Вся разница между прошлым и будущим может быть сведена к тому единственному факту, что в прошлом энтропия мира была ниже. Почему энтропия была ниже в прошлом?

В этой главе излагается одна идея, позволяющая прийти к возможному ответу на этот вопрос, “если соизволят выслушать мой ответ на этот вопрос и заключающуюся в нем необузданную, возможно, догадку”. Я не уверен, справедлив ли этот ответ, но идея мне очень нравится. Она многое позволяет прояснить.

Каковы бы мы, человеческие существа, ни были, мы остаемся частью природы, фрагментом колоссальной космической фрески, одним из фрагментов среди множества других.

Между нами и всем остальным миром есть определенные физические взаимодействия. Очевидно, далеко не все переменные, описывающие мир, зависят от нас и от той части мира, к которой мы принадлежим. Что-то подобное справедливо будет сказать лишь о мельчайшей части всех этих переменных; большинство же из них не взаимодействуют с нами. Мы для них неведомы, а они неведомы для нас. Поэтому различные конфигурации мира кажутся нам тождественными. Физическое взаимодействие между мной и стаканом воды – двумя фрагментами этого мира – никак не зависит от движения конкретных молекул воды. Точно так же взаимодействие между мной и далекой галактикой – двумя фрагментами этого мира – не позволит мне узнать, что в точности там в ней происходит. Из-за этого наша картина мира размыта. Из-за того что мы слепы ко многим переменным, описывающим взаимодействие между нами и той частью мира, с которой мы соотносимся и которой принадлежим.

Эта размытость лежит в основе теории Больцмана. Из этой размытости рождаются понятия тепла и энтропии, а с этими двумя связаны все явления, ответственные за течение времени. Энтропия системы, в частности, – это прямое проявление размытости картины мира. Энтропия зависит от того, что именно я не вижу, так как этим определяются неразличимые конфигурации. Одна и та же микроскопическая конфигурация может оказаться высокоэнтропийной по отношению к одному способу размытия и низкоэнтропийной – по отношению к другому. А само размытие, в свою очередь, – это отнюдь не ментальная конструкция: она зависит от реального физического взаимодействия, и поэтому энтропия системы зависит от того, в каких физических взаимодействиях эта система участвует.

Зависимость энтропии от того, как именно размывается картина, не означает ее произвольности или субъективности. Это означает, что энтропия относительна, как, например, скорость. Скорость какого-нибудь объекта не зависит только от самого этого объекта: это свойство объекта по отношению к другому объекту. Скорость ребенка, бегущего по вагону поезда, имеет одно значение по отношению к поезду (около одного шага в секунду) и совсем другое по отношению к земле (около сотни километров в час). Если мама закричит ему “Стой!”, это вовсе не будет означать, что она хочет, чтобы он выпрыгнул в окно и остановился относительно земли. Она хочет, чтоб он остановился относительно поезда. Скорость – это свойство одного тела по отношению к другому. Это относительная величина.

Такова же и энтропия. Энтропия А по отношению к В определяется числом различных конфигураций А, что физические взаимодействия между А и В не различают.

Как только этот момент, очень часто оказывающийся причиной всевозможной путаницы, будет прояснен, обнаружится очень соблазнительная разгадка тайны стрелы времени.

Энтропия всего мира не зависит только от конфигурации самого мира, она зависит также от того, как именно размыта картина мира для нас, а значит – от того, каковы те переменные, посредством которых мы, как часть мира, участвуем во взаимодействиях.

Изначальная энтропия мира нам кажется очень низкой. Но дело тут не в самом мире, а в том подмножестве его переменных, посредством которых мы, как физические системы, взаимодействуем. И это в отношении такого драматического размытия картины мира, которую порождает наше с ним взаимодействие, в отношении того крошечного множества переменных, в терминах которых мы описываем мир, энтропия Вселенной оказывается низкой.

