Молчание Людвига Больцмана

                S = k log W
     Cоздателем вероятностной теории энтропии был Людвиг Больцман. Своими взглядами он впервые обратил внимание научного сообщества на глубинные механизмы любых изменений материи. Придавая особое значение философским вопросам естествознания, он как мог боролся с консервативными взглядами ученых того времени, которые в своем большинстве считали тогда атомные и молекулярные представления наивными и ненаучными.

     Главная идея Л. Больцмана заключалась в том, что сущность энтропии, эта загадочная «функция состояния», отражает невидимое движение системы микроскопических тел и не может быть раскрыта на привычном для нас макроскопическом уровне. Л. Больцман не был здесь первопроходцем – за 17 лет до него Максвелл описал с помощью вероятностных уравнений совместное поведение молекул газа. Но Л. Больцман пошел дальше. Он показал, что газ, выведенный из состояния равновесия, стремится вернуться в это состояние за очень короткое время – за 10 в минус 16 степени секунды. Л. Больцману удалось остановить это «мгновение» и увидеть невидимое – скрытое поведение системы, состоящей из громадного количества физических тел. Поведение этой системы он описал «функцией состояния», выразив ее очень коротко вероятностной формулой энтропии:
.
     Энтропия Л. Больцмана наглядно показала то, как возникает молекулярный хаос в представленном самому себе (изолированном) газе. Эта формула, состоящая из всего лишь трех математических знаков, несет в себе смысл настолько глубокий, что размышления и споры об энтропии до сих пор не позволяют раскрыть его полностью. Не сразу, но по мере развития науки, представления об энтропии позволили выстроить все известные системы в последовательную цепочку. На одном конце такой цепочки оказался космический хаос, а на другом – мозг человека и то, что в последствии назвали информацией. Тем не менее, после рассмотрения научным сообществом предложенной Л. Больцманом «функции состояния» она была дружно отвергнута учеными, а автор ее открытия фактически подвергся остракизму. Заслушав предложение Л. Больцмана, ученые мужи посчитали его теорию «излишней гипотезой», якобы уводящей науку в сторону от решения актуальных проблем. Мнения даже таких выдающихся ученых, как Пуанкаре и Планк, не говоря уже о других, свелись к тому, что понятные непосредственному наблюдению физические явления незачем объяснять взаимодействиями никому неведомых гипотетических молекул. Накал упреков в адрес Л. Больцмана со стороны знаменитых ученых был таков, что он не нашел в себе сил пережить несправедливость и в период расцвета творческих сил по собственной воле прервал свою жизнь. А научное сообщество, выбив на могильном камне ученого ставшую вскоре знаменитой его формулу в качестве эпитафии, недолго горевало. Идеями Л. Больцмана успешно воспользовались такие всем известные физики, как Ферми, Дирак, Эйнштейн. А классическая работа Планка, положившая начало квантовой физике, вообще могла бы не появиться на свет, если бы ее автор не пересмотрел свои взгляды на теорию Л. Больцмана.
    
     К. Маркс, тоже современник Л. Больцмана, как-то высказывался в том смысле, что наука, в отличие от обычного архитектора, может сначала создать крышу и лишь потом подвести под нее стены и фундамент. Так-то оно так, но жить в таком здании было бы затруднительно, а через определенное время и невозможно. То, что такое здание мало приспособлено для проживания, наука наглядно продолжает демонстрировать по сию пору. И в XXI веке не решено,  как разные научные направления, претендующие на почетное звание «фундаментальных», соединить воедино. Здание современной науки продолжает стоять на разрозненных и непрочных сваях, которые, благодаря околонаучной конъюнктуре, только для определенности названы фундаментальными. Один из членов современного научного сообщества, его заслуженный лауреат как-то сказал о Л. Больцмане: «Его идеал заключался в том, чтобы соединить все физические теории в единой картине мира». Всё верно! Вот только само научное сообщество такой картины мира так и не создало, даже в самом простом варианте. Несмотря на положение изгоя в научных кругах, которое выпало на долю Л. Больцмана, его главная идея так и остается загадкой. Он был добросовестным ученым и остановился всего лишь в шаге от своего идеала – создания единой картины науки. И если бы в свое время  научное сообщество не третировало этого ученого, а поддержало его, то, вероятнее всего, уже давно смогло бы совершить настоящий прорыв в фундаментальном направлении. Не пришлось бы периодически имитировать достижения науки разрозненными, в основном прикладными успехами и всевозможными гаджетами. Со дня трагической кончины Л. Больцмана много воды утекло, и теперь всем очень хочется сказать, что наука благодаря своим достижениям стала другой. Но, увы, единственной попыткой создать единую картину мира, к которой шел Л. Больцман, остается статья К. Шеннона «Математическая теория связи», которая появилась только в 1948 году. В этой статье с помощью выведенной за 70 лет до автора статистической формулы энтропии была впервые представлена количественная мера информации.

