Розділ 1. МОВА НАУКИ І МОВА ПРИРОДИ

1.1. Категорії "мікро" і "макро"

Закони механіки Ньютона строго інваріантні, незмінні щодо зміни знака часу: заміна +t на -t нічого в них не змінює. Тому й говорять, що механіка оборотна, – якщо ми абсолютно точно задамо початкові координати й імпульси частинок, то можемо довідатися про яке завгодно далеке минуле і про будь-яке далеке майбутнє системи. Не біда, що ми не здатні зробити це практично (жоден комп'ютер не впорається з таким завданням), головне, що ми можемо це зробити теоретично.

У світі І. Ньютона всі події раз і назавжди визначені, це світ строгого детермінізму, у якому немає місця випадковостям. А от відповідно до другого принципу термодинаміки в ізольованій системі всі процеси протікають тільки в одному напрямку – у бік підвищення ентропії, зростання хаосу, що супроводжується розсіюванням, знецінюванням енергії. Так завжди й відбувається на практиці: сама собою промениста енергія полум'я свічки може тільки безповоротно розсіюватися в просторі. Однак чи можна цей принцип обґрунтувати теоретично?

Обґрунтувати яке-небудь явище теоретично – значить вивести його з якомога загальніших законів природи, прийнятих за основу наукової картини світу. Такими законами по праву вважаються закони механіки Ньютона, і тому проблема формулюється в такий спосіб: як можна вивести необоротність термодинаміки з оборотності механіки?

Уперше цю проблему намагався вирішити в другій половин: минулого століття Л. Больцман. Він звернув увагу на те, що термодинамічна необоротність має сенс тільки для великої кількості частинок: якщо частинок мало, то система виявляється фактично оборотною. Для того щоб погодити мікроскопічну оборотність: макроскопічною необоротністю, Больцман використав імовірнісний опис системи часток (це так звана Н-теорема) і одержав бажаний результат.

Однак незабаром було показано, що вже сам по собі імовірнісний опис у неявному вигляді містить уявлення про існування "стріли часу", і тому доказ Больцмана не можна вважати коректним розв'язанням проблеми. І взагалі існування "стріли часу" може бути тільки самостійним постулатом, тому що означає порушення симетрії розв'язків рівнянь руху. Але яка фізична реальність відповідає такому постулату? Виходить так, що з оборотної механіки можна вивести тільки оборотну термодинаміку (яка допускає можливість "вічного двигуна" другого роду), або необоротну термодинаміку можна вивести тільки з необоротної механіки (яка допускає можливість "вічного двигуна" першого роду).

Цікаво, що обидві ці можливості дійсно були випробувані. Сам Больцман прийшов до висновку, що весь нескінченний Всесвіт у цілому оборотний, а наш світ являє собою за космічними мірками мікроскопічну флуктуацію. А в середині XX ст. пулковський астроном Н. О. Козирєв спробував створити необоротну механіку, у якій "стріла часу" має характер фізичної реальності і служить джерелом енергії зірок. Але точка зору Больцмана допускає можливість порушення причинності в окремих досить великих ділянках Всесвіту, а точка зору Козирєва вводить в опис природи деяку особливу фізичну сутність, подібну "життєвій силі".

1.2. "Порядок з хаосу"

1.3. Поняття системи

Ревізії довелося піддати і зміст поняття "система". Коли система в цілому знаходиться в стані, далекому від істинної термодинамічної рівновага, а це стосується всіх реально існуючих систем, то в її окремих частинах можуть спонтанно відбуватися процеси самоорганізації, що супроводжуються зниженням ентропії. Якщо не враховувати того, що підсистеми, у яких з динамічного хаосу самозароджуються дисипативні структури, живляться вільною енергією зовнішнього середовища, то виникає видимість порушення другого принципу термодинаміки. Але все стає на свої місця, якщо взяти до уваги ту обставину, що процеси самоорганізації, які відбуваються в локальних ділянках, супроводжуються неухильним зростанням ентропії всієї системи в цілому.

