Т о м а с и н а. Септимус, представь, ты кладешь в рисовый пудинг ложку ва-
ренья и размешиваешь. Получаются такие розовые спирали, как след от ме-
теора в атласе по астрономии. Но если помешать в обратном направлении,
снова в варенье они не превратятся. Пудингу совершенно все равно, в какую
сторону ты крутишь, он розовеет и розовеет — как ни в чем не бывало.
Правда, странно?
С е п т и м у с. Ничуть. 
Глава 2 . Тяжелая рука энтропии
45
Т о м а с и н а. А по-моему, странно. РАЗмешать не значит РАЗделить. Наобо-
рот, все смешивается.
С е п т и м у с. Так же и время — вспять его не повернуть. А коли так — надо
двигаться вперед и вперед, смешивать и смешиваться, превращая старый хаос
в новый, снова и снова, и так без конца. Чтобы пудинг стал абсолютно, неоспо-
римо и безвозвратно розовым. Вот и весь сказ. Это называют свободой воли
или самоопределением.6
Таким образом, стрела времени в нашей Вселенной существует, и от этого
никуда не деться . Возможно даже, что это основополагающая характеристика
нашей Вселенной; тот факт, что вещи случаются в таком порядке, как мы при-
выкли их видеть, но не в обратном, неразрывно связан с тем, как мы привыкли
жить в нашем мире . И все же, почему так? Почему мы живем во Вселенной, где
X часто случается после Y, но Y никогда не происходит вслед за X?
Ответ лежит в концепции «энтропии», о которой я упоминал выше . Так
же как энергия и температура, энтропия сообщает нам что-то о текущем со-
стоянии физической системы, и в частности позволяет оценить, насколько
система беспорядочна . У пачки аккуратно сложенных один на другой листов
бумаги низкая энтропия; у той же пачки бумаги, хаотично разбросанной по
столу, энтропия высокая . Энтропия чашки кофе, рядом с которой мы держим
ложку молока, низкая, так как в данной системе существует четкое упорядо-
ченное разделение молекул на «молоко» и «кофе» . После смешивания энтро-
пия этих двух жидкостей становится относительно высокой . Все необратимые
процессы, позволяющие говорить о существовании стрелы времени, — мы
можем превратить яйца в омлет, но невозможно собрать омлет обратно в яйца;
духи распыляются по помещению, но не втягиваются обратно во флакон; ку-
бики льда тают в воде, но в чашках с теплой водой не происходит спонтанного
формирования кубиков льда, — обладают одним общим свойством: энтропия
в них увеличивается, то есть система переходит из упорядоченного состояния
в беспорядочное . Всякий раз, когда мы осмеливаемся побеспокоить Вселенную,
мы увеличиваем ее энтропию .
Одной из основных задач этой книги является объяснение, как такое по-
нятие, как энтропия, связывает в единое целое такой разнородный набор яв-
лений . После этого мы углубимся в выяснение того, что же такое эта самая
«энтропия» и почему она непрерывно увеличивается . Наша конечная цель —
задать себе фундаментальный вопрос, стоящий перед современной физикой:
почему в прошлом энтропия была так низка, что способна с тех пор постоянно
увеличиваться?
46
Часть I . Время, опыт и Вселенная
Будущее и прошлое как верх и низ
Однако в первую очередь нам следует поразмышлять над более глобальным
вопросом: действительно ли стоит удивляться тому, что определенные вещи
происходят во времени в одном направлении, но не в противоположном? Кто
вообще сказал, что порядок следования событий должен быть неизменным?
