Наука Плоского мира. Книга 2. Глобус - Йен Стюарт

О, как же наши собственные истории сбивают нас с пути… Есть и другое, более разумное объяснение. Секрет прост: гравитация сильно отличается от термодинамики. Для газа, состоящего из движущихся молекул, однородное состояние – равномерная плотность – является стабильным. Заключите весь газ в небольшое пространство, а потом отпустите – и он мгновенно вернется в свое однородное состояние. Гравитация ведет себя противоположным образом: однородные системы гравитационных тел нестабильны. Со временем различия, незаметные на любом уровне зернистости, не только могут раздуться до макроскопических масштабов, но и действительно раздуваются.

Вот в чем так разительно расходятся гравитация и термодинамика. В термодинамической модели, наиболее подходящей для нашей вселенной, с течением времени различия рассеиваются, исчезая ниже уровня зернистости. В гравитационной модели, наиболее подходящей для нашей вселенной, с течением времени они растут, раздуваясь от уровня зернистости. Отношение этих двух областей науки к зернистости при одинаковом направлении стрелы времени диаметрально противоположно.

Теперь мы можем дать совершенно другое и еще более разумное объяснение «провалу энтропии» между ранней и поздней вселенными, обнаруженному Пенроузом и приписанному им удивительно маловероятным исходным условиям. На самом деле это просто артефакт зернистости. Гравитационная скомканность раздувается от уровня зернистости до уровня, на котором энтропия по определению не учитывается. Таким образом, фактически любое начальное распределение материи во вселенной приводит к скомканности. И ничего чрезвычайного и особенного для этого не требуется.

Физические различия между гравитационными и термодинамическими системами довольно просты: гравитация – дальнодействующая сила притяжения, в то время как упругие столкновения действуют на малых расстояниях и приводят к отталкиванию. Учитывая столь значительные различия в законах сил, несходство в их поведении также не удивительно. Или же представьте себе системы, в которых «гравитация» действует на таких малых расстояниях, что оказывает эффект лишь при столкновении частиц, но когда вступает в силу, они сцепляются насовсем. При таких законах сил возрастание скомканности очевидно.

Для реальной вселенной характерны как гравитация, так и термодинамика. В одном контексте более приемлема гравитационная модель, в другом – термодинамическая. Но есть и другие: в молекулярной химии участвуют силы разных типов. Ошибочно приписывать все естественные феномены термодинамическому или гравитационному приближению. И тем более не стоит ожидать, что и термодинамические, и гравитационные приближения будут действовать в одном контексте при своем диаметрально противоположном отношении к зернистости.

Видите? Все просто. И никакой магии…

Пожалуй, стоит подвести кое-какие итоги наших размышлений.

«Законы» термодинамики, особенно знаменитый второй закон, представляют собой статистически правильные модели природы при определенной системе контекстов. Как показывает скомканность вселенной под действием гравитации, они не всегда верны в ее отношении. Вероятно, когда-нибудь будет найдена подходящая мера измерения сложности гравитации – наподобие термодинамической энтропии, но другая. Скажем, она будет называться «гравитропией». Тогда мы сумеем математически вывести «второй закон гравитации», который бы установил, что гравитропия гравитационной системы возрастает с течением времени. Возможно, гравитропия станет фрактальным измерением («степенью запутанности») системы.

Несмотря на то что зернистость действует для обеих систем в разных направлениях, оба «вторых закона» – термодинамический и гравитационный – достаточно хорошо соотносятся с нашей вселенной. А все потому, что они сформулированы так, чтобы отвечать тому, что мы реально наблюдаем в этой вселенной. Тем не менее вопреки этой кажущейся согласованности два закона относятся к принципиально отличающимся друг от друга физическим системам: одна к газам, а вторая – к системам частиц, движущихся под действием гравитации.

Рассмотрев эти два случая неправильного применения принципа теории информации и соответствующего ему принципа термодинамики, мы готовы обратиться к любопытному предположению о том, что вселенная состоит из информации.

Чудакулли подозревал, что Думминг Тупс использовал «квант», чтобы описывать все странные явления, например исчезновение людей с Раковинных куч. Мир кванта действительно странен, а его чары всегда обольстительны. Пытаясь осмыслить квантовую вселенную, некоторые физики предположили, что весь феномен кванта (то есть вообще всё) основывается на понятии информации. Джон Арчибальд Уилер выразил эту мысль емкой фразой: «бытие из бита». Коротко говоря, любой квантовый объект характеризуется конечным числом состояний. Вращение электрона, к примеру, может происходить по направлению вверх или вниз – то есть предполагая двоичный выбор. Состояние вселенной, таким образом, представляет собой огромный список из стрелочек, указывающий вверх и вниз, а также более сложных величин, – то есть очень длинное сообщение в двоичном виде.

На данный момент это самый разумный и (как оказалось) полезный способ представить мир кванта в математическом виде. Но следующий шаг более противоречив. Единственное, что имеет реальное значение, – это само сообщение, список битов. А что такое сообщение? Это информация. И как итог: настоящий материал вселенной – это необработанная информация. Все остальное сделано из нее же в соответствии с признаками кванта. Думминг с этим наверняка согласился бы.

То есть информация занимает свое место в небольшом пантеоне похожих понятий – скорости, энергии, импульса, – перешедших из близких математических абстракций в реальность. Физики любят превращать свои самые полезные математические понятия в реальные вещи – они, как в Плоском мире, материализуют абстрактное. Такое «проецирование» математики на вселенную не причиняет физического вреда, но причиняет вред философский, если воспринимать его результаты буквально. Например, из-за аналогичного процесса совершенно адекватные физики сегодня настаивают на том, что наша вселенная – лишь одна из триллионов, сосуществующих в квантовой суперпозиции. В одной из них вы этим утром вышли из дома, и на вас свалился метеорит; в другой вы сейчас читаете книгу, и никакой метеорит на вас не падал. «Ну, да, – твердят они, – все эти другие вселенные реально существуют. Мы можем провести эксперименты, чтобы это доказать».

Как бы не так.

Подтверждение на основе результатов экспериментов – это еще не доказательство, и оно вовсе не говорит о справедливости объяснения. Многомировая интерпретация, как ее называют, объясняет эти эксперименты в пределах своего поля. Но результаты каждого из них подлежат различным трактовкам, не каждая из которых объясняет, «как это на самом деле происходит во вселенной». К примеру, любой эксперимент можно трактовать как «это случается по воле Божьей», но те же физики не согласятся с тем, что их эксперименты доказывают существование Бога. Тут они будут правы: это лишь одна из трактовок. То же касается и триллиона сосуществующих вселенных.

Квантовые состояния наслаиваются друг на друга. Как, возможно, и квантовые вселенные. Но делить их на классические миры, в которых реальные люди делают реальные вещи, а потом говорить, будто они наслаиваются, – это нонсенс. Нет такого квантового физика, который сумел бы составить описание человека с точки зрения квантовой механики. И как в таком случае они могут утверждать, что их эксперименты (обычно проводимые с парой электронов или фотонов) «доказывают», что в параллельной вселенной на альтернативного вас свалился метеорит?