Вселенная Стивена Хокинга. Три книги о пространстве и времени

Словарь терминов
Абсолютный нуль – самая низкая возможная температура, при которой вещество не обладает тепловой энергией.
Античастица. У каждой частицы вещества есть соответствующая античастица. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия.
Антропный принцип. Мы видим Вселенную такой, какова она есть, потому что нас не было бы здесь, если бы она была иной, и мы бы не могли ее наблюдать.
Атом – основная частица обычного вещества. Состоит из крошечного ядра (из протонов и нейтронов), окруженного обращающимися вокруг него электронами.
Белый карлик – устойчивая и холодная [по меркам звездных температур] звезда, равновесие которой поддерживается благодаря отталкиванию электронов, вызванному принципом запрета Паули.
Большое сжатие – сингулярность в конце существования Вселенной.
Большой взрыв – сингулярность в момент возникновения Вселенной.
Вес – сила, с которой на тело действует гравитационное поле. Вес тела пропорционален массе тела, но они не тождественны.
Виртуальная частица. В квантовой механике это частица, которую невозможно зарегистрировать непосредственно, но существование которой имеет измеримые проявления.
Гамма-излучение – электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, испускаемое при радиоактивном распаде и столкновениях элементарных частиц.
Геодезическая – самый короткий (или самый длинный) путь между двумя точками.
Голая сингулярность – сингулярность в пространстве-времени, не расположенная внутри черной дыры, то есть не скрытая горизонтом событий.
Горизонт событий – граница черной дыры.
Длина волны – расстояние между двумя соседними впадинами или между двумя соседними гребнями волны.
Дуализм – соответствие между внешне разными теориями, которые приводят к идентичным физическим результатам.
Закон сохранения энергии – закон природы, согласно которому энергия (или ее массовый эквивалент) не может ни создаваться, ни уничтожаться.
Квант – минимальная порция волны, которая может участвовать в излучении или поглощении.
Квантовая механика – теория, разработанная на основе квантовомеханического принципа Планка и принципа неопределенности Гейзенберга.
Квантовая хромодинамика (КХД) – теория, описывающая взаимодействие кварков и глюонов.
Квантовомеханический принцип Планка состоит в том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться или поглощаться только дискретными порциями – квантами – с энергией, пропорциональной их частоте.
Кварк – [заряженная] элементарная частица, участвующая в сильном взаимодействии. Каждый протон и нейтрон состоит из трех кварков.
Координаты – числа, задающие положение точки в пространстве и во времени.
Корпускулярно-волновой дуализм – принцип квантовой механики, согласно которому не существует различия между частицами и волнами – частицы могут иногда вести себя как волны, а волны – как частицы.
Космологическая постоянная – математическое ухищрение, использованное Эйнштейном для объяснения тенденции пространства-времени к расширению.
Космология – наука, которая занимается изучением Вселенной как целого.
Красное смещение – вызванное эффектом Доплера покраснение света, испускаемого удаляющейся от нас звездой.
Кротовая нора – тонкая трубка в пространстве-времени, соединяющая удаленные друг от друга области Вселенной. Кротовые норы также могут обеспечивать связь с параллельными или дочерними вселенными и возможность путешествий во времени[46].
Магнитное поле – поле, ответственное за магнитное взаимодействие. Сейчас магнитное поле и электрическое поле рассматриваются как части единого электромагнитного поля[47].
Масса – мера количества содержащегося в теле вещества. Является мерой инерции тела, или степени его сопротивления ускорению.
Мнимое время – время, измеряемое комплексными числами.
Мост Эйнштейна – Розена – тонкая трубка в пространстве-времени, соединяющая две черные дыры. См. также: Кротовая нора.
Нейтрино – чрезвычайно легкая (возможно, не имеющая массы покоя[48]) элементарная частица вещества, участвующая только в слабых и гравитационных взаимодействиях.
