.

Стивен Строгац. Ритм Вселенной.

Как из хаоса возникает порядок

Через несколько миллиардов лет после Большого взрыва порожденная им Вселенная внезапно пробудилась от долгого сна. Этот волшебный момент настал, когда на безжизненной планете спонтанно зародилась жизнь. Чтобы понять, как и почему это событие произошло на Земле и насколько распространенной может быть жизнь во Вселенной, мы должны углубиться в раздел науки, известный как термодинамика, который является не только важнейшей частью физики и химии, но, как мы узнаем, и биологии. Особый интерес для нас представляет такой принцип функционирования природы, как второй закон термодинамики.

Прежде чем перейти к частностям запутанного второго закона, давайте начнем с его собрата попроще – первого закона термодинамики. Первый закон гласит, что энергия изолированной системы постоянна. Она может быть преобразована из одной формы в другую, но она не может быть создана или уничтожена. Изолированная система – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Абсолютно изолированные системы редки, если они вообще существуют в природе, потому что энергия течет повсюду вокруг нас, излучаемая наружу звездами и планетами с ядрами, выделяющими тепло. Наиболее частым примером изолированной системы является термос, который удерживает тепло внутри и так сохраняет ваш кофе горячим. Является ли сама Вселенная изолированной системой – вопрос сложный, поэтому мы вернемся к нему позже.

Первый закон достаточно прост для понимания, а второй закон термодинамики более загадочен. В нем говорится, что общее количество энтропии в изолированной системе всегда нарастает. Многие физики считают второй закон самым незыблемым законом во Вселенной, так что над этим утверждением стоит поразмыслить. Что же конкретно подразумевается под туманным и страшновато-странным термином «энтропия»?

К сожалению, ответ на этот вопрос не вполне очевиден. Большинство научно-популярных книг, например классическая «Краткая история времени» Стивена Хокинга, учат нас, что энтропия означает неупорядоченность. Однако такое определение может ввести нас в опасное заблуждение, когда мы пытаемся применить второй закон к неизолированным системам или ко Вселенной в целом. Применительно к космосу отождествление энтропии с неупорядоченностью (слово, по смыслу примерно противоположное организации, структуре и сложности) может привести к ужасно неточным выводам космического масштаба.

К сожалению, эту ошибку склонны делать и популяризаторы науки, часто утверждающие, будто бы второй закон требует, чтобы Вселенная со временем становилась все более неупорядоченной и менее структурированной. Поскольку жизнь – это как раз и есть биологический порядок, то такая интерпретация второго закона предсказывает мрачные последствия для человечества. Если мир неизбежно становится все менее упорядоченным, то в среднем он должен со временем становиться также все более безжизненным и менее структурированным, пока все следы организации не растворятся в бесформенном и бессмысленном море случайных микроскопических флуктуаций. Такой сценарий сводит жизнь во Вселенной к временному, тривиальному и несущественному явлению; словом, вырисовывается не слишком радужная перспектива. К счастью, этот сценарий ошибочен!

Главная проблема этого космического нарратива состоит в том, что увеличение общего количества энтропии во Вселенной не соответствует общему уменьшению количества существующей организации. Более того, биологический, культурный и технологический порядок может даже расти параллельно с энтропией, и не только в краткосрочной перспективе. Чтобы понять, как такое возможно, и распутать клубок загадок второго закона, мы должны различать два разных типа энтропии (их гораздо больше, но мы начнем с них). Для этого придется начать с краткого исторического экскурса.