Герман Смирнов - Под знаком необратимости (Очерки о теплоте)

В годы второй мировой войны видную роль в сражениях на море сыграл американский адмирал Кинг. После войны одно издательство предложило Кингу написать книгу о боях, в которых он участвовал, и рассказать, какими соображениями он руководствовался, принимая в ходе боевых действий правильные решения. И что же? Адмирал написал книгу, охватывающую всю его жизнь, причем в ней о ранних годах жизни, о детстве, об учебе рассказывалось гораздо подробнее, чем о морских операциях. Когда адмиралу указали на это, он с изумлением сказал, что вся его жизнь оказывала влияние на решения, принимавшиеся в ходе морских сражений…

Критики справедливо возражали адмиралу, что если принять его точку зрения, то вообще ни о чем невозможно писать. Ведь кроме опыта детских и школьных лет на решения Кинга влияли и свойства его характера, унаследованного им от родителей. Поэтому надо было бы написать и о них, и вообще обо всех предках адмирала, теряющихся в тумане отдаленных эпох, что, конечно, невозможно за отсутствием сведений. А раз уж строгое решение задачи недоступно, адмиралу следовало бы, по мнению критиков, дать в начале книги одну-две главы, в которых суммировался бы его жизненный опыт, указывались бы черты его характера, принципы, правила и взгляды. Зафиксировав, таким образом, отправную точку, адмирал мог бы перейти к описанию военно-морских операций и своего в них участия.

Сами того не подозревая, критики рекомендовали адмиралу воспользоваться методом, которым издревле пользуются астрономы и механики. На протяжении столетий занимаясь изучением движений, мало зависящих от необратимых процессов и вызываемого ими торможения, они все время старались избавиться от этих кажущихся им мелкими и несущественными помех. И наконец, им удалось сделать это и составить простые, строгие, стройные уравнения классической механики, очищенные от необратимых процессов. Уравнения, справедливость которых сохраняется даже при перемене знака времени. Уравнения, в которых время обратимо и может течь с одинаковой легкостью как в будущее, так и в прошлое.

Мы уже знаем, что представление об обратимом времени — это вопиющее противоречие, что в полностью обратимом мире время не делается обратимым, а исчезает, делается невозможным. Но, как ни парадоксально, такое противоречивое представление оказалось весьма ценным для науки. Ведь с его помощью удалось исторгнуть механические движения из жестких и многообразных причинных взаимосвязей реального мира и буквально препарировать их. В обратимом времени классической механики можно делать вещи, немыслимые в реальном времени. Рассматриваемые в обратимом времени процессы всегда можно остановить, вернуть назад, чтобы уточнить ускользающие от внимания детали. Благодаря этому течение механических процессов может быть понято и изучено так обстоятельно, как никогда не может быть оно понято и изучено в реальном мире. Но после того как такой теоретический анализ закончен, перед исследователем во всей сложности встает вопрос: а что с этим достигнутым пониманием делать? Как приложить его к изучению природы? Как включить его в реальное время?

Можно было бы, следуя правилу адмирала Кинга, попытаться описать движение всех планет с момента образования Солнечной системы, то есть, образно говоря, протянуть параллельно нити реального времени нить времени фиктивного, существующего только на бумаге. Если бы составленные нами уравнения учитывали все существенные детали движения небесных тел, мы получили бы возможность точно предвидеть будущее Солнечной системы на какое угодно число лет вперед. Но у этого метода есть один недостаток: его невозможно осуществить на практике из-за полного отсутствия сведений о механизме возникновения Солнечной системы.

Гораздо практичнее методы критиков адмирала. Ведь можно начинать отсчет времени не с момента зарождения Солнечной системы, а с любого момента, лишь бы мы могли его надежно зафиксировать.

Это означает, что мы должны мысленно рассечь нить мирового времени и измерить координаты и скорости, которые имели все планеты в это «остановленное мгновение». Момент, для которого зафиксированы все эти величины, мы можем назвать начальным моментом, а значения самих этих величин — начальными условиями. Ясно, что начальные условия есть не что иное, как способ привязки уравнений классической механики с их фиктивным временем к конкретной изучаемой системе, существующей в реальном времени. Подставляя значения начальных условий в уравнения механики, мы как бы прививаем к стволу реального времени ветвь времени фиктивного, воображаемого.

Если нам удалось составить уравнения, учитывающие все взаимодействия тел в системе, и точно зафиксировать все начальные условия, ветвь фиктивного времени получается как бы параллельной стволу реального времени, и мы получаем уникальную возможность предвидеть будущее на какое угодно число лет вперед. Если же от нашего внимания ускользнули какие-то тонкие детали и взаимодействия, если мы недостаточно точно измерили начальные условия, то ветвь расчетного и ствол реального времени оказываются как бы не параллельными, а расходящимися. И расходятся они тем круче, чем дальше сделанные нами допущения отстоят от действительности и чем с меньшей точностью измерены начальные условия.

Где количество факторов, определяющих ход процесса, невелико и где точность измерения начальных условий высока, там можно уверенно делать предсказания на сотни лет вперед. Где же процесс зависит от множества сложно взаимосвязанных факторов и где для получения начальных условий требуется произвести одновременные измерения в тысячах точек, там удается предвидеть грядущие события лишь на несколько дней, а то и часов. И в этом разгадка парадокса: затмение удаленного от нас на миллионы километров Солнца можно предсказать за сто лет вперед, а появление над нашей головой грозового облака, удаленного от нас на несколько километров, удается предсказать всего лишь за несколько часов.

На первый взгляд может показаться, что предвидение будущего упирается в чисто технические трудности. Да, вычислительные способности человека ограниченны. Да, трудно измерить одновременно температуры, давления, скорости ветра и десятки других параметров в тысячах точек земного шара. Но разве нельзя создать вычислительную машину, работающую в миллионы раз быстрее мозга? Разве нельзя с помощью спутников мгновенно получить нужную информацию из любой точки земного шара? Пусть по причинам технического порядка сделать это трудно или даже вообще невозможно. Но в принципе что может помешать нам вообразить такую машину или такое разумное существо?