Парадоксы стрелы времени

                Нам уготовано, мальчик мой,
                Лёгкое это бремя:
                Двигаться вдоль по одной прямой,
                Имя которой – Время…

                Андрей Макаревич и группа «Машина времени»


             


На иллюстрации: История Вселенной на стреле времени /© NASA/GSFC
 

Время летит стрелою. Это образное выражение подчёркивает мимолётность времени. Время летит не мимо цели, а мимо такой короткой и преходящей человеческой жизни. Дзинь, и вся жизнь пролетела в мгновение ока, то есть стрелою.
 
Но время летит стрелою не только в быту, не только в жизни обычного среднего человека, заставляя его порой вспомнить 17 мгновений весны своей уже прожитой жизни  («Куда, куда вы удалились, весны моей златые дни?»), но и в науке. У обстоятельной науки, в отличие от обычного человека, имеется не одна, а целый набор, колчан стрел. Тут тебе и термодинамическая стрела времени, и космологическая стрела времени, и психологическая стрела времени.

Что их объединяет – так это то, что все они летят из прошлого в будущее. А дальше идут отличия. Психологическая стрела времени показывает наше, человеческое, субъективное восприятие мира, в котором прошлое мы помним, а будущее – нет.  «Что день грядущий мне готовит?», – сие мне, простому человеку разумному, не ведуну и не пророку, не ведомо.  В свою очередь, космологическая стрела времени указывает направление расширения  Вселенной, опять же из прошлого в будущее. Наконец, третья,  последняя по счёту, но не по значению (last but not least) – термодинамическая стрела времени указывает направление нарастания энтропии, то есть меры хаоса, дезорганизации и  беспорядка. С этого места поподробнее.

Термодинамическая стрела времени неразрывно связана с самым фундаментальным законом физики – вторым законом термодинамики, он же – закон неубывания энтропии. Альберт Эйнштейн назвал его «первым законом всех наук». «Термодинамика – это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убеждён, что в рамках применимости её основных понятий она никогда не будет опровергнута»,  – таково мнение  Альберта Эйнштейна о термодинамике. Верный сподвижник Эйнштейна сэр Артур Эддингтон, который и изобрёл в 1928 году термин «термодинамическая стрела времени», считал второй закон термодинамики высшим метафизическим законом природы. То есть этот закон – закон всех законов.
   
Формально этот закон устанавливает железное правило для теплоты: «теплота сама собой переходит лишь от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой и не может самопроизвольно переходить в обратном направлении» (Клаузиус). Проще говоря, «всех “тёпленьких” впускать, никого не выпускать». Система ниппель: работает в одном направлении. Попался в лапы этого закона – назад не выберешься. Будешь деградировать до конца, пока не превратишься  в тлен. И закон этот, в отличие от  весьма избирательного российского правосудия, действует непререкаемым образом для всех и каждого, будь ты принц, нищий, олигарх или Президент. Перед ним все равны, прямо как в 19 статье Конституции РФ.  Правда, в отличие от Конституции РФ, это равенство не декларативное, а реальное. Но ничего хорошего это равенство не сулит.
 
По свой сути второй закон термодинамики выражает бренность всего живого и мёртвого, обречённость на гибель и разрушение любых организованных форм материи. Ничто не вечно в этом подлунном мире. Любое рождение живого или неживого, естественным или искусственным путём означает неминуемую смерть. Не важно, «Паду ли я, стрелой пронзенный, Иль мимо пролетит она…», важно, что раньше или позже от термодинамической стрелы времени никуда не денешься. Эта стрела мимо цели не пролетает.

Рождается и умирает человек, рождается и умирает человечество, рождается и умирает планета Земля, рождается и умирает Солнце, рождается и умирает Галактика, рождается и умирает Вселенная. Гибель человека естественным путём, от старости,  – это яркое выражение действия второго закона термодинамики. Разрушение со временем всех человеческих творений – дорог, домов, пирамид – также результат действия второго закона термодинамика.

