Возрожденное время. От кризиса в физике к будущему вселенной

Согласно физикам 19-го столетия и некоторым из наших современных теоретических космологов, которые принимают вневременную картину, сложность, которую мы наблюдаем вокруг нас, является случайной и неизбежно преходящей. С их точки зрения вселенная обречена на конец в состоянии равновесия. Это состояние, названное тепловой смертью вселенной, в котором материя и энергия равномерно распределены по вселенной и ничего никогда не происходит за исключением редких хаотических флуктуаций[160]. Большую часть времени эти флуктуации рассеиваются как только возникают, ничего не создавая. Но, как я буду объяснять в этой и последующих главах, принципы, выписанные в Главе 10

для новой космологической теории, помогут нам понять, почему вселенная с растущей сложностью является естественной и необходимой.

Так что перед нами лежат две дороги, приводящие к сильно различающимся версиям будущего вселенной. В первой картине будущего нет, поскольку тут нет времени. Время есть иллюзия, которая в лучшем случае есть мера изменения, иллюзия, которая закончится, когда изменения прекратятся.

В ограниченной временем картине, которую я предлагаю, вселенная есть процесс размножения новых явлений и состояний организации, которые всегда будут обновляться по мере их эволюции к состояниям со всегда большей сложностью и организацией.

Записи наблюдений однозначно говорят нам, что вселенная становится все более интересной с течением времени. Ранее она была заполнена плазмой в равновесии; от этого простейшего из начал она эволюционировала к гигантской сложности по широкому диапазону масштабов, от кластеров галактик до биологических молекул[161]

.

Живучесть и рост всех этих структур и сложности озадачивают, поскольку исключает простейшее объяснение структуры, которую мы видим, — что это случайное упорядочение. Случайность не могла бы привести к структурам, сохраняющимся миллиарды лет, чья сложность непрерывно растет со временем. Как я кратко объясню, если сложность, которую мы видим вокруг нас, случайна, она почти определенно уменьшалась бы со временем, вместо того, чтобы увеличиваться.

Предсказание о том, что вселенная найдет свой конец в тепловой смерти, является еще одним шагом в изгнании времени из физики и космологии и родственно античной идее, что естественным состоянием вселенной является состояние без изменений. Старейшим прорывом в космологическом мышлении было то, что естественное состояние мира есть равновесие — то есть, состояние, в котором нет импульса в направлении организации, поскольку все находится в своем естественном месте. Это была сущность космологии Аристотеля, которая, как я описывал в Главе 2, базировалась на физике, в рамках которой каждая сущность имеет естественное движение: Например, земля ищет центр, тогда как естественным для воздуха является движение вверх.

Единственная причина того, что в земной сфере еще имеются изменения, по Аристотелю, заключается в наличии других причин для движения, определенных как вынужденные движения, которые могут вывести некоторую вещь из ее естественного состояния. Люди и животные являются источниками вынужденных движений, но есть и другие. Горячая вода допускает в себя воздух и таким образом частично приобретает естественное для воздуха движение вверх, отчего возгоняется, пока не охладится, и в этот момент исторгает из себя воздух и падает в виде дождя. Конечный источник этого вынужденного движения есть нагрев от Солнца, которое является частью небесной сферы. Тем или иным образом Солнце является источником всех вынужденных движений. Если земную сферу отсоединить от небес и оставить ее саму по себе, все пришло бы к равновесию в покое в своем естественном месте, и изменения прекратились бы.

Современная физика имеет собственное понятие о равновесии, которое характеризуется законами термодинамики. Они применимы к физике в ящике. Средой для законов термодинамики является изолированная система, которая не обменивается ни энергией, ни веществом со своим окружением.

Однако мы должны позаботиться, чтобы не спутать понятия равновесия Аристотеля или Ньютона с современным понятием термодинамического равновесия. Равновесие по Аристотелю и Ньютону возникает из баланса сил. Мост стоит потому, что силы, действующие на каждый брус и заклепку, скомпенсированы. Понятие равновесия в современной термодинамике полностью иное. Оно применимо к системам с очень большим числом частиц и существенным образом ссылается на понятие вероятностей.

Прежде, чем мы поговорим о тепловой смерти вселенной, убедимся получше, что мы понимаем нашу терминологию. Это означает, прежде всего, понимание смысла энтропии

и второго закона термодинамики.

* * *