Ричард Мюллер - Сейчас. Физика времени

Умственную энтропию почти невозможно определить словами, хотя попытаться можно, используя методы, разработанные Клодом Шенноном [155]для описания энтропии информации. Следует отметить, что за последние годы в этой области проделана огромная работа, в результате чего появилась даже новая теория – теория информации. Она имеет много общего с теорией энтропии физического мира, и в обеих применяются одни и те же теоремы. Энтропия информации содержит много парадоксов. Сколько информации заключено в числе 3,1415926535…? Бесконечное множество или столько, сколько содержится в символе π?

Несмотря на эти сходства, я считаю модель, при которой стрела времени определяется энтропией информации, гораздо более приемлемой, чем та, в которой действует теория энтропии Эддингтона. Чего нам не удалось достичь – так это даже оценить информационную энтропию человеческого мозга, а также понять, увеличивается она с течением времени или уменьшается. (Если эта энтропия превращает набор нулевых бит в смесь единиц и нулей, тогда нельзя исключать, что память – это увеличение энтропии.) Наша память, безусловно, постоянно реорганизуется, и мы все время стараемся воспринять самое главное и научиться ему. Однако никто еще не изобрел действенного способа измерения важности информации, и скорее всего, это-то и будет ключом к тому, чтобы сделать эту теорию подлинно жизнеспособной.

Многие объекты в нашей Вселенной воспринимаются как уже существующие или почти сформировавшиеся черные дыры. Они включают в себя «небольшие» объекты, которые в этом контексте, как считается, всего лишь в несколько раз тяжелее Солнца (такие размеры приняты как малые только в астрономии), и довольно большие объекты – массивные черные дыры в центрах галактик, которые весят (разумеется, этот глагол используется здесь метафорически) как миллион, а то и миллиард солнечных масс.

Бросьте что-нибудь в черную дыру, и этот предмет никогда не вернется. Вещи падают туда, а не обратно. Недавнее теоретическое предсказание, что черные дыры могут испускать какое-то излучение, не изменяет этой асимметрии. Для большинства массивных черных дыр такое излучение настолько незначительно, что им просто можно пренебречь. К тому же оно исходит не с поверхности самой черной дыры, а из районов, которые несколько отстоят от нее. Так что, наблюдая падение объектов в черные дыры, можно определять направление стрелы времени .

В течение многих лет Стивен Хокинг считал, что падение объектов в черную дыру нарушало второй закон (начало) термодинамики. Причиной было то, что любой объект, оказывающийся там, фактически исчезает из Вселенной, унося с собой свою энтропию и заставляя энтропию Вселенной казаться уменьшающейся. Я никогда не находил этот аргумент убедительным: для него не нужен пример черной дыры, поскольку если фотон улетает в бесконечность, это тоже приводит к потере энтропии в наблюдаемой Вселенной. (Вы больше никогда с этим фотоном не встретитесь.) В конце концов Хокинг изменил свою точку зрения. Его ученик Яаков Бекенштейн убедил учителя, что черные дыры сами содержат энтропию и, когда в них нечто попадает, их энтропия увеличивается. Таким образом (когда вы включаете этот компонент в рассуждения), энтропия Вселенной все-таки увеличивается, и второй закон оказывается спасенным.

Так что же все-таки относительно стрелы черной дыры ? Она не выдерживает тщательного анализа. Главная причина в том, что любой объект, измеренный в системе отсчета Земли, а не черной дыры, никогда ее не достигнет. Я говорил об этом в главе 7. Так что в пределах любого конечного промежутка времени (измеренного в системе отсчета Земли) объект, падающий в черную дыру, скорее всего, может вернуться.

Такая возможность избежать падения формализуется постулированием существования белых дыр. Это повернутая во времени вспять дыра черная. Согласно уравнениям общей теории относительности, они действительно могут существовать. Но существуют ли? Насколько мы знаем, нет. Но возможность их реальности показывает, что в уравнениях черных дыр нет изначальной асимметрии времени – во всяком случае, в нашей собственной СО. И эта система отсчета остается такой, в которой направление стрелы времени – загадка.

Небольшая нестыковка, случившаяся в классической теории электромагнетизма, в начале 1900-х годов послужила причиной спора между Вальтером Ритцем [156], видным швейцарским физиком, и Альбертом Эйнштейном. Спор возник по поводу известного факта, что колебания электрона порождают электромагнитные волны. Это то, что мы делаем с радиоантенной: заставляем электроны передвигаться взад-вперед по куску проволоки, и в процессе этого движения возникают радиоволны. Если смотреть на микроскопическом уровне, то любой горячий объект (например, разогретая вольфрамовая нить в электрической лампочке) наполнен горячими электронами, которые колеблются с большой частотой. Этим и объясняется то, что объекты светятся ярко-красным или даже белым светом. Колеблющиеся электроны генерируют высокочастотные электромагнитные волны, которые мы называем видимым светом.