Нейтрон – незаряженная частица, очень близкая по свойствам к протону. Нейтроны, как правило, составляют немногим более половины частиц, входящих в состав большинства атомных ядер.
Нейтронная звезда – компактная звезда, удерживаемая от сжатия за счет отталкивания нейтронов, обусловленного принципом запрета Паули.
Общая теория относительности (ОТО) – теория, созданная Эйнштейном и основанная на предположении, что законы природы должны быть одинаковы для всех наблюдателей независимо от того, как они движутся. В ОТО гравитационное взаимодействие объясняется через искривление четырехмерного пространства-времени.
Первичная черная дыра – черная дыра, возникшая на очень ранней стадии развития Вселенной.
Позитрон – (положительно заряженная) античастица электрона.
Поле – нечто, существующее во всем пространстве-времени, в отличие от частицы, которая в каждый момент существует только в одной точке.
Предел Чандрасекара – максимально возможная масса устойчивой звезды, выше которой звезда должна сколлапсировать в черную дыру[49].
Принцип запрета Паули. Две одинаковые частицы со спином 1/2 не могут (в пределах, определяемых принципом неопределенности) одновременно иметь одинаковое положение в пространстве и одинаковую скорость.
Принцип неопределенности – сформулированный Гейзенбергом принцип, согласно которому никогда нельзя с одинаковой уверенностью определить положение и скорость частицы; чем точнее известен один из этих параметров, тем с меньшей точностью можно определить другой.
Пропорциональность. «X пропорционально Y» означает, что при умножении Y на какое-либо число X умножается на это же число. Утверждение «X обратно пропорционально Y» означает, что при умножении Y на какое-либо число X делится на это же число.
Пространственное измерение – любое из трех пространственноподобных измерений пространства-времени, то есть любое измерение, кроме временнóго.
Пространство-время – четырехмерное пространство, точки которого соответствуют событиям.
Протон – положительно заряженная частица, очень похожая на нейтрон. Протоны составляют примерно половину всех частиц, входящих в состав ядер большинства атомов.
Пульсар – вращающаяся нейтронная звезда, которая излучает импульсы радиоизлучения через регулярные промежутки времени.
Радар – система, которая определяет положение объектов с помощью радиоимпульсов, измеряя время между излучением импульса и приемом отраженного от объекта сигнала.
Радиоактивность – самопроизвольное превращение атомного ядра одного типа в атомное ядро другого типа.
Световая секунда (световой год) – расстояние, которое свет проходит за одну секунду (за один год).
Световой конус – поверхность в пространстве-времени, образованная возможными направлениями световых лучей, проходящих через данное событие.
Сильное взаимодействие – самое сильное и самое короткодействующее из четырех фундаментальных взаимодействий. Благодаря сильному взаимодействию кварки удерживаются внутри протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны – внутри атомного ядра.
Сингулярность – точка в пространстве-времени, в которой кривизна пространства-времени становится бесконечной.
Слабое ядерное взаимодействие – второе по слабости из четырех фундаментальных взаимодействий. Обладает очень коротким радиусом действия. В слабом взаимодействии участвуют все частицы вещества, но не участвуют частицы-носители взаимодействий.
Событие – точка в пространстве-времени, которая задается положением в пространстве и временем.
Спектр – набор компонент с разными частотами, составляющий волну. Видимую часть солнечного спектра можно наблюдать в виде радуги.
Специальная теория относительности – теория Эйнштейна, в основе которой лежит постулат, согласно которому в отсутствие сил гравитации законы природы должны быть одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей независимо от их скорости.
Спин – внутреннее свойство элементарной частицы, аналогичное вращению вокруг собственной оси, но не совпадающее с этим понятием.
Стационарное состояние – состояние, которое не меняется со временем; так, вращающийся с постоянной скоростью шар находится в стационарном состоянии, потому что, несмотря на вращение, выглядит одинаково в каждый момент.
Темное вещество – вещество в галактиках, скоплениях галактик и, возможно, в пространстве между скоплениями, которое не наблюдается непосредственно, но обнаруживается по гравитационному воздействию. На темное вещество приходится до 90 % массы всего вещества во Вселенной.
Теорема о сингулярности – теорема, в которой доказывается неизбежность существования сингулярности при определенных условиях. В частности, начало Вселенной должно было представлять собой сингулярность.
Теория великого объединения – теория, объединяющая электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.
Теория струн – физическая теория, в которой частицы описываются как волны на струнах. У струн есть длина, но они имеют ничтожно малую протяженность по другим измерениям.
Ускорение – показатель изменения скорости объекта.
Ускоритель частиц – устройство, в котором движущиеся заряженные частицы ускоряются при помощи электромагнитов.
Условие отсутствия границ – гипотеза, согласно которой Вселенная конечна, но не имеет границ (в мнимом времени).
Фаза – для волны – положение в цикле в определенный момент времени; мера того, соответствует ли это положению на гребне, во впадине или в каком-то промежуточном месте.
Реликтовое излучение – излучение, возникшее при свечении горячей ранней Вселенной. Из-за сильного красного смещения наблюдается в настоящее время не в виде света, а как излучение в микроволновом (точнее, миллиметровом) диапазоне.
Фотон – квант света.
Частота – для волны – число полных циклов в секунду.
Черная дыра – область пространства-времени со столь сильным полем тяготения, что ничто, даже свет не может выбраться из нее наружу.
Электрический заряд – свойство частицы, благодаря которому она отталкивает (или притягивает) другие частицы, имеющие заряд того же (или противоположного) знака.
Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие, которое возникает между электрически заряженными частицами. Второе по силе из четырех фундаментальных взаимодействий.
Электрон – частица с отрицательным электрическим зарядом, обращающаяся в атоме вокруг ядра.
Элементарная частица – частица, которая считается неделимой.
Энергия великого объединения – энергия, выше которой, как считается, электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия становятся неразличимыми.
Энергия электрослабого объединения – энергия (около 100 ГэВ), выше которой исчезают различия между электромагнитным и слабым взаимодействиями.
Эффект Казимира – взаимное притяжение между двумя плоскими параллельными металлическими пластинами, размещенными очень близко друг к другу в вакууме. Притяжение возникает из-за уменьшения числа виртуальных фотонов в пространстве между пластинами.
Ядерный синтез – процесс столкновения и слияния двух ядер с образованием одного более тяжелого ядра.
Ядро – центральная часть атома, которая состоит только из протонов и нейтронов, удерживаемых сильным ядерным взаимодействием.

Даже если есть всего одна возможная единая теория, это всего лишь набор правил и уравнений. Что же вдыхает жизнь в уравнения? Из чего рождается Вселенная, которую они описывают? Традиционный научный подход, который состоит в создании математической модели, не может ответить на целый ряд вопросов: почему вообще должна существовать описываемая моделью вселенная? почему Вселенная вообще существует? действительно ли единая теория сама есть причина своего существования? или ей требуется творец? а если так, то оказывает ли он еще какое бы то ни было влияние на Вселенную? и кто создал творца?
До сих пор большинство ученых были слишком заняты построением новых теорий, должных указать, что есть Вселенная, и им совсем некогда было задуматься над вопросом, почему она именно такова. С другой стороны, те, кто должен был смотреть на проблему именно с этого угла, то есть философы, не могли поспеть за прогрессом научных теорий. В XVIII веке философы почитали все знания, включая научные, относящимися к сфере их компетенции и рассуждали о том, было ли у Вселенной начало. Но в XIX и XX веках наука стала слишком сложной для философов – и технически, и математически, – да и для всех, кроме немногих специалистов. Философы так ограничили круг своих интересов, что Людвиг Витгенштейн – самый известный философ XX века – сказал как-то: «Единственное, что остается философии, – это изучение языка». Вот уж действительно, куда все скатилось – от некогда великой традиции, от Аристотеля и Канта!
Но если мы все же построим полную теорию, то она со временем должна стать понятна – если не касаться частностей – всем, не только ученым. И тогда мы – философы, ученые и обычные люди – сможем принять участие в дискуссии о том, почему существует Вселенная и почему существуем мы сами. Если мы найдем ответ на этот вопрос, это ознаменует триумф человеческого разума: ведь мы поймем, чего хочет Бог.

Мы живем в ошеломляющем мире. Мы хотим понять смысл того, что видим вокруг себя, и спросить: какова природа Вселенной? каково наше место в ней? откуда она и мы появились? почему все именно таково, каково есть?
В попытке ответить на эти вопросы мы принимаем некую картину мироздания. Это может быть бесконечная башня из черепах, на которой покоится плоская Земля, а может быть и теория суперструн. Все это теории Вселенной, правда, вторая описана при помощи математических уравнений, она более точная, чем первая. Ни одну из них однако не подкрепляют данные наблюдений: никто никогда не видел гигантской черепахи, несущей на спине Землю, равно как никто не видел и суперструн. И все же «черепаховую» версию нельзя считать хорошей научной теорией, потому что она предрекает, что кто-то таки может упасть с края света. Это не подтверждается нашим опытом, если, конечно, мы не собираемся таким образом объяснить исчезновения людей в Бермудском треугольнике!

Что может означать создание окончательной теории Вселенной? Как мы уже выяснили в первой главе, мы никогда не сможем окончательно убедиться в правильности наших построений, поскольку нельзя получить доказательств. Но если теория непротиворечива с точки зрения математики и все ее предсказания согласуются с наблюдениями, то можно считать ее правильной с некоторой уверенностью. Это ознаменует конец долгой и славной эпохи в истории человечества, отмеченной отчаянными попытками умом объять Вселенную. Создание такой теории также коренным образом изменит представления обычных людей о законах, которые управляют космосом. Во времена Ньютона образованный человек мог получить представление обо всем объеме человеческих знаний, во всяком случае, в общих чертах. Но с тех пор прогресс науки ускорился настолько, что это стало невозможным. Теории постоянно корректируют, чтобы «совместить» их с результатами наблюдений, и поэтому ученые не успевают переосмыслить и упростить новые соображения, чтобы они стали понятными для обычных людей. Нужно быть специалистом, но даже и он может в полной мере осознать лишь небольшую часть научных теорий. К тому же наука развивается столь стремительно, что полученные в школе и университете знания довольно быстро устаревают. Немногие способны поспевать за удаляющимся передним краем познания, а потому большинству ученых приходится посвящать все свое время исследованиям в небольшой научной области. Все прочие имеют очень невнятное представление об их достижениях и том трепете, который они вызывают. С другой стороны, если верить Эддингтону, 70 лет назад лишь два человека понимали общую теорию относительности. Теперь она доступна десяткам тысяч выпускников университетов, и миллионы людей могут сказать, что по крайней мере знакомы с ней. Если полная единая теория будет построена, то ее упрощенное, популярное изложение, которое включат – хотя бы в общих чертах – в школьную программу – это всего лишь вопрос времени. И тогда мы все сможем судить о законах, управляющих Вселенной и ответственных за само наше существование.
Но даже если полная единая теория будет создана, это не значит, что мы в целом сможем предсказывать события. Причин на то две. Во-первых, это ограничения, которые накладывает квантовомеханический принцип неопределенности на нашу способность предсказывать. Обойти его невозможно. Но на практике первое ограничение даже не такое сильное, как второе: мы, скорее всего, не сможем получить точные результаты для уравнений единой теории, за исключением самых простых случаев. (Мы не в состоянии даже выполнить точный расчет движения трех тел в ньютоновской теории тяготения, и сложность задачи растет с увеличением числа задействованных тел и сложности теории.) Мы уже знаем законы, которые управляют поведением вещества во всех условиях, кроме экстремальных. В частности, мы знаем фундаментальные законы, лежащие в основе химии и биологии. И при этом мы пока не можем считать все проблемы в этих областях науки решенными: у нас не очень-то получается предсказывать человеческое поведение на основании математических уравнений! А потому, даже если мы и выведем все фундаментальные законы, потребуется много лет, чтобы справиться с труднейшей интеллектуальной задачей – разработать более совершенные методы аппроксимации, которые позволят делать эффективные предсказания вероятных исходов в сложных реальных ситуациях. Полная непротиворечивая единая теория – это всего лишь первый шаг. Наша цель – полное понимание мира вокруг нас и нашего собственного существования.

Появление квантовой механики помогло осознать, что события невозможно предсказать с абсолютной точностью, что всегда есть некоторая доля неопределенности. Если хотите, можете отнести эту случайность на счет божественного вмешательства, правда, очень странного: нет никаких оснований подозревать, что у божества была хоть какая-то цель. Действительно, если бы такое вмешательство имело место, оно по определению не могло бы быть случайным. В наше время мы полностью исключили третью возможность, пересмотрев цели науки. И главная цель состоит в том, чтобы сформулировать законы, которые позволят предсказывать события с точностью, допускаемой принципом неопределенности.
Вторая возможность – бесконечная последовательность все более совершенных теорий – пребывает в согласии с имеющимся на данный момент опытом. Во многих случаях повышение чувствительности измерений или выполнение наблюдений нового типа приводило к открытию новых явлений, которые не могли быть предсказаны в рамках существующей теории, и для учета этих явлений приходилось создавать новую, более точную теорию. Поэтому неудивительно, если современные теории великого объединения окажутся ошибочными: они постулируют, что между энергией объединения электрослабого взаимодействия, составляющей около 100 ГэВ, и энергией великого объединения, равной примерно миллиону миллиардов [одному квадриллиону] ГэВ, ничего существенного не происходит. Вполне можно ожидать открытия нескольких новых структурных уровней, более фундаментальных, чем кварки и электроны, которые мы сейчас принимаем за «элементарные» частицы.
Но похоже, что гравитация устанавливает предел этой череде «матрешек». Если бы существовала частица с энергией больше так называемой планковской энергии – 10 миллионов миллионов миллионов (единица с девятнадцатью нулями) ГэВ, то ее масса оказалась бы настолько концентрированной, что частица эта отрезала бы себя от остальной Вселенной, образовав микроскопическую черную дыру. Так что, по-видимому, у последовательности все более совершенных теорий должен быть предел, и мы подойдем к нему, исследуя взаимодействия на все более высоких энергиях. А следовательно, некоторая окончательная теория Вселенной должна существовать. Конечно, энергии около сотни ГэВ (тот максимум, который мы можем обеспечить в современных лабораторных экспериментах) далеко отстоят от планковской энергии. Ускорители частиц не позволят преодолеть эту пропасть в обозримом будущем! Между тем события с такими энергиями разворачивались на самых ранних этапах эволюции Вселенной. Думаю, есть все основания надеяться, что исследования ранней Вселенной в совокупности с требованиями математической непротиворечивости позволят создать полную единую теорию еще при жизни некоторых из наших современников. Конечно, если мы не уничтожим себя до того!

Похоже, стало ясно, что жизнь (во всяком случае в том виде, в каком мы ее знаем) может существовать только в таких областях пространства-времени, где одно временно́е и ровно три пространственных измерения не свернуты до малого размера. В этих обстоятельствах можно обратиться к слабому антропному принципу, если удастся доказать, что теория струн как минимум допускает существование таких областей во Вселенной – и, похоже, это действительно так. Во Вселенной вполне могут иметься и другие области, равно как могут существовать и другие вселенные (что бы это ни значило), где все измерения свернуты до малого размера или где насчитывается более четырех почти плоских измерений. Но в таких областях и в таких вселенных не будет разумных существ, которые могли бы наблюдать другое количество эффективных измерений.
Другая проблема состоит в том, что существуют как минимум четыре различные теории струн (одна теория открытых струн и три теории замкнутых струн) и миллионы способов сворачивания лишних измерений, предсказываемых такими теориями. На каком основании следует выбрать ту или иную теорию и способ сворачивания? Одно время казалось, что на этот вопрос нет ответа, и прогресс остановился. Потом, начиная примерно с 1994 года, ученые стали обнаруживать так называемые дуальности: разные теории струн и разные способы сворачивания лишних измерений могли приводить к одинаковым результатам в четырех измерениях. К тому же кроме частиц, занимающих одну точку в пространстве, и струн, представляющих собой линейные объекты, были обнаружены и другие сущности под названием p-браны – двумерные объекты и объекты с бóльшим числом пространственных измерений. (Частицу можно рассматривать как 0-брану, а струну – как 1-брану, но есть также p-браны с числом измерений от p = 2 до p = 9.) Это, похоже, свидетельствует о демократичном характере отношений между теорией супергравитации, теорией струн и теорией p-бран: они, по-видимому, согласуются друг с другом, но при этом ни одна из них не может считаться более фундаментальной, чем другие. Похоже, все они представляют собой разные приближения к некоей более фундаментальной теории, причем применимые в разных ситуациях.
Ученые продолжают поиски этой теории, но пока без особого успеха. Правда, я считаю, что единой формулировки фундаментальной теории, может быть, вообще не существует. Но оснований для такого утверждения у меня не более, чем у Гёделя, показавшего, что невозможно построить арифметику на базе одного набора аксиом. Возможно, здесь действует тот же принцип, что и в картографии: нельзя изобразить поверхность земного шара или поверхность бублика на одной плоской карте – для Земли понадобятся как минимум две, а для бублика – четыре карты, чтобы отобразить все точки. Каждая карта годится только для ограниченной области, но все они где-то перекрывают друг друга. Набор карт гарантирует полное описание поверхности. Быть может, так же нужно действовать и физикам – в разных ситуациях использовать разные формулировки, но при этом две разные формулировки должны находиться в согласии в той области, где обе они применимы. Полный набор разных формулировок может рассматриваться как полная единая теория, хотя она и не может быть выражена при помощи единого набора постулатов.
Но может ли и вправду существовать такая единая теория? Может, мы просто гонимся за миражом? По-видимому, есть три возможности.

• Полная единая теория (или набор перекрывающих друг друга формулировок) действительно существует, и в один прекрасный день мы построим ее, если достаточно умны.
• Безусловной единой теории Вселенной не существует – есть лишь бесконечная последовательность теорий, которые описывают Вселенную с возрастающей точностью.
• Теории Вселенной вообще не существует: невозможно предсказать события точнее некоторого уровня, они случайны и произвольны.

В предыдущих главах я рассказал об общей теории относительности, частной теории гравитации, а также о частных теориях слабого, сильного и электромагнитного взаимодействий. Последние три можно объединить в рамках так называемых теорий великого объединения, которые пока несовершенны: они не учитывают гравитацию и содержат ряд параметров, например отношения масс различных частиц, численные значения которых нельзя предсказать в рамках самой теории, а приходится подбирать, исходя из экспериментальных данных. Главная проблема теории, объединяющей тяготение с другими видами взаимодействий, в том, что общая теория относительности – это классическая теория, то есть она не принимает во внимание принцип неопределенности квантовой механики. При этом другие частные теории существенно зависят от квантовой механики. Следовательно, на первом этапе необходимо интегрировать принцип неопределенности в общую теорию относительности. Как мы уже видели, такое сочетание имеет замечательные следствия, например, что черные дыры совсем не черные, что во Вселенной нет сингулярностей, что она полностью самодостаточна и не имеет границ. Как мы выяснили в седьмой главе, сложность в том, что в соответствии с принципом неопределенности даже «пустое» пространство заполнено парами виртуальных частиц и античастиц. Суммарная энергия этих пар должна быть бесконечна и, следовательно, как указывает знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc2, их масса тоже должна быть бесконечной. Таким образом, их сила тяготения должна свернуть Вселенную до бесконечно малого размера.

Подводя итог: законы природы не делают различий между прямым и обратным направлениями времени. Но существуют как минимум три разные стрелы времени, позволяющие отличить прошлое от будущего: 1) термодинамическая стрела – направление времени, в котором возрастает степень беспорядка; 2) психологическая стрела – направление времени, в соответствии с которым мы помним прошлое, а не будущее; 3) космологическая стрела – направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается. Я показал, что психологическая стрела времени, в сущности, совпадает с термодинамической, а потому обе они направлены в одну сторону. Из принципа отсутствия границ следует наличие четко выраженной термодинамической стрелы времени, потому что Вселенная должна начаться с однородного и упорядоченного состояния. Наблюдаемое нами согласие термодинамической и космологической стрел времени – следствие того, что разумные существа могут существовать только в фазе расширения. Фаза сжатия непригодна для разумной жизни, потому что в ней невозможна четкая термодинамическая стрела.
Благодаря прогрессу человечества в понимании законов макрокосмоса, степень хаоса в котором растет, возник маленький уголок порядка. Если вы запомнили каждое слово в этой книге, значит, в вашу память было записано около двух миллионов единиц информации: степень порядка в мозге увеличилась примерно на два миллиона единиц. Но, читая эту книгу, вы преобразовали не менее тысячи калорий – упорядоченную энергию в виде пищи – в неупорядоченную энергию в форме тепла, которое вы теряете, нагревая воздух посредством конвекции и пота. А это увеличит степень беспорядка Вселенной примерно на двадцать миллионов миллионов миллионов миллионов единиц, то есть Вселенная потеряет приблизительно в десять миллионов миллионов миллионов раз больше, чем обретет ваш мозг. И то при условии, что вы помните абсолютно все сказанное здесь.

Поговорим сначала о термодинамической стреле времени. Второе начало термодинамики есть следствие того, что неупорядоченных состояний всегда больше, чем упорядоченных. Возьмем, например, пазл из множества деталей. Картинка получается только из единственно возможного сочетания фрагментов. С другой стороны, вариантов расположения фрагментов множество, но при этом они составлены беспорядочно и не складываются в осмысленную картину.
Пусть эволюция системы началась из одного из немногих упорядоченных состояний, и система эволюционирует во времени в соответствии с законами природы, ее состояние меняется. Вероятность того, что позднее система окажется в неупорядоченном состоянии, куда выше, чем что в упорядоченном, потому что состояний первого типа больше. Таким образом, если система удовлетворяет начальному условию – высокой степени порядка, – то степень хаоса будет стремиться к росту.
Предположим, что в начальный момент детали пазла находятся в упорядоченном состоянии и составляют картинку. Если коробку с головоломкой встряхнуть, расположение фрагментов изменится, и новое расположение деталей, скорее всего, будет беспорядочным, то есть фрагменты не будут образовывать цельной картины, просто потому что беспорядочных состояний больше. При этом некоторые детали могут все еще составлять какую-то часть пазла. Но чем дольше вы трясете коробку, тем больше вероятность, что эти группы рассыплются и все детали полностью перемешаются – от первоначального изображения не останется ничего. Так что если начальное условие в том, что детали должны образовывать конфигурацию с высокой степенью упорядоченности, то степень их беспорядка со временем, скорее всего, будет возрастать.