     Удивительно выглядело несходство (и одновременно сходство) той истории, которую пережил Л. Больцман, открыв свою «функцию состояний», и К. Шеннон, который был крайне обеспокоен эйфорией в научных кругах в рассуждениях об энтропии и информации. Но надо отдать ему должное, К. Шеннон боролся за строгий подход к использованию как математического аппарата теории информации, так и выдвинутых новой теорией общих идей. Однако научное сообщество и в этот раз не особенно прислушивалось к доводам теперь уже другого добросовестного ученого, продолжая безудержно внедрять понятие «информация»  всюду. Очень часто это происходило на основе поверхностных аналогий или в качестве модных терминов, без глубокого проникновения в их суть. Постепенно мало кого стало интересовать, что сложившаяся теория информации имеет не универсальный, а прикладной характер. В этой теории бит, байт, Кбайт, Мбайт, Гбайт, Тбайт и любая другая единица измерения не учитывает главного – фундаментальных свойств информации. В результате:

В нас входят истины святые
Одной случайною строкой.
Но льются в головы пустые
Помои слов густой рекой.
                (А. Зиновьев)

     Обычные сведения обо всем на свете текут теперь в головы людей бесконечным потоком и фактически заменяют им понятие «информация», а погоня за IT-технологиями – ее фундаментальный смысл. Сложившееся представление об информации всё дальше и дальше уводит всех от понимания того, чем она является в действительности. Всё это говорит о том, что рано или поздно придется открывать понятие «информация» вновь, вернуться к теории Л. Больцмана и внимательно посмотреть на его «функцию состояния». Эта знаменитая формула в явном виде отражает возможность многообразного характера движения в системе, состоящей из громадного количества микроскопических тел. Но она же скрывает возможность  уникального внутреннего состояния системы – «абсолютного покоя».