Так, життя на Землі зародилася в дуже нерівноважному середовищі, а виниклі організми стали жити й еволюціонувати, споживаючи вільну енергію, що надходить до них ззовні, – тобто, у кінцевому рахунку, енергію Сонця. Але саме Сонце не вічне (якщо, звичайно, правильна термоядерна гіпотеза походження його енергії) і повинно згаснути після того, як весь водень перетвориться на гелій. Так само повинні, мабуть, рано чи пізно згаснути і всі інші зірки, у результаті чого весь Всесвіт зануриться в морок "теплової смерті", настання якої пророкував у минулому столітті Р. Клаузіус. Але якою мірою Сонце і зірки можна вважати ізольованими системами? Може, у дійсності вони пов'язані якимись особливими енергетичними потоками (можливість існування яких, до речі, припустив Н. О. Козирєв)? Тоді, все далі й далі розширюючи межі розглянутої системи, ми будемо відсувати в нескінченність момент настання "теплової смерті" і прийдемо до втішливого висновку про те, що вона ніколи не настане.

Саме шляхом таких міркувань прийнято спростовувати песимістичний прогноз Клаузіуса. На жаль, за легковажне поводження з нескінченністю доводиться платити. У вічно існуючому нескінченно великому нелокальному Всесвіті вже не буде звичних нам простору, часу і руху – а отже, у ньому не буде ні енергії, ні речовини як таких. Усі відомі нам закони природи можуть мати тільки локальний, місцевий характер. Це значить, що необережне використання поняття "нескінченність" (а воно неявно міститься в таких часто вживаних словах, як "миттєве", "завжди", "ніколи" і деяких інших) може привести до парадоксальних умовиводів і тому його смисл (як і смисл понять "система", "хаос", проаналізованих Пригожиним) теж потребує уточнення.

1.4. Нескінченність: потенційна й актуальна

1.5. Закони Ньютона

Модель Ньютона – це одне тіло, що рухається в абсолютному нескінченному просторі рівномірно і прямолінійно доти, поки на це тіло не подіє сила (перший закон механіки) чи два тіла, що діють одне на одне з рівними і протилежно спрямованими силами (третій закон механіки); сама ж сила вважається просто причиною прискорення тіл, що рухаються (другий закон механіки), тобто, ніби існує сама по собі і невідомо звідки береться.

За Ньютоном, усі взаємодії відбуваються миттєво, тобто з актуально нескінченно великою швидкістю; однак для мешканців фізичного світу миттєвих взаємодій бути не може, оскільки 1/n(t)>0 при n(t)>a тільки в тому випадку, коли t >a. Якщо зіткнення тіл відбуваються дійсно миттєво, тобто за актуально нескінченно малий проміжок часу, то ці тіла ніколи не могли б і ніколи не зможуть знаходишся на скінчених відстанях одне від одного, а повинні завжди становити єдине ціле, що існує поза часом і простором.

Наш різноманітний фізичний світ повинен зображуватися нескінченно малою точкою, всередині якої не існує ні причинності, ні законів збереження, він актуально нескінченно малий і тому нелокальний – у ньому всі явища пов'язані, скорельовані одне з одним, тому що відбуваються в той самий час, у тому самому місці, в одній нескінченно малій точці. Але на наш погляд, як кінцевих мешканців фізичного світу (тобто при погляді на нього ніби "зсередини"), цей світ потенційно нескінченний і, отже, безупинно розширюється (n > a), але не розсіюється, тому що його розширення супроводжується еволюцією, а мешканці скінченого фізичного світу не можуть зробити повного повернення часу і змушені ховати свою слабкість за допомогою теорії ймовірностей.

Інакше кажучи, наш фізичний світ необоротний тільки тому, що він локальний, скінчений у часі й у просторі, і проблема виникнення макроскопічної необоротності з мікроскопічної оборотності є помилкова проблема, що виникає з неправильного розуміння смислу слів мови, якою класична механіка говорить з природою.

1.6. Теорема Дж. Белла