Холодильник Эйнштейна. Как перепад температур объясняет Вселенную - Пол Сен

Но задумайтесь: если Вселенная рождается в результате случайных флуктуаций, нам несложно представить такую флуктуацию, которая статистически гораздо более вероятна, чем флуктуация, необходимая для появления Вселенной. Примером может служить флуктуация, приводящая к рождению одной солнечной системы, похожей на нашу. Помимо нее, не появилось бы ничего. И все же жизнь могла бы существовать в этой одинокой солнечной системе. Мы могли бы в ней существовать. На самом деле появление солнечной системы, окруженной безликой мертвой Вселенной, даже более вероятно, чем появление нашей Солнечной системы в окружении миллиардов сложных галактик.

Следуйте этой логике и дальше. Флуктуация, приводящая к появлению одной обитаемой планеты, гораздо более вероятна, чем флуктуация, которая привела к появлению целой Солнечной системы. Теперь несложно сделать еще один маленький шаг и сказать, что флуктуация, приводящая к появлению одной моей комнаты, окруженной безликой Вселенной, еще более вероятна, чем флуктуация, приводящая к появлению единственной планеты.

Если довести эту логику до крайности, получится, что флуктуация, приводящая к появлению единственного мозга, статистически гораздо более вероятна, чем любая из флуктуаций, описанных выше.

Следовательно, больцмановское объяснение изначального низкоэнтропийного состояния нашей Вселенной приводит к солипсистскому выводу, что существует лишь один мозг, который содержит в себе весь космос как плод своей фантазии. Теперь ученые называют эту гипотетическую сущность больцмановским мозгом. Мало кто склоняется к такому объяснению, но никто пока не смог однозначно сказать, почему изначально Вселенная пребывала в таком невероятном состоянии с низкой энтропией. На своих знаменитых лекциях по физике, прочитанных в 1950-х годах, великий американский физик Ричард Фейнман выразился так: “По каким-то причинам Вселенная когда-то имела очень малую для своего энергосодержания энтропию, и с той поры энтропия выросла. Это — путь по направлению в будущее. В этом начало всех необратимостей. Именно это порождает процессы роста и распада”. Но затем он заключил: “Но одностороннее поведение всей Вселенной не может пока быть понято до конца: наука приоткрыла великую тайну ранней истории мира, которая сейчас служит лишь предметом разных гипотез”[18].

Прошло более полувека с лекции Фейнмана и более века с того момента, как Больцман сформулировал гипотезу о низкоэнтропийном происхождении Вселенной. Вопрос о том, как именно это произошло, сегодня остается открытым и активно исследуется.

И все же на рубеже XIX и XX веков Больцман не предполагал, что потомки будут его боготворить. Постоянно подвергаясь нападкам, он страдал из-за необходимости отстаивать свои идеи, а его здоровье ухудшалось: его мучили астма и прогрессирующее ожирение. “Папа постоянно потеет и ругается”, — писал его сын Артур. Вкупе с нападками Маха и его сторонников это лишило Больцмана уверенности в себе. В 1898 году в письме своему студенту Феликсу Клейну он признался: “Как раз когда я получил ваше чудесное письмо, у меня случился очередной приступ неврастении”.

“Приступами неврастении” на рубеже веков называли приступы тревожности или депрессии. Когда они усугублялись, Больцману приходилось обращаться за психиатрической помощью и проходить лечение в санатории неподалеку от Лейпцига в Германии. Ничего не помогало. В 1900 году он написал своей жене Генриетте: “Я плохо сплю и места себе не нахожу от страданий… Прошу, прости меня за всё!”

* * *

Не зная о страданиях Больцмана и внимании к собственной работе со стороны австрийских критиков, Гиббс постепенно приходил к выводу, что атомно-молекулярная гипотеза не лишена смысла. В 1902 году он опубликовал монографию “Основные принципы статистической механики, излагаемые со специальным применением к рациональному обоснованию термодинамики”, в котором представил сходные с больцмановскими идеи, хотя он в полной мере и не разделял уверенность Больцмана в существовании атомов. Гиббс был слишком осторожен, чтобы открыто сообщить о своих убеждениях, и потому написал: “Конечно, тот, кто основывает свою работу на гипотезах, касающихся строения материи, стоит на ненадежном фундаменте”[19].

В апреле 1903 года у Гиббса, которого в отличие от Больцмана никогда не покидало присутствие духа, вдруг возникла острая кишечная непроходимость. Врачи не смогли ему помочь, и Гиббс умер дома, в одиночестве, как и прожил всю жизнь.

Два года спустя, летом 1905-го, у Больцмана настал последний счастливый период в жизни, и он принял приглашение прочесть лекции в новых университетах Беркли и Стэнфорд в Калифорнии. В своих путевых заметках, озаглавленных “Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо”, он написал о любви к новизне и энергии Америки и отметил: “Всякий раз, когда я вхожу в гавань Нью-Йорка, меня охватывает восторг”.

Из Нью-Йорка Больцман за четыре дня доехал на поезде до расположенного на западе страны Беркли. Его восхитило, как богачи, включая железнодорожного магната Леланда Стэнфорда и Фиби Хёрст — жену миллионера, владевшего горнодобывающей компанией, и мать Уильяма Рэндольфа Хёрста, который стал прототипом главного героя фильма “Гражданин Кейн”, — вкладывали деньги в научные институты.

У Больцмана возникло лишь две претензии к Америке. Первая была связана с едой. Остановившись на роскошной асьенде Фиби Хёрст, он был поражен, когда ему подали овсянку — “неописуемую размазню из овсяной муки, которой разве что гусей кормить, да и то с натяжкой, ведь ни один венский гусь такое есть не станет”. Вторая проблема оказалась серьезнее: дело в том, что обширные области страны, включая Беркли, пребывали под контролем обществ трезвости. Отсутствие алкоголя, по словам Больцмана, вызывало у него ужасное расстройство желудка.

По возвращении домой Больцман пребывал в прекрасном расположении духа. “Калифорния прекрасна, гора Шаста великолепна, Йеллоустонский парк чудесен, — записал он в дневнике, — но пока лучшим моментом путешествия для меня стало возвращение домой”.

И все же через несколько месяцев депрессивные силы, которые всегда жили в психике Больцмана, снова заявили о себе. Вена его не радовала. Возвращение домой, казалось, обострило его противоречия со сторонниками энергетизма. Одна студентка Венского университета, великий физик Лиза Мейтнер, которая в 1930-х годах сыграет ключевую роль в открытии ядерного деления, вспоминала, что Больцман интересно и увлеченно читал лекции, но с трудом мирился с нападками на свои идеи. Даже почти пятьдесят лет спустя лекция Больцмана была свежа в ее памяти:

Лекция была весьма впечатляющей. Больцман говорил без запинок и рассказывал, с какими трудностями и противодействием столкнулся из-за своей уверенности в существовании атомов.

В сентябре 1906 года Больцман с женой и дочерью на несколько дней приехал в отпуск в итальянский прибрежный город Дуино, расположенный неподалеку от Триеста на северо-востоке Италии. Однажды его жена и дочь ушли на пляж купаться и оставили Больцмана одного. Вернувшись с пляжа, дочь Больцмана нашла отца повешенным.