — высокая.
Обратите внимание: По словам Стивена Хокинга, внеземные цивилизации и путешествия во времени более вероятны, чем существование Бога.
Таким образом, энтропия позволяет нам формально отличить прошлое от будущего. В изолированной системе энтропия имеет естественную тенденцию не уменьшаться, а возрастать или оставаться постоянной. Это и есть знаменитый второй закон термодинамики.
Статистическая природа времени
Гениальное понимание этого закона принадлежит Людвигу Больцману. Он показал, что второй закон — не абсолютный запрет, а статистическая закономерность. В природе существует неизмеримо больше способов быть хаотичным (высокая энтропия), чем способов быть упорядоченным (низкая энтропия). Поэтому системы с большой вероятностью эволюционируют от порядка к хаосу. Альберт Эйнштейн считал этот закон и понятие энтропии настолько фундаментальными, что они никогда не будут опровергнуты, в отличие, возможно, от других физических теорий.
Энтропия как стрела времени
Именно возрастание энтропии задает направление, которое мы называем «течением времени» — термодинамическую стрелу времени. Наше сознание, наш опыт и сама память устроены так, что мы воспринимаем мир в направлении увеличения энтропии. Мы помним прошлое (низкая энтропия) и не помним будущее (высокая энтропия). Мы можем влиять на будущее, но не на прошлое. Таким образом, наше субъективное ощущение времени может быть напрямую связано с этим фундаментальным физическим процессом.
Неразгаданные загадки
Однако это порождает глубокие вопросы. Если энтропия всегда растет, двигаясь в прошлое, мы должны прийти к моменту с минимально возможной энтропией. Считается, что таким моментом был Большой Взрыв. Почему ранняя Вселенная находилась в состоянии чрезвычайно низкой энтропии и высочайшего порядка? Это одна из величайших нерешенных проблем современной космологии.
Другой вопрос: является ли наше восприятие времени всего лишь адаптацией к миру с растущей энтропией, или за ним стоит нечто большее? Можем ли мы представить себе сознание, существующее вне этой парадигмы?
Таким образом, энтропия — это не просто абстрактное понятие из учебника физики. Это, возможно, ключ к пониманию самой природы времени, его необратимости и нашего места в этой grand scheme of things. Она — та самая стрела, которая безошибочно указывает направление от прошлого к будущему.
Подпишитесь, чтобы не пропустить новые интересные публикации!
Автор статьи - Александр Грибоедов
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Энтропия как стрела времени.