Термодинамическая стрела времени указывает одно-единственное направление всех изменений – от прошлого к будущему, от максимума организации – к минимуму, от жизни – к смерти. Разбитую чашку ход времени не склеит, из омлета не восстановит первоначальное свежее яичко (точнее, яйцо), из мёртвого живое не возродит. (Если уж быть совсем точным – то вероятность всех этих событий всё-таки существует, но она стремится к нулю.)

И тут заключён  первый парадокс термодинамической стрелы времени, который не даёт покоя учёным и философом уже полтора века: если все фундаментальные  уравнения физики обратимы (симметричны) во времени,  то в самой природе существует только одно выделенное направление – из прошлого в будущее. Оно же – направление нарастания или, точнее, неубывания энтропии.
 
Если закон сохранения энергии, он же – первый закон термодинамики, симметричен по отношению к прошлому и будущему, то второй закон термодинамики – закон неубывания энтропии – несимметричен. По смыслу это означает, что будущее всего и всегда  отлично от настоящего и прошлого. Эта различие носит реальный характер и его, в принципе, можно вычислить количественно. Общий уровень энтропии в любой момент будущего больше, чем в любой момент в прошлом. И чем дальше во времени –  тем больше это различие. Причём это касается как движения вперёд,  в будущее, так и движения вспять, в прошлое.

С будущим-то всё более-менее понятно (Memento mori), а вот с прошлым непоняточки возникают.  Недоработочки со стороны науки. Например, открыли великие учёные мужи в 20-х годах ХХ века расширение Вселенной и вскоре сделали из этого расширения вполне логичный вывод о рождении Вселенной из сколь угодно малой точки. Появилась революционная теория Большого Взрыва, а потом горячей Вселенной, космической инфляции  и так далее.  Раньше-то наивные простаки, включая тех же учёных, которые не доросли ещё до правды-матки, столетиями думали, что Вселенная стационарна и бесконечна. А тут враз пришлось менять свои заскорузлые представления о мире сродни тому, что было во времена Коперника.

Второй закон термодинамики был открыт и сформулирован пораньше, чем расширение Вселенной, ещё в 1850 году. Согласно этому закону, энтропия, то есть мера хаоса и беспорядка, со временем только увеличивается. Во всяком случае, не убывает. Но почему-то никаких закономерных логических выводов из этого фундаментального закона никто делать не хочет. Хотя они сколь очевидны, столь и невероятны. Тут заключается второй колоссальнейший парадокс, от  которого современная наука предпочитает просто отмахиваться, вместо того, чтобы попытаться разрешить его. Забывают уроки истории.

Ведь, исходя из этого закона, начальное состояние мира также должно характеризоваться очень малой величиной, минимумом энтропии. Энтропия, по идее, была так же ничтожна, как и размеры космического зародыша Вселенной, который был в триллионы триллионов раз меньше булавочной головки.  То есть, согласно обычной логике, чем дальше в прошлое – тем меньше энтропия, меньше хаос и беспорядок и, наоборот, тем больше организация и порядок. Начало начал должно было бы обладать минимумом энтропии и максимумом её противоположности – негативной энтропии (негэнтропии). А негэнтропия – это организация. А организация – это жизнь. То есть в начале начал, по идее, должен был бы быть Золотой век и  царить райские кущи.  А на самом деле, с точки зрения науки, всё происходит с точностью до наоборот.

Начало мира в модели горячей Вселенной, гипотеза которой является сейчас общепризнанной в мире науки, больше напоминало адское пекло: без всяких проблесков света, который просто не мог пробиться через толщу кипящей плазмы, без злата, серебра, драгоценных камней и вообще без любых элементов таблицы Менделеева помимо  водорода и гелия и, конечно уж, без всяких садов Эдема с обитающими в них Адамом и Евой. Бешеная стихия хаоса Большого Взрыва и упорядоченность, структура, организация, свойственные максимуму негэнтропии, – антиподы. Два таких медведя как Большой Взрыв и негэнтропия в одной космической берлоге не уживаются. Тесновато им там, в начале начал. Или, может, берлоги две? Одна – для Большого Взрыва, другая – для негэнтропии.

