В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики

Но не только вы и я обязаны своим существованием росту всеобщего беспорядка. Вся экосистема в целом является производной беспорядка и следствием хаоса. Ни один организм не может быть островом. Естественный отбор – это чрезвычайно сложный и вызывающий восхищение способ приспособления ко второму закону термодинамики. Биосфера – это невероятное переплетение взаимосвязанных сущностей, подпитывающих друг друга, чтобы наиболее эффективно «прожить» те средства, которые дает процесс пищеварения. Горючее – съеденная пища – достается трудно, но при этом необходимо для выживания и дальнейшего распространения: ведь жизнь есть структура, которую надо поддерживать путем увеличения беспорядка во Вселенной. Живые существа просто не могут избежать того, чтобы жить за счет друг друга. Следствием этого является и естественный отбор, и его результат – эволюция.

В мире все еще остается немало тех, кто не может в своем представлении примирить всеобщее стремление к беспорядку, которое согласно второму началу термодинамики является движущей силой всех перемен, с возникновением сложнейшим образом организованных структур – организмов. Эти люди не понимают, как структуры могут порождаться рассеянием. Разрешение этой трудности заключается в пункте, который я уже несколько раз подчеркивал: единственная необходимость состоит в том, чтобы общий беспорядок увеличивался. Связанные друг с другом, как одно событие может быть связано с другим, локальные участки растущего беспорядка (сжигание топлива, поедание антилопы, мириады других возможностей, включая такой утонченно цивилизованный способ производства беспорядка, как званый обед) могут заставить другие участки Вселенной перейти от беспорядка к порядку. Все, что для этого необходимо, кроме, конечно, самого механизма связи двух участков, – это чтобы общий рост беспорядка перевешивал бы уменьшение беспорядка – ведь в общем итоге беспорядок обязательно должен расти. Бесчисленное количество различных процессов служит примерами этой взаимосвязи, встроенной во второе начало; эволюция путем естественного отбора из них, быть может, просто процесс наиболее головокружительный.

* * *

Я в основном сосредоточился на организмах, так как именно в них второе начало проявляется наиболее ярко и, возможно, неожиданно. Но существует множество других, чисто неорганических и вполне технических проявлений этого закона. Большинство приложений второго начала в технике исходит не из надгробной формулы Больцмана для энтропии, а из альтернативного выражения, предложенного в 1850 году Клаузиусом. Незнакомый с молекулярной интерпретацией энтропии, он предложил на первый взгляд относящееся совершенно к другой области выражение для изменения энтропии, сопровождающего некоторый процесс, в терминах наблюдаемых величин (в отличие от беспорядочного рассеяния энергии и молекул). Он предложил вычислять изменение энтропии, отслеживая, сколько энергии перешло в виде теплоты в систему или из нее, и деля результат на температуру, при которой этот перенос энергии произошел[33].

Клаузиус не связывал результаты своих вычислений с беспорядком, но мы можем это сделать. Перенос энергии в виде тепла связан со случайной толкотней соседних молекул – например, с мечущимися молекулами в горящем факеле или интенсивно вибрирующими атомами в электронагревательной спирали. Эта толкотня приводит молекулы в рассматриваемой системе в состояние беспорядочного движения и тем самым увеличивает ее энтропию. Пока все хорошо – перенос энергии в виде тепла ведет к росту энтропии. Но какую роль здесь играет температура? Мне нравится аналогия с чиханием на шумной улице и в зале библиотеки. Людная улица – аналог горячего объекта, здесь повсюду тепловая сутолока. Тихая библиотечная комната – аналог холодного объекта, атомы которого толкаются не очень активно. Чихание – аналог впрыскивания энергии в виде тепла. Когда вы чихаете на шумной улице, рост беспорядка относительно невелик. Когда вы делаете это в тихой библиотеке, рост беспорядка значителен. Так обстоит дело и с определением Клаузиуса: энергия, переданная в виде теплоты горячему объекту, незначительно увеличивает беспорядок, поэтому изменение энтропии довольно мало. Когда то же количество энергии передается в виде теплоты объекту холодному, изменение энтропии велико. Температура в формуле Клаузиуса – аналог различия между улицей и библиотекой.