Энтропия – одно из тех пугающе глубинных понятий, составляющих основу целых областей физики (в данном случае термодинамики), которое, к сожалению, настолько математическое, что его трудно объяснить простым языком. Но мы попробуем.
Всякий раз, когда я вижу слово “энтропия”, мне хочется заменить его фразой “подсчет количества способов, которыми я могу перестроить сценарий, оставив его в целом неизменным”. Согласен, это слишком громоздко, поэтому придется использовать “энтропию”.
Итак, вы встаете утром в выходной день и решаете, наконец, взяться за грандиозную задачу по уборке своей спальни.
Вы собираете, чистите, складываете и убираете свою одежду. Вы приводите в порядок постель. Вы расправляете простыни, взбиваете подушки. Вы приводите в порядок ящик с нижним бельем.
После нескольких часов работы вы с удовлетворением оглядываете комнату, чтобы полюбоваться своей работой, но уже чувствуете, как в груди зарождается тревога. Вы знаете, что скоро здесь снова будет бардак.
Вы инстинктивно чувствуете это, потому что есть только один-единственный вариант идеального порядка в комнате, где есть место для всего и все лежит на своих местах.
Существует только один способ создать именно такой сценарий – новая уборка. Поскольку вы уже знакомы с этим словом, то можете смело его использовать: можно сказать, что идеально чистая комната обладает очень низкой энтропией.
Давайте внесем некоторый беспорядок. Вы берете один непарный носок и бросаете его в комнате. Вот теперь в комнате беспорядок.
И вы можете дать количественную оценку этому беспорядку. Ваш одинокий носок может лежать на полу. Он может лежать на кровати. Он может наполовину торчать из ящика.
Существует множество способов осуществить этот сценарий – появление одного неубранного носка в комнате – при сохранении общей картины. Энтропия теперь увеличилась.
И тут в комнату врывается собака, или дети, или собака вместе с детьми. Возникает хаос.
Ничего больше не лежит там, где должно лежать, и существует очень ограниченное число способов достичь такого уровня беспорядка.
Энтропия – и разочарование – чрезвычайно высоки
Физики любят использовать энтропию, поскольку она служит удобным способом кодирования информации в системе.
Таким образом, измеряя энтропию – величину, с которой физикам очень удобно работать, – они могут получить представление о количестве информации в системе.
Это относится к любой системе во Вселенной, например к черным дырам.
Начиная с 1981 г. физик Якоб Бекенштейн открыл два замечательных, неочевидных факта о черных дырах и их горизонтах событий.
Во-первых, объем, заключенный в черных дырах, представляет собой абсолютное наибольшее количество энтропии, которым может обладать любой аналогичный по размеру объем во Вселенной.
Другими словами, черные дыры – это сферы с максимальной энтропией. Пусть это усвоится.
То есть, как бы ни была захламлена ваша комната, как бы сильно вы ни увеличивали ее энтропию, вы никогда, никогда не сможете превзойти энтропию черной дыры размером с комнату. Этот факт сразу же должен вызвать ряд тревожных, но интригующих вопросов.
Почему из всех чудесных творений Вселенной природа выбрала именно черные дыры для обладания наибольшей энтропией? Является ли это простым совпадением, или мироздание учит нас чему-то ценному, касающемуся взаимосвязи между квантовой механикой, гравитацией и информацией?
Это чувство беспокойства и волнения должно усилиться, когда вы узнаете второй факт о черных дырах, открытый Бекенштейном. Когда вы добавляете информацию (галактики, туманности, звезды) в черную дыру, то она становится больше.
Само по себе это неудивительно, но черные дыры – и только черные дыры – растут таким образом, что увеличивается пропорционально количеству поступающей в них новой информации только площадь их поверхности, но не объем.
Если взять любую другую систему во Вселенной – звезду, поглощающую планету или вас, поглощающего бутерброд, – то энтропия и суммарная информация объединенной системы (звезда/планета, вы/бутерброд) возрастают. И объем тоже (как у звезды, так и у вас).
Причем объем увеличивается пропорционально увеличению количества поступающей информации (планеты, бутерброда).
Но черные дыры, по какой-то причине, которую мы до сих пор не можем понять, не поддаются этой очевидной картине, основанной на здравом смысле.
Пол М. Саттер — космолог-теоретик, профессор-исследователь в Институте передовых вычислительных наук Университета Стоуни-Брук, Нью-Йорк, США.
Читайте также: Сознание человека может быть побочным эффектом энтропии