Об этом парадоксе упоминает в одном из своих интервью во время недавнего пребывания в стольном граде Москве знаменитый физик Роджер Пенроуз:

«Меня давно занимал парадокс, о котором космологи почему-то говорить не любят. Есть второй закон термодинамики: со временем всё в мире становится менее упорядоченным, более случайным, то есть энтропия – мера беспорядка – увеличивается. И если вы станете смотреть всё дальше в прошлое, вы должны видеть всё больше порядка. То есть во время Большого взрыва и вскоре после него Вселенная должна была быть очень хорошо структурирована. Но так называемое реликтовое излучение – картина ранней Вселенной, которую мы можем наблюдать и даже фотографировать, – говорит об обратном. Оно почти совершенно беспорядочно, его энтропия очень велика» [1].

Но этот парадокс подспудно связан с иной загадкой, иным парадоксом, который носит название «антропный принцип». Этот парадоксальный, загадочный принцип довольно молод. Он не отметил ещё даже свой полувековой юбилей. Он появился на свет под таким названием лишь в 1973 году, хотя сама идея высказывалась и ранее. Идея заключается в том, что на самом глубинном уровне, на уровне самых фундаментальных физических законов Вселенной, этакой космической Конституции, наша Вселенная удивительно приспособлена для возникновение жизни вообще и жизни разумной в частности.
 
Чуть изменились бы при Большом Взрыве фундаментальные константы – размерность пространства, значения масс электрона, протона, нейтрона, сила гравитации, электрослабое и сильное взаимодействие, etc. – и Вселенная была бы не космическим лоном земной жизни, а безжизненным бурдюком без горчицы и хрена. Впечатление такое, что в момент Большого Взрыва молодой, горячий Космос прошёл буквально по лезвию бритвы, чтобы породить впоследствии жизнь. Шаг влево – густая безжизненная, беззвёздная  каша из водорода и гелия, шаг вправо – космическая пустыня из беззвёздной пыли из разбросанных  вдали  друг от друга элементарных частиц, так и не структурировавшихся в атомы, не говоря уж про звёзды и человека.

«Если бы через секунду после Большого Взрыва скорость расширения оказалась хоть на одну сто тысяча миллион миллионную (1/100.000.000.000.000.000) меньше, то произошло бы повторное сжатие Вселенной и она никогда бы не достигла своего современного состояния» [2]. 
 
Отсюда и возникает следующий парадокс: почему в горниле Большого Взрыва, где энтропия была максимальной, бушевала неуправляемая стихия, а молодая Вселенная бурлила и кипела в океанах космического огня, Вселенная предпочла родиться крайне высокоорганизованной? Настолько высокоорганизованной, что любое малейшее отклонение от этой организации – и органическая белковая жизнь во Вселенной не возникнет, не говоря уж о жизни разумной в виде человека. Вероятность случайного возникновения такого уникального прожизненного, прочеловеческого фундаментального устройства мира стремится к нулю. И тем не менее он, мир жизни и человека,  существует.

Может, он мыслит? Как сказал Рене Декарт: “Cogito, ergo sum”. Мол, «мыслю, следовательно, существую».
 
А может, это возникновение и существование  не случайно? Может, это результат ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЙ работы той самой негэнтропии, которая теоретически должна быть максимальной в точке начала начал? Или Вселенная и вправду мыслит? Потому и существует…

                О сколько нам открытий чудных
                Готовят просвещенья дух
                И опыт, сын ошибок трудных,
                И гений, парадоксов друг…

                А.С.Пушкин, 1829   

И сколько парадоксов, друзей гения, за этими открытиями скрывается. Парадокс на парадоксе и парадоксом подгоняет. Большая дружная компания парадоксов и гениев.

