Вечность. В поисках окончательной теории времени - Шон Кэрролл

Проблема такого минималистского подхода в том, что он предлагает не слишком много, а слишком мало инструментов для предсказания событий, которые могут или не могут случиться во Вселенной. Статистическая механика полагается на принцип безразличия — предположение о том, что все микросостояния, соответствующие нашему текущему макросостоянию, одинаково вероятны, по крайней мере если речь идет о предсказании будущего. По сути, это и есть предположение о типичности: наше микросостояние, скорее всего, представляет собой типичную составляющую нашего макросостояния. Если у нас нет возможности делать подобные предположения, то любые виды статистической аргументации нам также недоступны. Мы не можем утверждать, что кубик льда растает в стакане теплой воды, потому что в вечной Вселенной время от времени встречаются периоды, когда происходит ровно противоположное. Похоже, в своем беспокойстве о типичности мы зашли слишком далеко.

Вместо этого нам следует ставить себе целью некое разумное среднее. Претензия на то, чтобы называть себя типичными среди множества наблюдателей во Вселенной, слишком дерзка, так как содержит очень сильное заявление о состоянии множества фрагментов Вселенной, которых мы даже никогда не видели. Тем не менее мы можем смело заявлять, что мы — типичные представители наблюдателей, в точности подобных нам, то есть наблюдателей с такой же, как у нас, базовой физиологией и тем же набором воспоминаний, а также аналогичным, в первом приближении, опытом жизни во Вселенной.[197] Такое предположение не позволяет делать никакие необоснованные выводы о возможном существовании других видов разумных существ где-то еще во Вселенной. Но его более чем достаточно, чтобы опровергнуть сценарий Больцмана—Лукреция. Если Вселенная колеблется вокруг теплового равновесия на протяжении вечности, то появляться в полном одиночестве из окружающего хаоса будет не просто большинство наблюдателей; точно так же от хаоса будет отпочковываться подмножество наблюдателей, обладающих в точности такими же характеристиками, как у меня или у вас, в том числе c нашими предполагаемыми воспоминаниями о прошлом. Подобные воспоминания будут в большинстве случаев ложными, и флуктуация в описываемые ими условия очень маловероятна, но более вероятна, чем флуктуация, порождающая целую Вселенную. Даже этого минимально необходимого условия для выполнения статистических рассуждений: мы выбраны случайным образом из множества всех наблюдателей, в точности идентичных нам, — более чем достаточно, чтобы отмести сценарий Больцмана—Лукреция.

Наблюдаемая нами Вселенная не флуктуация, вернее, она как минимум не может быть статистической флуктуацией в вечной Вселенной, которая большую часть времени проводит в равновесии. Итак, мы поняли, чем наша Вселенная не является. Что же она тогда такое на самом деле, нам еще предстоит выяснить.

Вечером 5 сентября 1906 года Людвиг Больцман взял кусок шнура, привязал его к карнизу в гостиничном номере в Италии, куда он приехал на отдых с семьей, и повесился. Тело было обнаружено его дочерью Эммой, когда она тем вечером вернулась в гостиницу. Больцману было шестьдесят два года.

Причины самоубийства Больцмана по сей день остаются неясными. Некоторые предполагают, что он был подавлен вследствие непопулярности его идей, связанных с атомной теорией. Тем не менее, хотя многие немецкие ученые того времени к атомной теории действительно относились скептически, кинетическая теория превратилась в общемировой стандарт, и статус Больцмана как крупнейшего ученого не ставился под сомнение ни в Австрии, ни в Германии. Больцман страдал от проблем со здоровьем и был склонен к приступам депрессии; до этого он уже совершал попытки самоубийства.

Однако его депрессия носила перемежающийся характер; всего лишь за несколько месяцев до смерти он написал и разослал друзьям увлекательный и полный энтузиазма отчет о совершенной годом ранее поездке в Америку с целью прочесть лекцию в Калифорнийском университете в Беркли. Больцман называл Калифорнию «Эльдорадо», но находил американскую воду непригодной для питья, поэтому пил только пиво и вино. Это вызывало определенные сложности, так как в то время в Америке было очень сильно движение трезвенников, и в Беркли, в частности, было не купить алкогольных напитков. В своем отчете Больцман припоминает множество попыток тайком пронести вино в разные заведения, где оно было запрещено.[198] Мы, вероятно, так никогда и не узнаем, какая комбинация слабого здоровья, депрессии и научных противоречий подтолкнула его сделать последний шаг.

Что касается вопроса существования атомов и их пригодности для понимания свойств макроскопических объектов, то все оставшиеся сомнения в правоте Больцмана были развеяны вскоре после его смерти. В одной из своих работ, сделанных в его «чудесном» 1905 году, Альберт Эйнштейн объясняет броуновское движение (кажущиеся случайными перемещения крохотных частиц, находящихся в воздухе) в терминах столкновений с отдельными атомами; этому труду удалось одержать победу над скептицизмом, оставшимся в кругах физиков.

Разумеется, нам еще предстоит дать ответы на множество вопросов о природе энтропии и втором начале термодинамики. Когда речь заходит об объяснении низкой энтропии ранней Вселенной, мы не можем сказать «Больцман был прав», так как он предложил целый набор разнообразных возможностей, так и не выбрав среди них единственный, по его мнению, верный вариант. Однако он определил направления дальнейших дискуссий и споров, и мы все еще скрещиваем копья над вопросами, над которыми он ломал голову более века назад.

Многие из тех, кто в университете прослушал начальный курс физики, могут не согласиться с заявлением о том, что ньютоновскую механику мы понимаем на интуитивном уровне. Единственная ассоциация, которую вызывает у них этот предмет, — это безумная карусель блоков, векторов и наклонных плоскостей, и им никогда бы даже в голову не пришло назвать его «интуитивно понятным».