Компьютерра - Журнал Компьютерра №711

Обратим внимание! Практическая необходимость совершенствования тепловых машин (а на дворе стоял Век пара) вызвала к жизни цикл Карно, и размышлявший над ним Клаузиус ввел один из наиболее общих принципов описания устройства мироздания - Второе начало термодинамики. Но крайне важное - и практически, и мировоззренчески - понятие энтропии появилось в результате математического описания тепловых машин. Время было такое…

…Совсем недавно бывший официант Этьенн Ленуар (1822-1900) построил первый газовый двигатель, с КПД 4,65% (почти как у паровоза).

Вскоре коммерсант Николаус Август Отто (1832-1891) построит четырехтактный двигатель, которому предстоит породить автомобильную индустрию.

А в 1897 году инженер Рудольф Дизель (1858-1913) построит двигатель, работающий, почти что, по идеальному циклу Карно и так любимый ныне бережливыми европейцами.

Дальше последовали драматические события. Клаузиус распространил понятие энтропии на всю Вселенную, над которой навис призрак тепловой смерти. Клаузиуса за это упрекали в пессимизме "прогрессивные" ученые ХХ века, упускавшие, что дело было не в непонимании немецким физиком разницы между открытыми и закрытыми системами, а в парадигме статичной Вселенной, оказывавшей влияние даже на ранние космологические интерпретации общей теории относительности. (И порождавшей абсолютно странные конструкции типа "творящего поля" английского астрофизика и автора научной фантастики Фреда Хойла…)

Дальнейшее, после Клаузиуса, развитие понятия энтропии связано с именем австрийца Людвига Больцмана (1844-1906).

Автор работ практически по всем областям физики Больцман ввел в 1872 Н-функцию, характеризующую состояние замкнутой макроскопической системы, и показал, что с течением времени Н-функция не может возрастать (Н-теорема). Отождествив Н-функцию с энтропией S (с обратным знаком), Больцман связал энтропию с термодинамической вероятностью W.

Согласно Больцману, S = klnW. Эта формула украшает памятник Больцману в Вене. Еще лучшим памятником служит то, что его имя носит универсальная постоянная k.

А мы отметим пока, что именно в его работах сошлись энтропия и вероятность.

Проникновение этих понятий в научную среду было крайне драматичным. Прежде всего - "тепловая смерть" Вселенной. Для того чтобы представить, как эта концепция воспринималась в годы ее оформления, нужно обратиться к интеллектуальной атмосфере девятнадцатого века. Хоть и начавшийся мясорубкой, учиненной военно-бюрократической машиной Наполеона, век этот оказался временем торжества прогресса.

Девятнадцатый век, казалось, подтверждал воззрения Тюрго, Кондорсе, Канта на развитие общества. Запрещалась морская работорговля, отменялось крепостное право и рабство негров, входили в жизнь пароходы, железные дороги и телеграф. Улучшение освещения - масло в фонарях сменялось газом, а потом и электричеством, - шло рука об руку с внедрением просвещения. Ведшиеся с применением самых совершенных средств истребления Крымская война и Гражданская война в США, казались не предвестием катастроф грядущего, а досадными рецидивами прошлого.

И тут в благолепие прогресса, сияющей дороги к усложнению и счастью, вторглось представление о неубывании хаоса, о ПРЕДСКАЗАННОЙ НАУКОЙ "тепловой смерти" Вселенной. Нет, не о Светопреставлении религий, за которым следует новая жизнь среди новых небес и на новой земле. О научной, ощутимой и безысходной всеобщей гибели, хоть и весьма отдаленной, но абсолютно неминуемой.

Создатель концепции прогресса Тюрго был защитником неравенства, видя в нем основу развития. Тепловая же "смерть" - это триумф равенства, состояние наивысшей энтропии, в котором нет места движению ни в одной из форм, известных науке рубежа позапрошлого и прошлого веков.

И осознавали это не только ученые. Обратимся к чеховской "Чайке".

Вот монолог Нины Заречной в эпизоде с вставной пьесой нарочито плохого литератора: "Люди, львы, орлы и куропатки, рогатые олени, гуси, пауки, молчаливые рыбы, обитавшие в воде, морские звезды и те, которых нельзя было видеть глазом, - словом, все жизни, все жизни, свершив свой печальный круг, угасли… <���…> Холодно, холодно, холодно. Пусто, пусто, пусто. Страшно, страшно, страшно…."

Если перечитать письма Антона Павловича, относящиеся к публикации "Чайки", мы узнаем, что цензуру смущал спокойный взгляд близких на сожительство актрисы и литератора; Театрально-литературный комитет усматривал ненужный "ибсенизм". Но "тепловая смерть", трактуемая, правда, скорее в гностическом духе, не вызывала возражений ни у кого, даже у официальной государственной церкви - видимо, слишком уж была распространена эта концепция.

Но вспомним самоубийство сына К. Э. Циолковского, вызванное, по мнению биографов, ужасом грядущей "тепловой смерти". Ведь действительно, для сторонников материализма, весьма распространенного в интеллектуальных кругах того времени, прекращение молекулярного движения из-за достижения максимума энтропии означало ВСЕОБЩУЮ гибель. Жизнь делалась бессмысленной для человека, склонного к обобщениям и к экстраполяциям.

И смерть самого Людвига Больцмана, первого, кто связал вероятность с энтропией, больного, не вынесшего напряжения борьбы и научных дискуссий, переходящих в дискуссии философские, который, выбрав подходящий случаю сентябрьский день, покончил с собой в местечке Дуино, близ принадлежавшего тогда Австро-Венгрии Триеста.

Введение Ральфом Хартли понятия энтропии при передаче сообщений, и - Клодом Шенноном - ее антитезы - уже собственно информации, при всей своей видимой ТЕХНИЧНОСТИ были событиями колоссального мировоззренческого значения. Впервые позитивные науки, причем рука об руку с инженерным делом, тогдашним фронтиром хайтека, пришли туда, где до этого царили философия, метафизика и теология.

Забавнее всего на теорию информации и кибернетику реагировали в сталинском СССР. Казалось бы - триумф материализма. Но не тут-то было… В большевистской стране для теории информации (как и теории относительности, квантовой механики, нестационарной Вселенной) в своде идеологических основ места не предусмотрели. Ну не успели классики марксизма об этом высказаться. Да и не могли ещё... И была совсем юная кибернетика объявлена продажной девкой империализма. Попытки реабилитации ее в начале шестидесятых уже ничего не решали. Впрочем, это - тема для отдельного разговора.

А введенная Шенноном концепция информации, преобразовав окружающий нас мир, став основой Второй природы, все больше и больше возвращается в теоретическую физику. Израильский физик, создатель термодинамической теории черных дыр Якоб Давид Бекенштайн (Bekenstein, р.1947) предположил [J. D. Bekenstein, "Information in the Holographic Universe", Scientific American, Volume 289, Number 2, August 2003, p. 61.], что это - общая тенденция современного естествознания.