Давайте думать о времени как о некоторой метке, отмечающей события по
мере того, как они происходят . В этом отношении время подобно простран-
ству — они оба помогают нам находить вещи во Вселенной . Но между време-
нем и пространством существует коренное различие: по своей природе все
направления в пространстве равноправны, тогда как направления во времени
(а именно «прошлое» и «будущее») совершенно непохожи . Здесь, на Земле,
очень просто определять направления в пространстве: компас подсказывает,
движемся мы на север, на юг, на восток или на запад, и ни у кого не возникает
проблем с тем, чтобы сказать, где находится верх, а где низ . Но это не отражение
каких-то глубоких базовых законов природы — все дело в том, что мы живем
на гигантской планете и определяем различные направления относительно нее .
Если бы вы парили в скафандре где-то в открытом космосе, вдалеке от любых
планет, то все направления в пространстве были бы неразличимы: не было бы
предпочтительных направлений «вверх» и «вниз» .
Технически это означает, что законы природы характеризуются симметри-
ей: все направления в пространстве абсолютно равноценны . «Перевернуть
направление» в пространстве достаточно просто — сделайте фотографию
и напечатайте снимок в зеркальном отражении или же просто-напросто по-
смотритесь в зеркало . Чаще всего отражение оказывается совершенно непри-
мечательным . Сразу же напрашивается контрпример — письменный текст;
в этом случае очень легко определить, смотрим мы на нормальное или на пере-
вернутое изображение . Но для письма, как и для Земли, существует предпо-
чтительное направление (вы читаете строчки в этой книге слева направо) .
Однако изображения большинства сцен, в которых отсутствуют человеческие
творения, выглядят одинаково «естественно» как в исходном представлении,
так и в зеркальном отражении .
Попробуем сравнить это со свойствами времени . Эквивалентом зеркаль-
ного отражения картинки (изменения направления в пространстве на обратное)
является «воспроизведение фильма задом наперед» (изменение направления
времени на обратное) . Во втором случае легко догадаться, что направление
времени изменено: необратимые процессы, определяющие стрелу времени,
происходят в другую сторону . Каково же происхождение этого коренного
Глава 2 . Тяжелая рука энтропии
47
различия между пространством и временем? Хотя наличие Земли у нас под
ногами определяет «стрелу пространства», указывая на «верх» и «низ»,
очевидно, что это локальное, ограниченное явление, а не отражение фундамен-
тальных законов природы . Мы можем вообразить себя в космосе, где нет пред-
почтительных направлений . Однако фундаментальные законы природы не
определяют предпочтительное направление и во времени тоже — в этом
смысле оно ничем не отличается от пространства . Если мы ограничим наше
рассмотрение очень простыми системами всего с несколькими движущимися
частями, движение которых отражает базовые законы физики, а не наши за-
путанные локальные условия, то стрела времени исчезнет: мы не сможем сказать,
воспроизводится фильм обычным способом или же его крутят задом наперед .
Вспомните люстру Галилео, спокойно покачивающуюся вперед и назад . Если
бы вам показали съемку этой люстры, то вы не смогли бы определить, в какую
сторону прокручивается кинопленка — движение люстры настолько простое,
что совершенно одинаково выглядит в обоих направлениях во времени .
«
»=«
»
«
»=«
»
Рис . 2 .1 . Земля определяет предпочтительное направление в пространстве, а Большой взрыв
определяет предпочтительное направление во времени
Таким образом, по крайней мере насколько мы можем об этом судить, су-
ществование стрелы времени нельзя считать свойством фундаментальных за-
конов физики . Скорее, аналогично ориентации вверх — вниз в пространстве,
определяемой Землей, предпочтительное направление времени также иллю-
стрирует характеристики нашего окружения . Если речь идет о времени, то мы
говорим не о пространственной близости к какому-то влиятельному объекту —
нет, в этом случае важнейшую роль играет временнáя близость к влиятельному
событию: зарождению Вселенной . Источник нашей обозримой Вселенной —
горячее и плотное состояние, известное под названием Большой взрыв, —
|
48
Часть I . Время, опыт и Вселенная
обладал крайне низкой энтропией . Влияние этого события ориентирует нас
во времени, точно так же, как присутствие Земли ориентирует нас в простран-
стве .