Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания

Если какая-либо физическая система, включая Вселенную, всегда развивается от упорядоченного состояния с низкой энтропией к неупорядоченному состоянию с высокой энтропией, то это нам задает направление течения самого времени: второй закон термодинамики позволяет нам различать прошлое и будущее. Это может показаться несколько странным; в конце концов, для того, чтобы понять, что вчера – это прошлое, нам не нужен второй закон термодинамики. В вашем мозгу хранится память о событиях этого дня, хотя сами события навсегда остались в прошлом. Между тем завтра неизвестно – ему еще предстоит произойти. Эта стрела времени, направленная из прошлого в будущее, как мы интуитивно чувствуем, является более фундаментальной принадлежностью реальности, а второй закон на нее опирается. А на самом деле все наоборот: второй закон термодинамики следует считать основой стрелы времени. Без второго закона не было бы ни будущего, ни прошлого.

Представьте себе, что мы смотрим фильм про нашу емкость с воздухом (а молекулы воздуха достаточно велики, чтобы мы могли их увидеть). Они будут метаться туда-сюда, сталкиваясь друг с другом и со стенами емкости, – некоторые побыстрее, другие помедленнее. Но если воздух находится в состоянии термического равновесия, то мы не сможем сказать, показывают ли нам фильм от начала к концу или от конца к началу. В масштабе молекулярных столкновений нам не удалось бы различить никакой направленности во времени. Без роста энтропии и стремления к равновесию все физические процессы во Вселенной могли бы с тем же успехом двигаться в обратном порядке. Однако, как мы видели, это стремление Вселенной и всего в ней к равновесию сводится к статистической вероятности событий на молекулярном уровне: от того, что может случиться с наименьшей вероятностью, к тому, что может случиться с большей, – согласно законам термодинамики. В направленности времени из прошлого в будущее нет ничего таинственного; это просто вопрос статистической неизбежности.

Если иметь это в виду, то даже тот факт, что я знаю прошлое, но не знаю будущего, больше не кажется странным. Когда я наблюдаю мир вокруг, увеличивается объем информации в своем мозгу – процесс, в ходе которого по мере работы моего мозга вырабатывается бесполезное тепло, а значит, растет энтропия моего тела. Даже сама наша способность различать прошлое и будущее с точки зрения термодинамики является не более чем проявлением второго закона в отношении нашего мозга.

Детерминизм и случайность

Изложенное выше может привести вас в замешательство – и это будет справедливо. Безусловно, различие между прошлым и будущим – это больше, чем статистическое стремление произвольно сталкивающихся молекул к равновесию или различие между перемешанной и неперемешанной колодой карт. В конце концов, прошлое фиксировано – мы помним только одну последовательность событий, одну историю. И наоборот, в будущем для нас открыто бесчисленное количество возможностей[24].Большинство событий, которые произойдут завтра, окажутся для вас неожиданными, да и мой день может пойти самым различным образом, в зависимости от того, как сойдутся миллионы различных факторов. Так есть ли на самом деле разница между прошлым и будущим на более глубоком уровне, нежели просто статистический? Разница, которая бы отражала тот факт, что у нас одно прошлое, но много возможных будущих? Другими словами, предначертана ли нам определенная судьба, или наше будущее зависит от случая? Эти философские вопросы задаются многие сотни лет, поскольку они касаются природы свободной воли.

Когда физики говорят о «детерминированном» процессе, они обычно имеют в виду концепцию причинного детерминизма, предполагающего, что прошлые события предопределяют будущие. Но если это так, то не может быть ничего случайного; все, что происходит, имеет под собой веское основание – то, что произошло раньше; причина порождает следствие. Поэтому в принципе состояние Вселенной на настоящий момент можно отследить, шаг за шагом, до самого момента Большого взрыва. А если это правда, то события в настоящем предопределяют события в будущем таким образом, что в принципе мы должны быть способны прогнозировать будущее. При этом термин «событие» в данном случае включает в себя разряды нейронов нашего мозга, которые обусловливают мыслительный процесс и принятие нами определенных решений. В конечном счете мозг ведь тоже состоит из атомов. Нет никакого волшебного компонента, который выводил бы его из-под действия законов физики.

Во Вселенной, где все предопределено, у нас не было бы выбора в отношении наших действий и решений, поскольку у нас был бы только один вариант будущего, как и один вариант прошлого. (Помните, в главе 3 я уже говорил о блок-вселенной Эйнштейна.) Однако ход событий, при котором прошлое определяет будущее, а не наоборот, обусловлен вторым законом термодинамики, без действия которого события, которые мы называем «будущими», с тем же успехом могли бы предопределять «прошлые».