С одной стороны, уравнения физики, то есть природы (слово «физика» на древнегреческом значит «природа»), обратимы во времени, с другой – сама природа во времени необратима. Парадокс? - Парадокс! Вслед за Иваном Васильевичем Буншей и Куртом Фридриховичем Гёделем меня терзают смутные сомнения: а насколько верно, полно и непротиворечиво эти  уравнения описывают саму природу-мать вашу?

С одной стороны, если следовать ретроспективному взгляду назад, Вселенная в начале начал, при своём рождении, должна была быть энтропийна по минимуму, а она была энтропийна по максимуму. Фонит эта изначальная энтропия по сей день. А с другой стороны, хоть Вселенная и рождалась в муках Большого Взрыва в «околоплодных водах» энтропии, зато родилась на удивление высокоорганизованной, прожизненной и прочеловеческой. Как бы провозгласила хорошо знакомый советским гражданам  лозунг: «Всё – во имя  человека, всё – для блага человека!» И воплощала этот лозунг в жизнь не на словах, а на деле аж 13,7 млрд лет. Сказано – сделано! Парадокс? - Парадокс!

Ну и напоследок ещё один хорошо известный парадоксик, связанный с тайной жизни. Этот парадокс утверждает, что появление и стремительное развитие такой высокоорганизованной формы материи как органическая жизнь категорически противоречит что термодинамической стреле времени, что второму закону термодинамики, что  теории вероятности. Тем более СЛУЧАЙНОЕ появление и СЛУЧАЙНОЕ развитие, на чём строит свои теории зарождения и эволюции жизни наука, которую ничему не учит опыт – сын ошибок трудных. Парадокс? - Парадокс! Ведь именно на игре случая и построены все современные научные теории для объяснения зарождения и эволюции жизни.
 
Вероятность случайного синтеза клетки, с которой и начинается органическая жизнь, можно сравнить с вероятностью  сборки «Боинга» 747  ураганом, пронёсшимся над свалкой  отжившего свой век авиационного хлама. Либо с вероятностью того, что какая-нибудь случайная мартышка, слез с дерева, надев очки  и сев за клавиатуру компьютера, напечатает вдруг 66-й сонет Шекспира. Или, к примеру, «Евгения Онегина». (Ев-Гений, парадоксов друг...)  Что бы ни пытались изобрести учёные в тщетной попытке доказать случайное возникновение и тем более ускоренное развитие жизни вверх по лестнице эволюции в нашем насквозь энтропийном мире, над ними всегда будет довлеть этот фундаментальнейший закон природы, который сводит вероятность случайного возникновения любых высокоорганизованных структур к вероятности возникновения из омлета свежего куриного  яичка (точнее, яйца). Приятного аппетита!

Кое-кто из учёных это прекрасно понимает, кое-кто – не очень.

«Мне рассказывали о беседе математика и квантового теоретика фон Неймана с одним биологом по этому вопросу. Биолог был убеждённым приверженцем современного дарвинизма, фон Нейман относился к дарвинизму с недоверием. Математик подвёл биолога к окну своего кабинета и сказал: "Вы видите вон там на холме прекрасный белый дом? Он возник случайно. В течение миллионов лет геологические процессы образовали этот холм, деревья вырастали, сохли, разлагались и снова вырастали, потом ветер покрыл вершину холма песком, камни туда забросило, наверное, каким-то вулканическим процессом, и они случайно вдруг легли друг на друга в определённом порядке. Так всё и шло. Естественно, в ходе истории Земли благодаря этим случайным неупорядоченным процессам возникало большею частью всё время что-то другое, но однажды через много, много времени возник этот дом, потом в него вселились люди и живут в нём сейчас". Биологу было, разумеется, немного не по себе от такой логики» [3].

Итак, парадоксы стрелы времени налицо. А есть ли их разрешение?

-«О есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам...»


Продолжение следует: http://www.proza.ru/2019/11/12/575

Примечания:

1. Роджер Пенроуз, «Вселенная не в своем уме. Нормальный человек понять ее не способен»
2. Стивен Хокинг, «Краткая история времени», глава 8
3. В. Гейзенберг, «Физика и философия», стр. 236