Именно это, то есть этот самый настоящий факт, открывает неожиданную возможность: это не Вселенная пребывала в какой-то особой конфигурации в прошлом, это мы сами и наше взаимодействие со Вселенной какие-то особенные. Это мы определяем какие-то особые свойства макроскопического описания. Низкая энтропия Вселенной в момент ее рождения, а потому и стрела времени, обязана своим происхождением нам, а не Вселенной. Такова идея.

Подумайте об одном из самых очевидных и грандиозных явлений – суточном вращении небосвода. И о непосредственной и чудесной характеристике, какую только можно дать Вселенной вокруг нас, – она вращается. Но в самом ли деле это характеристика Вселенной – вращаться? Нет. Прошли тысячелетия, но в конце концов мы все-таки разобрались с вращением небес: мы поняли, что вращаемся сами, а не вся Вселенная. Вращение небес – не более чем своеобразная перспектива, возникающая из-за того, что мы движемся каким-то очень специальным образом, но это вовсе не таинственное свойство динамики Вселенной.

И со стрелой времени должна быть какая-то такая же история. Низкая начальная энтропия Вселенной должна возникать из-за того, что мы – физическая система, частью которой мы являемся, – взаимодействуем со Вселенной каким-то очень специальным образом.

Как же может какая-то особая форма взаимодействия между нами и всем остальным миром оказаться причиной низкого исходного значения энтропии?

Очень просто. Возьмите колоду из двенадцати карт – шесть красных и шесть черных. Разложите карты так, чтобы шесть красных были сверху. Потом немного перетасуйте колоду и посчитайте, сколько черных карт окажется среди первых шести, выложенных сверху. До того как вы перетасовали колоду, не было ни одной. По мере перемешивания их количество растет. Это простейший пример возрастания энтропии. В начале игры число черных карт среди первых шести равнялось нулю (энтропия была низка), потому что игра начиналась с какой-то специальной конфигурации.

А теперь давайте сыграем в другую игру. Перетасуйте карты как вам угодно, потом посмотрите верхние шесть и запомните их. Снова немного перетасуйте, а потом, выложив шесть верхних карт, пересчитайте, сколько среди них отличных от тех шести, которые вы запомнили. Вначале их не было ни одной, потом их количество стало увеличиваться, как и в предыдущем примере, но здесь есть одно принципиальное отличие: изначальная конфигурация карт также была произвольной. Это вы сами объявили ее особой, посмотрев в начале игры, какие карты лежали сверху.

Но почему мы должны оказаться такой физической системой, для которой исходная конфигурация мира была какой-то специальной? Потому что в бескрайних просторах Вселенной бесчисленны физические системы, а способов их взаимодействия еще больше. Среди них в бесконечной игре вероятностей и больших чисел почти наверняка найдется какая-то такая система, что взаимодействует со всей остальной частью Вселенной именно с теми самыми переменными, которые принимали, как оказывается, специальные значения в прошлом.

А то, что в такой огромной Вселенной, как наша, находятся “специальные” подмножества, не так уж и удивительно. Неудивительно, что некто выигрывает в лотерею: каждую неделю находится кто-то, кто выигрывает. Было бы противоестественно думать, что это вся Вселенная находилась в прошлом в невероятно “специальной” конфигурации, но нет ничего противоестественного в мысли, что у Вселенной были какие-то очень “специальные” части.

Если какое-то подмножество Вселенной будет “специальным” в этом особом смысле, тогда для этого подмножества энтропия Вселенной в прошлом низка, справедлив второй закон термодинамики, есть память и следы прошлого, в ней возможна эволюция, жизнь и все такое прочее.

Другими словами, если во Вселенной существует что-то подобное – а мне кажется естественной такая возможность, – то и мы оказываемся частью этого “чего-то”. Здесь “мы” подразумевает множество физических переменных, к которым у нас всех вместе есть доступ, и мы все с их помощью описываем Вселенную.

Но почему мы, собственно, должны принадлежать к одной из этих специальных систем?

