Маркус дю Сотой - О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний

Но если иметь полную информацию обо всех атомах и фотонах, содержащихся в таком костре, то теоретически можно запустить процесс сгорания в обратную сторону и восстановить информацию, содержавшуюся в журналах. На практике это, разумеется, было бы чрезвычайно сложно, но наука утверждает, что в этом процессе нет ничего необратимого. Законы физики работают в обе стороны.

Существование черных дыр ставит эту идею под сомнение. Если бросить один из журналов в одну черную дыру, а другой – в другую черную дыру, невозможно будет установить, в какую из черных дыр попал тот или другой журнал. Черные дыры кажутся абсолютным шредером, в котором информация действительно может быть утрачена навсегда.

Черные дыры представляют особенный интерес с точки зрения моих поисков того, чего мы знать не можем, потому что, когда что-нибудь исчезает внутри горизонта событий – границы, за которую не может выйти свет, – информация о том, что пересекло такой горизонт, судя по всему, утрачивается. Если я возьму игральную кость, которая сопровождает меня в поисках того, чего мы не можем знать, и брошу ее в черную дыру, то после того, как она пересечет горизонт событий, я, по-видимому, не смогу узнать, какой стороной она там упадет. С той стороны может стоять стол, на котором на этой кости выпадет шестерка. Некто, находящийся по ту сторону горизонта событий, может увидеть этот результат, но никогда не сможет сообщить о нем, так как все находящееся там заключено в ловушку.

Согласно общей теории относительности, наблюдая черную дыру извне, можно узнать лишь ее массу, угловой момент и электрический заряд. Вся прочая информация утрачена. Эта ситуация известна под ироническим названием «теоремы об отсутствии волос» – считается, что любая другая информация была бы подобна волосам на гладком круглом шаре, представляющем черную дыру. Я могу бросить в черную дыру свою игральную кость, свою виолончель, свои часы, и, как только они пересекут горизонт событий, ничто из внешних свойств такой черной дыры не будет говорить о том, что в нее бросили. Обратить события вспять, чтобы узнать, что именно пересекло горизонт событий, невозможно.

Несмотря на ее название, теорему об отсутствии волос скорее следовало бы считать гипотезой, поскольку неопровержимых доказательств того, что информация действительно утрачивается, нет. Более того, в 1974 г. возникли сомнения в том, насколько горизонт событий скрывает то, что происходит внутри черной дыры. Это связано с тем, что, если верить Стивену Хокингу, черные дыры испаряются.

Бросив игральную кость в черную дыру, по-видимому, невозможно узнать, какой стороной она упадет. По крайней мере, многие полагали, что именно таким должно быть следствие такой концентрации искривленного массой пространства-времени. Но, когда Хокинг применил к черным дырам второе начало термодинамики, оказалось, что эти дыры не столь черны, как предполагалось изначально.

Второе начало термодинамики утверждает, что мы движемся от высокоупорядоченной Вселенной ко Вселенной, содержащей беспорядок. При этом изменяется величина, называемая энтропией системы. Энтропия есть мера беспорядка. По существу, она определяет число различных возможных сценариев реализации данного состояния и тем самым оказывается мерой его вероятности. И второе начало термодинамики гласит, что энтропия Вселенной возрастает.

Вот классический пример увеличения энтропии: рассмотрим газ, заключенный внутри сосуда. Если весь газ сконцентрирован в одном из углов сосуда (предположим, он был сжат внутренними стенками, которые потом убрали), то он со временем распространится по всему его объему. Энтропия определяет число возможных сценариев реализации такого распределения газа. Пока газ заключен в одном из углов, число таких сценариев меньше, чем после исчезновения стенок и распространения газа по всему сосуду. Энтропия возрастает с ростом числа возможных сценариев. Вначале энтропия мала, но впоследствии она увеличивается.

Также можно рассмотреть бытовой пример яйца, которое падает со стола и разбивается об пол. Высокоупорядоченное яйцо превращается в разбросанную массу осколков скорлупы. Разбитую скорлупу можно расположить множеством разных способов, помимо единственного исходного состояния, в котором целая скорлупа окружала яйцо. Если посмотреть видеозапись этого события, проигранную в прямом и обратном направлении, совершенно очевидно, какой из вариантов соответствует реальному течению времени. Увеличение энтропии определяет направление оси времени.