Виктор Печорин - Седьмое доказательство

В древности люди полагали, что земля покоится на трех китах. На самом деле три кита, на которых держится вселенная – это энергия, информация и, увы, энтропия. Рассмотрим, в каких отношениях эти три категории между собой находятся.

Отметим, что работа может совершаться только при наличии разности потенциалов, то есть когда энергия имеет возможность перетекать с одного уровня (высокого) на другой (низкий). Но наличие различных уровней предполагает уже какой-то порядок, описываемый определенным количеством информации. Энтропия же по своей сути означает не что иное, как выравнивание потенциалов. При максимальной энтропии и нулевой упорядоченности никакой работы производиться не может.

Казалось бы, всё просто. Энергия должна быть прямо пропорциональна информации (упорядоченности) и обратно пропорциональна энтропии.

Однако на самом деле зависимость между этими тремя величинами более сложная.

Говоря об информации, мы различаем абсолютную информацию и распределенную информацию (которая может возрастать при неизменной величине абсолютной информации). Говоря об энергии, тоже следует различать свободную энергию (готовую совершить работу) и связанную энергию, которая в связанном состоянии не может совершать работу, но может совершить её при определенных условиях (при условии «высвобождения»). Поэтому связанную энергию еще называют потенциальной.

Различие между связанной и свободной энергией демонстрирует стоячая вода в пруду и вода, низвергающаяся в водопаде. Вода одна и та же, но вторая может совершать полезную работу, скажем, вращать турбины гидроэлектростанции, а первая – не может. Другой пример: перепад атмосферного давления порождает ветер, способный толкать вперед парусное судно. Если давление выравнивается, ветер стихает, наступает штиль – и парусник останавливается: нет энергии, способной совершать работу!

Для того чтобы заставить судно двигаться в условиях штиля, нужно установить на него паровой или дизельный двигатель и сжигать топливо. Для того чтобы заставить стоячую воду совершать работу, надо прокопать канал к более низкому уровню поверхности или нагнетать её насосом на более высокий уровень. Можно высвободить ядерную энергию, заточенную внутри вещества, если создать необходимые условия для протекания ядерной реакции. Но для того, чтобы перевести связанную энергию в свободное состояние в любом случае требуется приложить какие-то усилия, затратить какую-то энергию.

Заметим: различие между свободной и связанной энергией состоит в том, что свободная энергия всегда самостоятельно стремится перейти в связанное состояние (совершаемая ею работа приводит к выравниванию потенциалов), а связанная энергия самостоятельно не переходит в свободное состояние: для этого требуется оказать на нее внешнее воздействие, и затратить какое-то количество свободной энергии.

Что же получается? Получается, что с ростом упорядоченности системы (с ростом количества информации) возрастает не всё количество энергии, а только её свободная часть. А с ростом энтропии убывает только свободная энергия, а количество связанной возрастает. А что при этом происходит с общим количеством энергии в системе? Оно уменьшается или убывает? При таком раскладе это уже не выглядит столь очевидным.

Чтобы разобраться с этим, необходимо рассмотреть некоторые фундаментальные законы мироздания. Без этого никак не обойтись. Знание этих законов позволит выяснить весьма важные вещи. Но, поскольку мы собираемся применить эти законы к Вселенной, прежде нужно разобраться с такими понятиями, как Вселенная и материя.

Слово «Вселенная» – буквальный перевод (или, как выражаются филологи – «калька») с греческого «Ойкумена», то есть обжитая, населенная. В старинной картине мира этому слову соответствовало понятие Земли, населенной людьми и расположенной в самом центре мироздания, кроме которой никаких других обитаемых миров не существует. После открытия гелиоцентрической системы мира именно отмена этого представления вызвала у многих людей «культурный шок»: оказалось, что Земля вовсе не центр мира, а всего лишь одно из множества небесных тел, и что таким образом они тоже могут быть обитаемыми. Благодаря этому открытию понятие Вселенной было расширено – сначала на Солнечную систему, затем на галактику, а после и на Метагалактику, включающую в себя все множество известных нам галактик. В конечном итоге понятие о Вселенной, берущее начало от греческой «Ойкумены» привело к представлению о вселенной как о части материального мира, доступной изучению естественнонаучными методами 18 18 Статья «Вселенная» в Философской Энциклопедии. .

Латинское название вселенной, «Универсум», передает иной, более общий, скорее философский, чем физический оттенок смысла. Универсум – это буквально «все, что есть, все сущее». Понятие Универсум включает в себя все существующее и предполагает имплицитное утверждение о том, что ничего иного, кроме Вселенной, никаких иных объектов или сущностей, нет и быть не может. Иными словами, понятие Вселенная равносильно понятию Бытия: все, что только имеет существование, в обязательном порядке является частью Вселенной. Отсюда – второе толкование Вселенной как всего окружающего мира 19 19 См., напр.: БСЭ. Вселенная; Определение Вселенной по Сурдину В. Г.; ВСЕЛЕННАЯ – Толковый словарь Ожегова / Словари 299 ру., и др. .

Не будет ошибкой сказать, что существует два понятия о Вселенной – первое – практическое и относительное, зависящее от возможностей человека познавать окружающее его пространство, второе – теоретическое и абсолютное. Для целей наших рассуждений нам подходит только второе, более общее и фундаментальное определение Вселенной, по отношению к которому первое представляет собой частный случай.

Итак, Вселенная или Универсум – это «все, что существует, вся система мироздания, совокупность всех существующих в природе миров».

В течение многих тысячелетий в понятие Вселенной, помимо Земли или физического (феноменального) мира включался также и ноуменальный мир, т. е. мир духовных сущностей. Иначе говоря, понятие Вселенной вмещало в себя оба мира: как материальный, так и духовный. И это никого не смущало: раз уж вселенная – это все, что существует, а духовный мир существует, стало быть, он тоже является частью Вселенной.

Однако после того как в середине XIX века в науке укрепилась материалистическая доктрина, которая отрицала реальность духовного мира и утверждала, что кроме материи ничего больше нет, под Вселенной стали понимать исключительно материальный мир, принимая его за все, что существует. Определение материи не изменилось – изменилось только понимание того, что следует понимать под «всем, что существует». Такое понимание Вселенной – Универсума весьма недвусмысленно было высказано, например, академиком Николаем Моисеевым: «все, что лежит вне Универсума, не существует и относится к вере, т. е. находится вне науки и практического опыта» 20 20 Моисеев Н. Н. Современный антропогенез и цивилизационные разломы. М.: МНЭПУ, 1994. .