Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной

• Название: До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной
• Автор: Брайан Грин
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2021
• ISBN: 9785001393870

Брайан Грин – крупный физик-теоретик и знаменитый популяризатор науки. Его книги помогли многим познакомиться с теорией струн и другими важнейшими идеями современной физики. «До конца времен» – попытка поиска места для человека в картине мира, которую описывает современная наука. Грин показывает, как в противоборстве двух великих сил – энтропии и эволюции – развертывается космос с его галактиками, звездами, планетами и, наконец, жизнью. Почему есть что-то, а не ничего? Как мириады движущихся частиц обретают способность чувствовать и мыслить? Как нам постичь смысл жизни в леденящей перспективе триллионов лет будущего, где любая мысль в итоге обречена на угасание? Готовые ответы у Грина есть не всегда, но научный контекст делает их поиск несравненно более интересным занятием.

---

Это же описание применимо и к энтропии. С повышением температуры вашей руки ее молекулы начинают метаться быстрее, диапазон возможных скоростей расширяется, увеличивая число достижимых конфигураций, которые выглядят одинаково, – так что энтропия вашей руки тоже увеличивается. Соответственно, с понижением температуры ручки ее молекулы начинают двигаться медленнее, диапазон возможных скоростей для них сужается, уменьшая число достижимых одинаковых конфигураций, – так что энтропия ручки снижается.

Вот это да. Энтропия снижается?

Да. Но это не имеет отношения к редким статистическим флуктуациям, таким как получение 100 орлов при случайном броске 100 монет, как описано в предыдущем разделе. Энтропия горячей ручки уменьшается всякий раз, как вы за нее беретесь. Простой, но важный момент, который иллюстрирует сковорода, состоит в том, что постулируемый вторым началом рост энтропии относится к полной энтропии замкнутой физической системы, которая по определению включает в себя все, с чем эта система взаимодействует. Поскольку ваша рука взаимодействует с ручкой сковороды, вы не можете применить второе начало к ручке как таковой. Вы должны включить в систему и ручку, и руку (и, если быть точными, всю сковороду, плиту, окружающий воздух и так далее). И тщательный подсчет покажет, что рост энтропии вашей руки превышает падение энтропии ручки, гарантируя, что полная энтропия системы все же повышается.

Таким образом, примерно как в случае с теплотой, в каком-то смысле энтропия может течь. Для сковороды она течет из ручки в вашу руку. Ручка становится чуть более упорядоченной, а ваша рука – чуть менее упорядоченной. Перетекает она опять же не в виде осязаемой субстанции, которая первоначально находилась в ручке, а теперь перетекла в вашу руку. Скорее, поток энтропии обозначает взаимодействие между молекулами в ручке сковороды и в вашей руке, изменяющее свойства того и другого. В данном случае взаимодействие изменяет их средние скорости – относительные температуры, – а это, в свою очередь, влияет на энтропию, которую каждый из этих объектов заключает в себе.

Из этого описания очевидно, что поток теплоты и поток энтропии очень тесно связаны. Поглощать теплоту – значит поглощать энергию, которую заключает в себе случайное движение молекул. Эта энергия, в свою очередь, заставляет принимающие молекулы двигаться быстрее или распространяться шире, внося, таким образом, вклад в увеличение энтропии. Из этого можно сделать вывод: для того чтобы сдвинуть энтропию отсюда туда, теплота должна течь отсюда туда. Короче говоря, энтропия путешествует на волне теплоты.

А теперь, с этим пониманием взаимосвязи между теплотой и энтропией, вернемся ко второму началу.

Теплота и второе начало термодинамики

Объяснение того, почему мы переживаем события, разворачивающиеся только в одном направлении и никогда в обратном, привело нас к Больцману и его статистической версии второго начала: энтропия с ошеломляюще высокой вероятностью возрастает по направлению к будущему, делая обратные последовательности событий (в которых энтропия уменьшалась бы) фантастически маловероятными. Какое отношение все это имеет к более ранней формулировке второго начала (вдохновленной паровой машиной), в которой речь шла о неизменном производстве физическими системами тепловых отходов?

Связь заключается в том, что две наши начальные точки – обратимость и паровые машины – тесно связаны. Причина в том, что паровая машина основана на циклическом процессе: поршень, который расширяющийся пар выталкивает наружу, затем возвращается в начальную позицию, где ожидает следующего толчка. Пар тоже возвращается к начальным параметрам – объему, температуре и давлению; то же должны сделать и остальные значимые части, готовя машину к новому циклу нагрева и выталкивания поршня. Хотя ни один из этих процессов не требует тех ужасно маловероятных событий, при которых каждая молекула находит свой путь обратно в начальную точку или приобретает в точности ту же скорость, какую она имела в начале предыдущего цикла, работа машины все же подразумевает, что общая обстановка – макросостояние машины – вернулась в первоначальный вид, чтобы начать следующий цикл.