По той же самой причине, по которой яблоки, собственно, растут на севере Европы, где люди пьют сидр, в то время как виноград, собственно, растет на юге, где люди пьют вино, или же по той, по которой в стране, где я родился, люди, собственно, говорят на моем родном языке, или по которой согревающее нас Солнце расположено, собственно, на правильном расстоянии – не слишком большом, но и не слишком малом от нас. Во всех этих случаях “странное” совпадение возникает из инверсии причинных связей: это не яблоки растут там, где люди пьют сидр, а люди пьют сидр там, где растут яблоки. Расположим вещи в таком порядке – и странности пропадут.

Подобным же образом в бесконечном разнообразии Вселенной могут случиться такие физические системы, которые взаимодействуют со всем остальным миром посредством очень необычных переменных – тех, что определяют низкую начальную энтропию. По отношению к этим системам энтропия все время возрастает. Только там, и больше нигде, обнаруживаются явления, типичные для потока времени, только там возможны жизнь, эволюция, все наши мысли и наше ощущение текучего времени. Только там есть яблоки, из которых мы можем сделать наш сидр – время. Тот сладкий сок, в котором смешаны и мед, и деготь, знакомый нам под именем “жизнь”.

Занимаясь наукой, мы хотим описывать мир как можно более объективно. Мы стремимся к тому, чтобы исключить искажения и оптические иллюзии, присущие нашей точке зрения. Наука мечтает об объективности. Об общей точке зрения, встав на которую мы сможем достичь согласия.

Это было бы чудесно, но хорошо бы не забывать о точке зрения, откуда ведется наблюдение. В своем стремлении к объективности наука должна помнить, что все наше познание мира ведется изнутри. Есть у нас единственная перспектива, и всякий взгляд на мир лежит внутри нее.

Отдавая себе в этом отчет, мы сможем достичь ясности по многим вопросам. Например, в том, чем отличается географическая карта от изображаемой ею местности. Чтобы сопоставить географическую карту и местность, какой мы ее видим, нам надо добавить принципиально важную информацию: пометить на карте точку, в которой мы сами находимся. Карте о нашем местонахождении ничего не известно, если только это не карта вроде тех, что устанавливают в изображенном на ней месте – например на извилистой горной тропинке – с красной точкой “Вы находитесь здесь”.

Вот уж странная фраза: откуда карте знать, где я нахожусь? Почему бы нам не рассматривать ее в подзорную трубу издалека? Уж скорее на ней следовало бы написать “Я, карта, нахожусь здесь”, и красная стрелка к красной точке. Но и это звучало бы немного странно: с чего бы карте говорить про себя “я”? Можно было бы обойтись не такой претенциозной фразой, чем-то вроде “Эта карта здесь”, и стрелкой к красной точке. Но и в этом тексте есть что-то необычное: он ссылается сам на себя. В чем необычность?

Она в том, что философы называют “индексальностью”. Индексальность – это свойство некоторых особых слов, значение которых изменяется каждый раз, когда они употребляются. Значение оказывается разным в зависимости от того, где, как, когда и кто их произносит. Это такие слова, как “здесь”, “сейчас”, “я”, “это”, “сегодня вечером”, – они принимают различные значения в зависимости от произносящего их субъекта и обстоятельств, в которых они произносятся. “Меня зовут Карло Ровелли” – фраза, содержащая истинное утверждение, если ее произношу я, но она сразу становится ложью, как только ее произносит кто-то другой. “Сейчас 12 сентября 2016 года” – эта фраза содержала истинное утверждение, когда я ее написал, но буквально через несколько часов стала ложной. Такие индексальные (указательные) фразы содержат явную ссылку на то, что существует некая точка зрения, что точка зрения служит ингредиентом всякого описания мира.

Если мы даем такое описание мира, которое игнорирует точку зрения, которое представляет исключительно “взгляд со стороны” – на пространство, время, субъект, – мы многое можем сказать, но теряем при этом некоторые принципиальные аспекты мира. Потому что мир, который нам дан, это мир, видимый изнутри, это не такой мир, на который можно взглянуть “со стороны”.

