Энтропия и неестественность прогресса
Как глубоко наблюдение, что природа — это дикость: в смысле неокультуренности, неконтролируемости, бурности, фантастичности, варварства и отклонения от нормы?
Энтропия и асимметрия времени
Термодинамическое понятие энтропии может помочь нам понять корни этой дикости, и в своей книге The Big Picture («Большая картина») физик Шон Кэрролл излагает редукционистское объяснение Людвига Больцмана.
«История в деталях» — телеграм канал для тех, кто любит видеть прошлое без прикрас, через неожиданные факты и забытые мелочи. Погружайтесь в историю так, как будто вы там были. Подписывайтесь!
Согласно Кэрроллу:
«Больцман и его коллеги утверждали, что мы можем понимать энтропию как характеристику того, как атомы располагаются в различных системах. Вместо того чтобы рассматривать тепло и энтропию как некие отдельные явления, подчиняющиеся собственным законам природы, мы можем считать их свойствами систем, состоящих из атомов, и выводить соответствующие правила из ньютоновской механики, применимой ко всему во Вселенной. Другими словами, тепло и энтропия — это удобные способы описания поведения атомов.»
Ключевое открытие Больцмана заключалось в том, что, глядя на яйцо или чашку кофе со сливками, мы не видим отдельных атомов и молекул, из которых они состоят. Мы видим лишь некие наблюдаемые макроскопические свойства. Существует множество возможных расположений атомов, дающих в точности ту же самую макроскопическую картину. Эти наблюдаемые свойства являются грубым приближением точного состояния системы.
Исходя из этого, Больцман предположил, что энтропию системы можно отождествить с количеством различных состояний, которые на макроуровне неотличимы от того, в котором система находится на самом деле.
Таким образом, низкая энтропия означает, что существует относительно мало микросостояний, способных дать наблюдаемый порядок, а высокая энтропия — что таких состояний очень много. Например, существует множество комбинаций молекул, которые равномерно перемешивают сливки с кофе по всей чашке, но гораздо меньше таких, в которых вся сливка оказывается сверху, а кофе — снизу.
Кэрролл указывает, что эта теория энтропии редукционистски объясняет стрелу времени Вселенной, если принять, что в далёком прошлом, в момент Большого взрыва, энтропия была чрезвычайно низкой, то есть имел место высокий порядок. В этом случае:
«Причина, по которой энтропия вчера была ниже, чем сегодня, проста: потому что позавчера она была ещё ниже. А это верно потому, что ещё днём ранее она была ещё ниже. Это рассуждение можно продолжать шаг за шагом вплоть до 14 миллиардов лет назад, до самого Большого взрыва. Это, возможно, не было абсолютным началом пространства и времени, но это точно — начало той части Вселенной, которую мы можем наблюдать. Таким образом, происхождение стрелы времени — это экинологическое (в противоположность телеологическому) явление: оно возникает из особого состояния в далёком прошлом (а не в будущем).»
Следовательно, как пишет Кэрролл, «эта изначально низкая энтропия и ответственна за термодинамическую стрелу времени, ту, что говорит, что энтропия была ниже в прошлом и выше в будущем».
Кэрролл экстраполирует из вакуумной энергии пространства — того, что Альберт Эйнштейн называл космологической постоянной — и делает вывод, что Вселенная продолжит расширяться, что
«ведёт к несколько одинокому будущему нашей Вселенной. Сейчас ночное небо наполнено ярко светящимися звёздами и галактиками. Но это не может длиться вечно: звёзды исчерпают своё топливо и в конечном итоге угаснут. Астрономы считают, что последняя тусклая звезда погаснет примерно через 1 квадриллион (10¹⁵) лет. К тому времени другие галактики уже будут очень далеко, и в нашей локальной группе останутся только планеты, мёртвые звёзды и чёрные дыры. Одна за другой, эти планеты и звёзды упадут в чёрные дыры, которые, в свою очередь, сольются в одну сверхмассивную чёрную дыру. В конце концов, как учил Стивен Хокинг, даже эти чёрные дыры испарятся. Примерно через 1 гугол (10¹⁰⁰) лет все чёрные дыры в нашей наблюдаемой Вселенной испарятся в тонкий туман частиц, который будет становиться всё более разреженным по мере продолжения расширения пространства. Конечный результат — это лишь холодное, пустое пространство, которое будет существовать буквально вечно.»
Космологические корни дикости
Согласно современной космологии, энтропия играет ключевую роль в понимании асимметричной структуры Вселенной. Она начинается с высокого порядка и приходит — через долгий процесс энтропийного распада — к состоянию крайнего беспорядка.
Исходя из этого, можно представить четыре сценария:
- Постоянный максимальный порядок (низкая энтропия)
- Постоянный максимальный беспорядок или хаос
- Переход от максимального порядка к хаосу
- Переход от хаоса к максимальному порядку
Фактически, наш сценарий — это (3), по модели Большого взрыва. Сценарий (4) был бы более аристотелевским, телеологическим, в котором всё стремится к совершенству и в конце концов его достигает. Некоторые циклические космологии предполагают, что (3) и (4) связаны, и множество космических систем перетекают одна в другую, начинаясь или с максимального порядка, или с максимального хаоса. Сейчас, во всяком случае, мы находимся в фазе энтропийного распада из сингулярности Большого взрыва — точки максимального порядка.
Сценарий (1) был бы преградой для энтропии, а (2) — препятствием для возникновения порядка.
Теперь, понятие дикости во многом нормативное, и сама наука не делает оценочных суждений. В науке нет предпосылки, что порядок лучше хаоса, например. Тем не менее, именно энтропия — то, что нужно для космической дикости: требуется порядок, который распадается, а не три других сценария.
Иными словами, дикость отличается от хаоса (2). В чистом хаосе невозможно говорить о нормах, потому что нет противопоставления порядка и беспорядка. Сценарии, при которых возможны ценностные суждения, — это (3) и (4), причём (3) можно считать консервативным, а (4) — прогрессивным. В нашей Вселенной, согласно представлению, что порядок лучше, лучшие времена остались в прошлом. Аристотелевский или теистический (4) — прогрессивный, поскольку в нём порядок увеличивается со временем.
Когда мы говорим, что нечто дикое, мы противопоставляем это цивилизованному порядку. Мы, цивилизованные люди, стараемся соответствовать моральным ожиданиям, которым нет места в природе, за пределами границ наших обществ. Природа дика тем, что каждая природная система — это распад порядка. Но чтобы порядок был извращён, он должен сначала существовать. Каждый дюйм пространства во Вселенной — это часть мрачного шествия к максимизации беспорядка. То есть всё ещё пока обладает порядком лишь в той степени, чтобы он мог быть подорван энтропией — все системы со временем распадаются.
Аристотель ошибся, потому что перенёс категории цивилизации на природу, не оценив её дикости. Он утверждал, что всё стремится к некой финальной причине согласно своей форме. Но мы должны перевернуть полюса естественных процессов и признать, что стремление к порядку (гомеостаз, метаболизм или реализация религиозного, политического либо культурного идеала) — это аномалия. Нормой является подрыв форм.
Этот процесс кажется нам чрезвычайно творческим, ведь Вселенная полна упорядоченных конструкций. Но каждая из них — от молекул до галактик — находится в процессе максимизации беспорядка, а не порядка. Самая высокая и продуктивная организация во Вселенной существовала лишь в одной точке — в событии Большого взрыва. Всё, что происходило после — это относительные разрушения и распады. Есть порядок и в дикости (варварской, разрушительной), и в прогрессизме (цивилизованном, созидательном), но полюса противоположны. В сценарии (4) Вселенная постепенно строит организованные состояния из хаоса, но это противоположно той Вселенной, в которой живём мы.
Организмы стремятся противостоять энтропии, поддерживая целостность своих тел за счёт использования свободной энергии. А личности, как мы, поднимают это восстание на более высокий уровень, стремясь сохранить не только биологические, но и культурные формы. В искусственных пространствах цивилизации реализуется что-то вроде сценария (4), ведь мы стремимся к идеальным психологическим и социальным структурам. Но за пределами этих границ царит энтропия — а это, в космологическом смысле, означает, что природа создаёт всё больше беспорядка со временем, подрывая изначальную точку максимального порядка — Большой взрыв.
Дикость природы — это не просто то, что Вселенная не подчиняется человеческим моральным стандартам. Она в том, что Вселенная, похоже, создаёт все возможные физические формы суб-порядка лишь затем, чтобы их подорвать. Коллапс той, возможно, сверхъестественной точки максимального порядка привёл к эволюции и усложнению всех молекул, звёзд, планет, живых видов — и кто знает чего ещё. Но этот вид творчества дик, потому что он в конечном итоге дестабилизирует всё, что создаёт — без исключения.
Это «творчество» природы, её дезинтеграция — дьявольски ироничны. С нашей точки зрения, наша Вселенная лучше, чем (2), и, возможно, чем (1) (если только максимальный сверхъестественный порядок не включает в себя все природные конструкции, включая нас). Ведь в нашей Вселенной хотя бы создаётся разнообразие. Но мы бы предпочли сценарий (4) сценарию (3), ведь нам хочется, чтобы порядок в конце концов победил. Энтропийная структура природы метафизически дика, поскольку она противостоит этому цивилизованному желанию.
Так что называть природу «дикой» — это не произвольное оценочное суждение. Это суждение укоренено в космологической асимметрии Вселенной.