Что из этого следует в плане энтропии? Поскольку энтропия есть число микроскопических конфигураций, которые предстают перед нами в виде одного и того же макросостояния, то если макросостояние паровой машины сбрасывается до исходного в начале каждого цикла, значит, ее энтропия должна сбрасываться тоже. Это означает, что энтропия, которую паровая машина приобретает в ходе заданного цикла (когда она поглощает теплоту от горящего топлива, выделяет дополнительную теплоту за счет трения движущихся частей и так далее), должна целиком выбрасываться в окружающую среду к моменту завершения цикла. Как паровая машина это делает? Ну, мы уже видели, что для переноса энтропии необходим перенос теплоты. Таким образом, чтобы паровая машина сбрасывала свое состояние для следующего цикла, она должна выпускать тепло в окружающую среду. Значит, историческая формулировка второго начала термодинамики (неизбежное выбрасывание тепла в окружающую среду) – та самая деградация, которая так печалила Бертрана Рассела, – напрямую выводится из статистической версии второго начала[32].

Мы добрались до пункта назначения, к которому я здесь стремился, так что можете свободно переходить сразу к следующему разделу. Но, если у вас хватит терпения, поговорим об одной детали, не упомянуть которую было бы упущением с моей стороны. Вы, возможно, задались сейчас примерно таким вопросом: если паровая машина поглощает теплоту из сжигаемого топлива (набирая таким образом энтропию) только для того, чтобы потом сбрасывать теплоту в окружающую среду (сбрасывая таким образом и энтропию), то почему у нее еще остается энергия на выполнение полезных задач, таких как работа локомотива, к примеру? Ответ состоит в том, что паровая машина высвобождает в окружающую среду меньше тепла, чем поглощает, и все же умудряется полностью очиститься от накопленной энтропии. Вот как это происходит.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Сноски

1

Это слова моего давнего наставника, аспиранта на кафедре математики Колумбийского университета в 1970-е гг., Нила Беллинсона, великодушно тратившего свое время и уникальный талант на обучение математике молодого студента – меня, – которому нечего было предложить взамен, кроме сохранения страсти к учению. Мы тогда обсуждали работу о человеческой мотивации, которую я писал для курса психологии в Гарварде. Курс вел Дэвид Басс, работающий сейчас в Университете Техаса в Остине.

2

Шпенглер О. Закат Европы. – М.: Попурри, 2019.

3

Шпенглер О. Закат Европы. – М.: Попурри, 2019.

4

Otto Rank, Art and Artist: Creative Urge and Personality Development, trans. Charles Francis Atkinson (New York: Alfred A. Knopf, 1932), 39.

5

Сартр излагает эту точку зрения через размышления приговоренного к казни героя рассказа «Стена» Пабло Иббиеты. Jean-Paul Sartre, The Wall and Other Stories, trans. Lloyd Alexander (New York: New Directions Publishing, 1975), 12.

6

Джеймс У. Многообразие религиозного опыта. – М.: Наука, 1993. С. 114 [В русском переводе, выполненном для издания 1910 года, дословность этой цитаты нарушена «…и для нас уже отравлены все источники радости». Однако выражение Джеймса про «червя в сердцевине» стало важной цитатой в англоязычной культуре. Поэтому в основном тексте перевод дается по: Шермер М. Небеса на земле. – М.: Альпина нон-фикшн, 2019. – Прим. науч. ред.]

7

Ernest Becker, The Denial of Death (New York: Free Press, 1973), 31. Беккер считал, что доминирующее влияние на него оказал Отто Ранк.

8

Ральф Уолдо Эмерсон – американский поэт и мыслитель. – Прим. ред.

9

Ralph Waldo Emerson, The Conduct of Life (Boston and New York: Houghton Mifflin Company, 1922), прим. 38, 424.

10

Эдвард Уилсон прибегает к слову «consilience» (совпадение, стечение), чтобы описать свое представление о том, как разрозненные знания сливаются воедино и дают более глубокое понимание. E. O. Wilson, Consilience: The Unity of Knowledge (New York: Vintage Books, 1999).

11

В последующих главах я представлю данные, указывающие на повсеместное влияние зарождающегося у человечества осознания собственной смертности, но поскольку неоспоримых данных, позволяющих судить о настроениях древнего человека, у нас нет, то вывод этот принимается не всеми. Изложение альтернативной точки зрения, согласно которой страх смерти – современный недуг, см., к примеру: Philippe Ariès, The Hour of Our Death, trans. Helen Weaver (New York: Alfred A. Knopf, 1981). Точка зрения Беккера, построенная на озарениях Отто Ранка, состоит в том, что наш биологический вид насквозь пропитан страхом смерти.