Энтропия изолированной системы увеличивается, потому что существует
гораздо больше способов создать высокую энтропию, чем низкую.
По крайней мере, эта формулировка сразу расставляет все по местам . Тем
не менее она основана на принципиально важном допущении о том, что вна-
чале у системы энтропия низкая . Если мы возьмем в качестве примера систему
с высокой энтропией, то она будет находиться в равновесии — в ней вообще
ничего не будет происходить . Слово «вначале» подразумевает асимметрию
направлений времени, давая прошлому преимущество перед будущим . Эта
цепочка рассуждений отсылает нас в самое начало времен, к низкой энтропии
Большого взрыва . По какой-то причине из великого множества способов ском-
поновать все составляющие Вселенной в самом начале был выбран только
один — Вселенная находилась в особой, исключительной конфигурации с низ-
кой энтропией . 
|
Глава 2 . Тяжелая рука энтропии
55
Если отбросить эту оговорку, то не остается сомнений в том, что опреде-
ление понятия энтропии, предложенное Больцманом, стало огромным скачком
вперед в понимании стрелы времени . Однако и у этого скачка была своя цена .
До открытий Больцмана второе начало термодинамики не вызывало сомне-
ний — это был безусловный закон природы . Но у определения энтропии
в терминах атомов есть важное следствие: энтропия не обязательно возрас-
тает даже в замкнутой системе; она всего лишь с большой вероятностью будет
увеличиваться (даже с подавляющей вероятностью, как мы видим, но все же) .
Предположим, у нас есть контейнер с газом, равномерно распределенным по
нему и имеющим состояние с высокой энтропией . Если мы подождем доста-
точно долго, хаотичное движение атомов в конечном итоге приведет к тому,
что все они — всего лишь на мгновение — окажутся вплотную к одной из
стенок контейнера . Это называется статистической флуктуацией . Однако если
вплотную заняться цифрами, то подсчеты покажут, что время, в течение кото-
рого имеет смысл ожидать такого статистического колебания, намного превы-
шает возраст Вселенной . На практике мы вряд ли когда-нибудь застанем по-
добное событие . Тем не менее оно вероятно .
Некоторым людям это не нравилось . Они хотели, чтобы второе начало
термодинамики было совершенно и абсолютно нерушимым, им претил тот
факт, что это всего лишь утверждение, которое «истинно большую часть вре-
мени» . Предположение Больцмана повлекло за собой массу споров и разно-
гласий, однако в наши дни оно общепризнано .
Энтропия и жизнь
Все это очень увлекательно, по крайней мере для физиков . Однако следствия
этих идей выходят далеко за пределы паровых двигателей и чашек кофе . Стре-
ла времени заявляет о своем существовании самыми разными способами: наши
тела с возрастом меняются, мы помним прошлое, а не будущее, следствие
всегда появляется после причины . Оказывается, все эти явления можно отнести
на счет второго начала термодинамики . Энтропия в буквальном смысле обе-
спечивает возможность существования жизни .
Основной источник энергии для жизни на Земле — это солнечный свет .
Как объяснил нам Клаузиус, теплота естественным образом переносится от
горячего объекта (Солнца) к более холодному (Земле) . Однако если бы этим
все и заканчивалось, то довольно скоро два объекта пришли бы в состояние
равновесия друг относительно друга — достигли бы одинаковой температуры .
В действительности так бы и произошло, если бы Солнце занимало все небо,
56
Часть I . Время, опыт и Вселенная
а не было бы для нас небольшим диском с угловым диаметром около одного
градуса . Да, в этом случае мы бы увидели очень грустный мир . Он был бы аб-
солютно непригоден для существования жизни — и не только из-за чрезвы-
чайно высокой температуры, а потому что этот мир был бы статичным . Ничто
никогда не менялось бы в мире, достигшем равновесия .
В реальной Вселенной наша планета не нагревается до температуры Солнца,
потому что Земля непрерывно теряет тепло, излучая его в окружающее косми-
ческое пространство . При этом единственная причина, почему это возможно,
как не преминул бы отметить Клаузиус, заключается в том, что космическое
пространство намного холоднее Земли .14 Таким образом, именно благодаря тому,
что Солнце — это всего лишь горячее пятно на холодном небе, Земля не нагре-
вается без перерыва, а вместо этого впитывает энергию Солнца, преобразует ее
и излучает в космос . В ходе этого процесса, разумеется, энтропия увеличивается;
у фиксированного объема энергии в форме солнечного излучения энтропия на-
много меньше, чем у того же объема энергии в форме излучения Земли .
Этот процесс, в свою очередь, объясняет, почему биосфера Земли — далеко
не статичное место .15 Мы получаем энергию от Солнца, но это не означает, что
она нагревает и нагревает нас, пока мы не достигнем равновесия; солнечная
энергия — это излучение с очень низкой энтропией, поэтому мы можем исполь-
зовать ее для своих нужд, а затем высвобождать, уже в форме излучения с высо-
кой энтропией . Все это возможно исключительно потому, что у Вселенной
в целом и у Солнечной системы в частности в настоящее время относительно
низкая энтропия (а раньше она была еще ниже) . Если бы Вселенная была близка
к температурному равновесию, в ней не происходили бы никакие процессы .
Ничто хорошее не вечно . Наша Вселенная является таким оживленным местом
как раз потому, что энтропии есть куда увеличиваться — до тех пор, пока не будет
достигнуто состояние равновесия, в котором все застопорится . Однако и это
нельзя считать неизбежным . Возможно, энтропия Вселенной будет возрастать
бесконечно . Или, наоборот, в какой-то момент энтропия достигнет максималь-
ного значения и остановится . Последний сценарий известен под названием те-
пловой смерти Вселенной, и предположение о таком конце возникло достаточно
давно, в 1850-х годах, наряду с другими поразительными открытиями в термо-
динамике . Например, Уильям Томсон, лорд Кельвин — британский физик и ин-
женер, сыгравший важную роль в прокладке первого трансатлантического теле-
графного кабеля, в моменты рефлексии размышлял о будущем Вселенной: