Вечная проблема времени: Куда направлена стрела
Законы физики, описывающие самые различные явления природы, от движения тел до поведения электрического заряда, обладают временнóй инвариантностью (Т-симметричны). Иначе говоря, если мы мысленно обратим ось времени вспять, все формулы и уравнения классической и квантовой механики, электродинамики и теории относительности будут по-прежнему соблюдаться (разве что некоторые величины изменят знак на противоположный).
Казалось бы, физике все равно, в какую сторону течет время — всей, кроме термодинамики, одно из начал которой постулирует: энтропия изолированной системы не может убывать. Это прекрасно согласуется и с нашим повседневным опытом: хаос нарастает. Время течет только в одну сторону, и вряд ли кому-либо из людей доводилось наблюдать, как тепло передается от холодильника поставленной в него бутылке теплой воды, нагревая ее, или как разбитый бокал снова складывается в целый. Почему же остальные физические законы так «безразличны» к тому, куда течет время процессов, которые они описывают?
Этот сложнейший парадокс был описан еще в конце XIX в. Иоганном Лошмидтом, и с тех пор ученые то и дело предлагают разные способы разрешить его. С собственным — и довольно интересным — решением выступил недавно физик-теоретик Лоренцо Макконе (Lorenzo Maccone).
С помощью остроумных выкладок, базирующихся на формулах квантовой механики, Макконе показал, что энтропия может не только возрастать или оставаться постоянной, но и убывать — однако в этом случае процесс не оставит о себе совершенно никакой информации. Соответственно, для любого постороннего наблюдателя (и для всей остальной Вселенной) такого процесса как бы нет и вовсе. Иначе говоря, Макконе свел Второе начало термодинамики (одна из формулировок которого так и звучит, «энтропия изолированной системы не может убывать») к довольно парадоксальному утверждению, что случаев, когда энтропия убывает, мы в принципе не в состоянии ни зафиксировать, ни изучить (кроме как «на бумаге»), поскольку никакой информации о них не остается.
Чтобы проиллюстрировать свою мысль, Лоренцо Макконе предложил такой мысленный эксперимент. Представим, что Боб посылает Алисе (нашим читателям эти популярные персонажи должны быть знакомы по заметке об идеальной зашифрованной сети «Полная секретность» и статье о возможности распространения быстрее скорости света: «Страсть на расстоянии») — Боб посылает Алисе информацию в виде отдельной частицы. Алиса может «считать» эту информацию, скажем, измерив спин полученной частицы, при этом «разрушив» неопределенность ее квантового состояния. В системе «Алиса» энтропия возрастет, а в системе «Боб — Алиса» не изменится.
Чтобы уменьшить энтропию и вернуть все к первоначальному положению, Бобу понадобится «вернуть» неопределенность и частице — включая уничтожение считанной Алисой информации, записных книжек, где она делала пометки о результатах измерений и так далее (вспомним, что эксперимент — мысленный). В системе «Боб — Алиса» энтропия, опять же, останется прежней, а вот в системе «Алиса» она уменьшится. При этом в рамках системы «Алиса» не останется никакой информации об этом событии — ведь это и было одним из условий задачи, стоявшей перед Бобом!
Теперь представим, что в роли Алисы выступает Вселенная. В этом случае (при участии некоторого умозрительного Боба) могут происходить и те события, которые идут к уменьшению энтропии — однако ни мы, ни Вселенная этого не заметим. Такая идея, впрочем, позволяет разрешить парадокс с обратимостью оси времени: теперь ничто не запрещает ему течь в том или другом направлении (ничуть не противореча «Т-симметричным» законам физики), только обратное течение в принципе не может быть наблюдаемо (в соответствии с «Т-несимметричными» законами термодинамики).
По публикации Physorg.Com