Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Вернуться

23

Стоппард Т . Аркадия. М.: Иностранка, 2008 (Stoppard, T. Arcadia, in Plays: Five. London: Faber and Faber, 1999).

Вернуться

24

Помимо первого начала термодинамики («в любом физическом процессе полная энергия сохраняется») и второго начала («энтропия замкнутой системы никогда не уменьшается»), есть также и третье начало: существует минимальное значение температуры (абсолютный ноль), при котором энтропия также находится на минимальном уровне. Эти три закона умещаются в простом высказывании: «Ты не можешь выиграть; не можешь остаться при своих; не можешь даже выйти из игры». Однако также есть нулевое начало: если две системы находятся в термодинамическом равновесии с третьей системой, то они находятся в термодинамическом равновесии друг с другом. Попробуйте здесь самостоятельно придумать какую-нибудь забавную аналогию.

Вернуться

25

Eddington, A. S. The Nature of the Physical World (Gifford Lectures). Brooklyn: AMS Press, 1927.

Вернуться

26

Сноу Ч. П. Две культуры и научная революция. Цитата воспроизведена по изданию: Сноу Ч. П. Портреты и размышления / Пер. с англ. М.: Прогресс, 1985. ( Snow, C. P. The Two Cultures. Cambridge: Cambridge University Press, 1998).

Вернуться

27

В действительности справедливо было бы признать, что зачатки понятия энтропии и второго начала термодинамики были впервые озвучены отцом Сади Карно – французским математиком и офицером вооруженных сил Лазаром Карно. В 1784 году Лазар Карно написал трактат о механике, в котором утверждал, что создание вечного двигателя невозможно, так как в любой реальной машине полезная энергия будет рассеиваться вследствие дребезжания и тряски ее составляющих частей. Позднее он стал успешным предводителем армии революционной Французской Республики.

Вернуться

28

На самом деле это не совсем верно. Общая теория относительности Эйнштейна, объясняющая гравитацию в терминах искривления пространства – времени, подразумевает, что «энергия» в привычном понимании этого термина не остается постоянной, например, в расширяющейся Вселенной. Мы подробнее поговорим об этом в главе 5. При рассмотрении же большинства двигателей внутреннего сгорания расширением Вселенной можно пренебречь, и для них энергия действительно остается постоянной.

Вернуться

29

Конкретнее, под формулировкой «мера количества расстановок отдельных частей» мы подразумеваем «пропорциональность логарифму количества перестановок отдельных частей». Подробное обсуждение логарифмов вы найдете в приложении, а в девятой главе детально рассматривается статистическое определение энтропии.

Вернуться

30

В англоязычной литературе универсальное обозначение «log» используется для обозначения любых логарифмов – как десятичных, так и натуральных. Это неудобно, поэтому десятичный логарифм иногда обозначают «lg», а натуральный – «ln». – Примеч. пер .

Вернуться

31

Температура поверхности Солнца составляет приблизительно 5800 кельвинов (один кельвин равен одному градусу Цельсия, только нулевая отметка по шкале Кельвина соответствует отметке –273 градусов по шкале Цельсия и представляет собой абсолютный ноль – минимальную возможную температуру). Комнатная температура – около 300 кельвинов. Температура космического пространства – или, точнее, фонового космического излучения, заполняющего космос, – около трех кельвинов. Интересное обсуждение роли Солнца как горячего пятна на холодном небе можно найти в книге: Пенроуз Р . Новый ум короля. О компьютерах, мышлении и законах физики. – Изд-во ЛКИ, 2008 ( Penrose, R . The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of Physics. Oxford: Oxford University Press, 1989).

Вернуться

32

Иногда вам могут встречаться заявления креационистов о том, что эволюция, как ее описывал Дарвин в своей теории естественного отбора, несовместима с принципом увеличения энтропии, поскольку история жизни на Земле – это история непрерывно усложняющихся организмов, предположительно происходящих из намного более простых форм. Эти бредовые заявления запросто разбиваются в пух и прах множеством доводов. На простейшем уровне: второе начало термодинамики относится к замкнутым системам, а организм (или вид, или биосфера) – это не замкнутая система. Мы чуть подробнее поговорим об этом в главе 9, но, по сути, этого достаточно.

Вернуться

33

Thomson, W . On the Age of the Sun’s Heat // Macmillan’s, 1862, 5, p. 288–293.

Вернуться

34

Пинчон Т . Энтропия / Пер. с англ. С. Кузнецова // Иностранная литература, 1996, № 3 ( Pynchon, T. Slow Learner. Boston: Back Bay Books, 1984).

Вернуться

35

«Жаркие споры» в данном случае – совсем не образное выражение; «Большой спор» между астрономами Харлоу Шепли и Гербером Кёртисом случился в 1920 году в Смитсоновском институте в Вашингтоне, США. Позиция Шепли заключалась в том, что Млечный Путь – это и есть вся Вселенная, тогда как Кёртис утверждал, что туманности (по крайней мере некоторые, в частности Туманность Андромеды М31) сами по себе являются отдельными галактиками. Хотя в итоге Шепли оказался на проигравшей стороне в этих великих дебатах, он был абсолютно прав, утверждая, что Солнце находится не в центре Млечного Пути.

Вернуться

36

Это небольшая поэтическая вольность. Как мы узнаем позже, космологическое красное смещение принципиально отличается от эффекта Доплера, несмотря на кажущееся сходство. Причина красного смещения – расширение пространства, через которое движется свет, тогда как эффект Доплера создают объекты, движущиеся сквозь пространство.

Вернуться

37

Десятилетия героического труда не пропали даром – современным астрономам наконец-то удалось зафиксировать точное значение этого важного космологического параметра: 72 км/с за мегапарсек ( Freedman, W. L. et al. Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant // Astrophysical J ., 2001, vol. 553, No. 1, P. 47–72). Это означает, что каждому миллиону парсеков, отделяющих нас от какой-либо галактики, соответствует видимая скорость удаления, равная 72 км/с. Для сравнения: текущий размер наблюдаемой Вселенной – около 28 миллиардов парсеков. Парсек равен приблизительно 3,26 светового года, или 30 триллионам километров.

Вернуться

38

Строго говоря, в этой фразе не хватает уточнения, что речь идет о галактиках, разнесенных на достаточное расстояние. Соседние галактики под действием взаимного гравитационного притяжения могут объединяться в пары, группы или скопления. Такие структуры, как и любые другие связанные системы, не расширяются вместе со Вселенной; принято говорить, что они «вырвались из потока Хаббла».

Вернуться

39

Согласен, это утверждение может показаться спорным. Всего лишь две сноски назад я сообщил, что диаметр обозримой Вселенной составляет «28 миллиардов парсеков». С момента Большого взрыва прошло 14 миллиардов лет, поэтому, казалось бы, логично предположить, что нас от края обозримой Вселенной отделяет 14 миллиардов световых лет. Умножая на два, получаем, что диаметр Вселенной – 28 миллиардов лет, или около 9 миллиардов парсеков, так? Или где-то вкралась опечатка? Как эти данные согласуются между собой? На самом деле оценку расстояний сильно усложняет тот факт, что Вселенная расширяется, и этот процесс непрерывно ускоряется благодаря темной энергии. В настоящее время самые удаленные галактики в нашей обозримой Вселенной находятся от нас гораздо дальше, чем в 14 миллиардах световых лет. Если выполнить все необходимые вычисления, то станет понятно, что расстояние от нас до самой далекой точки, когда-либо принадлежавшей обозримой части Вселенной, сейчас составляет около 46 миллиардов световых лет, или 14 миллиардов парсеков.