Очень многое в мире, который мы видим, становится понятным, если мы отдаем себе отчет в существовании точки зрения. Все то же самое невозможно понять, если не отдавать себе в этом отчет. Всякий наш опыт локализован где-то в мире: в уме, в мозгу, в точке пространства, в моменте времени. Эта наша локализация где-то в мире принципиально важна для понимания нашего познания времени. Так что не надо путать временны́е структуры мира, видимого “со стороны”, с аспектами мира, который мы наблюдаем, аспектами, зависящими от того, что мы его часть и расположены где-то внутри него.

Чтобы воспользоваться географической картой, недостаточно просто ее разглядывать, надо знать, где мы находимся в репрезентации, этой картой представленной. Чтобы понять наше восприятие пространства, недостаточно думать о ньютоновском пространстве, надо помнить, что мы видим это пространство изнутри, что мы где-то в нем локализованы. Чтобы понять время, недостаточно думать о нем как о стороннем, надо понимать, как мы в каждое мгновение своего восприятия локализованы во времени.

Мы наблюдаем Вселенную изнутри, взаимодействуя лишь с ничтожной частью бесконечного числа космических переменных. Мы видим ее размытый образ. Эта размытость подразумевает, что та динамика Вселенной, с которой мы взаимодействуем, управляется энтропией, служащей мерой степени размытости. Она служит мерой чего-то, относящегося скорее к нам, чем к космосу.

Универсальный человек в центре космоса. Иллюстрация из Liber Divinorum Operum Хильдегарды Бингенской (1164–1170)

Мы опасно сближаемся сами с собой. Кажется, мы слышим Тиресия, предостерегающего Эдипа: “Остановись! Иль встретишься с собой…”. Или Хильдегарду Бингенскую, искавшую абсолют в XII веке и в итоге поместившую “универсального человека” в центр космоса.

Но прежде чем мы перейдем к этому самому “мы”, нужна еще одна глава, следующая, чтобы проиллюстрировать, как рост энтропии – возможно, всего лишь благодаря явлению перспективы – способен дать начало всей безбрежной феноменологии времени.

Оглянемся и бросим взгляд на проделанный в последних двух главах неровный путь в надежде, что еще не все мои читатели потеряны: на фундаментальном уровне мир представляет собой множество событий, не упорядоченных во времени. В них реализованы связи между физическими переменными, среди которых нет априорно выделенных. Всякая часть мира взаимодействует с малой частью переменных, смысл которых в том, что они определяют “состояние мира по отношению к данной подсистеме”. Для всякой части мира, следовательно, есть неразличимые конфигурации всего остального мира. Они подсчитываются энтропией. Состояния, которым соответствует большее число неразличимых конфигураций, встречаются чаще, и, таким образом, состояния с максимальной энтропией совокупно описывают “весь остальной мир”, каким он видится данной подсистемой. С этими состояниями естественно связывается поток, по отношению к которому они находятся в равновесии. Параметр этого потока – термическое время.

Среди бесчисленных частей мира найдутся такие особенные, для которых у состояний, ассоциированных с одним из концов термического времени, исключительно мало соответствующих им конфигураций. Для этих систем поток времени не симметричен: энтропия возрастает. Это возрастание мы и воспринимаем как течение времени.

Я вовсе не уверен, что изложенная история правдоподобна, но лучшей не знаю. Иначе остается лишь признать как данность наблюдаемый факт, что энтропия была очень низкой в начальный момент жизни нашей Вселенной, и на этом остановиться.

Есть закон ΔS ≥ 0, сформулированный Клаузиусом, – с его расшифровки начал Больцман, служивший нам сейчас провожатым. Потеряв этот закон из виду в поисках фундаментальных законов природы, мы вновь обрели его как эффект перспективы для определенных подсистем. Продолжим дальше с этого места.