     Физика успешно применяет понятия, в той или иной мере  отражающие состояние внутреннего покоя материальной системы: «абсолютная температура тела», «абсолютно черное тело», «темная материя», «темная энергия» и т.п. Все эти состояния с разных сторон характеризуют поведение материальной системы, но есть одно, которое стоит несколько особняком от всех, – «сингулярность». Однако сказать о сингулярности что-либо конкретное современная наука не может, поскольку все параметры этого состояния, согласно ее современным представлениям и теориям, обращаются в бесконечность. Любые другие известные состояния материальной системы предполагают возможность того или иного физического измерения, но только не сингулярность. И вот тут важно обратить внимание на то, что в науке «функция состояния» Л. Больцмана является единственной величиной, которая не измеряется физически, а вычисляется. Благодаря этому вероятностная теория энтропии Л. Больцмана может помочь составить представление об уникальном состоянии материальной системы, удачно названной «сингулярность». Минуя энтропию системы, иной возможности проникнуть в ее сингулярность не существует, потому что измерить там физически что-либо  невозможно. Для сингулярности никакого измерительного инструмента не существует, и создать его принципиально невозможно. Между тем, для «функции состояния» в  сингулярности нет ничего необычного, потому что это одно из возможных ее значений, когда энтропия в системе достигает своего предела, максимума. В реальности такое предельное состояние, вероятно, характеризуется тем, что поле и материя в системе могут  в течение физически нерегистрируемого мгновения сосуществовать, не взаимодействуя друг с другом. Такое физически неуловимое мгновение само по себе, как процесс, как внутреннее состояние системы, измерить невозможно. В известном смысле  любой самый технологически сложный физический эксперимент  как критерий истины тут не работает. Он в известном смысле бесполезен, потому что количественные и качественные характеристики системы в состоянии сингулярности как бы сосуществуют отдельно друг от друга. В это мгновение два альтернативных состояния системы, быть ей полем или материей, становятся равновероятными – внутреннее движение в системе стремится сосредоточиться в поле, а покой – в ее материи. При этом одна часть системы, ее материя, стремится поглотить любое возможное излучение, но ничего сама не излучает, а другая ее часть, поле, всё излучает, но ничего не поглощает. Материальные объекты, подтверждающие в том или ином виде существование сингулярности, можно наблюдать и изучать, но понять ее из-за многообразия физических взаимодействий невозможно. Все эти объекты как бы случайно «разбросаны» по вселенной и существуют, например, как непонятные до сих пор «черные дыры» и звезды. Сложность понимания физической сингулярности состоит в том, что количественные измерения для этого состояния имеют вторичное вспомогательное значение. Главное в сингулярности, как и в информации, – качественная сущность этих явлений. По этой причине моделирование сингулярности, вопреки сложившимся представлениям, не представляет особой трудности. Сложно не моделировать сингулярность, а воспринимать, интерпретировать получающийся результат в рамках сложившихся в науке представлений. Его сложно совместить с реальностью, поскольку он противоречит привычным представлениям об окружающем мире и информации. Например, для физика-экспериментатора такой результат может показаться немыслимым без традиционных и обычных для него количественных характеристик. Но надо понимать, что в состоянии сингулярности реальная материальная система подобна «абсолютно черному телу» и «абсолютно яркой звезде» одновременно. Реальный объект в этом состоянии становится невидимым наблюдателю и со стороны материи, и со стороны поля, поскольку любой падающий на него свет будет только поглощаться как «абсолютно черным телом», так и его противоположностью, «абсолютно яркой звездой». Такая двойная система для наблюдения невидима, она «растворена» одновременно и во ТЬМЕ, и в потоке любого СВЕТА. Вот и «функция состояния» Л. Больцмана о реальной сингулярности говорит только то, что материальная система может физически пропасть из виду для любого наблюдателя, экспериментатора. Но то, как из невидимого состояния она становится  видимой, эта формула в современном виде продемонстрировать не может. Эта формула дает наблюдателю, физику-экспериментатору представления только о некоторых поверхностных сведениях того, что происходит с уже видимой, наблюдаемой материальной системой. Но вот сам процесс выхода системы из состояния «сингулярности», когда вероятности у «функции состояния» начинают различаться, неизбежно остается за рамками понимания. Для любого наблюдателя, обладающего только «функцией состояния», процесс разделения СВЕТА и ТЬМЫ скрыт и остается тайной. Все возможные состояния системы, отражаемые этой функцией, без процесса разделения СВЕТА и ТЬМЫ – всего лишь результаты, но не сам акт их возникновения, изменения.

     Информация и сингулярность – два феномена, которые дополняют друг друга. Однако представление об их единстве  сегодня отсутствует, что препятствует развитию науки, философии и культуры мышления в целом. Проникновение в сингулярность, ее моделирование может продемонстрировать удивительный факт того, что минимальная информация в относительно замкнутой системе по форме тождественна максимально достижимому ее  значению. Иначе говоря, минимальная информация по форме потенциально содержит и поэтому способна отразить  бесконечность, возможность движения, изменения, развития в ней любых систем.

     Так случилось, что Л. Больцман не успел продолжить свои искания в направлении пояснения масштаба того явления, которое оказалось скрытым за его «функцией состояния». Но, несмотря на это, его вклад в возможность появления реальной основы единой науки уникален. Л. Больцман шел вопреки общепринятым понятиям науки своего времени, которая после него только «слегка» воспользовалась его представлениями о роли хаоса, энтропии, информации. Поверхностный, прикладной интерес к теории Л. Больцмана стал причиной того, что наука сама заложила под свой нефундаментальный фундамент информационную «бомбу». Она еще не сработала пока, но есть все основания надеяться, что рано или поздно это обязательно случится. И мощь такого заряда не пойдет ни в какое сравнение с известными сейчас источниками энергии. Причиной такого настоящего информационного взрыва будет качественно иной источник, содержащий бесконечную и «абсолютно чистую энергию», –  энергию активации ума, разума, интеллекта человека, коллективного сознания людей.