Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Эта цепочка событий, сильно идеализированная и упрощенная разумеется, показывает, как звезда — островок низкой энтропии, островок порядка — может образоваться спонтанно, хотя никакой инженер не управляет этим процессом и хотя второе начало термодинамики с его утверждением о непрерывном росте суммарной энтропии продолжает вовсю действовать. По сравнению с паровой машиной космический механизм довольно странный, однако то, что мы обнаружили, — это еще один пример энтропийного тустепа. Примерно как паровая машина и окружающая ее среда участвуют в термодинамическом танце (паровая машина выпускает излишек теплоты, что приводит к снижению энтропии, тогда как среда впитывает эту теплоту и повышает свою энтропию), так и газовое облако с гравитацией (облако достаточно большое, чтобы гравитация в нем играла существенную роль) исполняют аналогичное па-де-де. По мере того как ядро такого газового облака сжимается под действием тяготения, его энтропия снижается, но при этом оно высвобождает теплоту, под действием которого энтропия окружения возрастает. Возникает локальная область порядка в среде, которая переживает более значительный прирост беспорядка.

Новой чертой гравитационной версии энтропийного тустепа является то, что процесс этот самоподдерживающийся. По мере того как газовое облако сжимается и испускает теплоту, его температура растет, заставляя еще больше теплоты уходить наружу и обеспечивая продолжение танца. Напротив, когда паровая машина выполняет работу и испускает теплоту, ее температура падает. Без сжигания дополнительного топлива, способного вновь разогреть пар, машина останавливается. Вот почему для конструирования, постройки и поддержания работы паровой машины необходим разум, тогда как область порядка, созданную сжимающимся облаком газа, — звезду — лепит и заставляет работать неразумная гравитация.

Подведем некоторые итоги.

Если влияние гравитации минимально, второе начало толкает систему к однородности, объекты распределяются, энергия рассеивается, энтропия возрастает. И если бы это было все, то история Вселенной, от начала до конца, оказалась бы банальной. Но, если материи имеется достаточно, чтобы влияние гравитации стало значимым, второе начало радикально меняет курс и толкает систему прочь от однородности. Материя образует сгустки в одних местах и распределяется однородно в других. Энергия концентрируется в одних местах и рассеивается в других. Энтропия снижается в одних местах и повышается в других. Таким образом, способ, посредством которого выполняется директива второго начала, существенно зависит от силы тяготения. Когда тяготение достаточно — имеется необходимое количество существенно сконцентрированного вещества, — могут формироваться упорядоченные структуры. С учетом этого история развертывания Вселенной становится намного богаче.

Как уже описано, ведущую роль в этом процессе играет сила всемирного тяготения — гравитация. В сравнении с ней действие ядерной силы, ответственной за синтез, представляется откровенно вторичным. Ее работа, на первый взгляд, ограничивается вмешательством: именно ядерный синтез обеспечивает внутреннее давление, способное остановить коллапс под действием гравитации. Приблизительный итог, который ученые обычно озвучивают, таков: именно гравитация в конечном счете является источником любой структуры в космосе; роль ядерного взаимодействия при этом даже не упоминается. Но более честная оценка такова: существует равноправное партнерство между гравитацией и ядерным взаимодействием, когда они работают в паре ради выполнения программы второго начала.

Дело в том, что ядерное взаимодействие тоже участвует в энтропийном танце. При слиянии атомных ядер — как происходит в недрах Солнца, где ядра водорода сливаются в ядро гелия миллиарды и миллиарды раз в секунду, — результатом становится более сложный, более хитроумно организованный низкоэнтропийный атомный кластер. В ходе этого процесса некоторая часть массы первоначальных ядер превращается в энергию (как предписывает формула Е = ше2), в основном в виде пучка фотонов, которые разогревают внутренность звезды и обеспечивают излучение света с ее поверхности. И именно при помощи этого раскаленного свечения, которое само представляет собой поток улетающих вовне фотонов, звезда отдает избыточную энтропию окружающей среде. В самом деле, примерно как мы обнаружили в случаях с паровой машиной и сжимающимся газовым облаком, рост энтропии среды более чем компенсирует снижение энтропии благодаря ядру с идущими в нем процессами синтеза и гарантирует, что суммарная энтропия растет, — и истинность второго начала не страдает.