§ 2.7 Стационарная и вечно молодая Вселенная или её тепловая смерть?

§ 2.7 Стационарная и вечно молодая Вселенная или её тепловая смерть?

Есть такая теория, что Вселенная и время бесконечны, а, значит, теоретически возможно любое, даже самое невероятное, событие.

Из фильма "Трасса 60"

Выше было показано, как баллистическая теория позволяет дать простое и естественное объяснение красному смещению и реликтовому излучению. Кроме того, именно в рамках этой классической концепции удаётся теоретически рассчитать значения постоянной Хаббла и температуры реликтового излучения. Таким образом, видим, что Вселенную следует считать стационарной, существующей вечно и имеющей неограниченную протяжённость. Ограниченность Вселенной в пространстве и во времени, как справедливо заметил Циолковский, неизбежно приводит к религиозным, псевдонаучным моделям мира, типа гипотезы Большого взрыва. Но, как говорится, нет пророка в отечестве своём. И, даже в СССР, где ракетные заслуги Циолковского признавались и высоко ценились, на его физические и космологические взгляды не обращали внимания, предпочитая им абсурдную космологию и физику Эйнштейна. Модель вечной, стационарной Вселенной поддерживали многие прогрессивные учёные: Демокрит, И. Кеплер, Джордано Бруно, А. Белопольский, С. Аррениус. А в настоящее время поддержку и развитие теории стационарной Вселенной обычно связывают с именем известного американского астрофизика Фреда Хойла [67].

Однако теория Большого взрыва, при активной поддержке церкви и академических кругов, практически совершенно вытеснила теорию стационарной Вселенной. А, между тем, именно эта теория стабильного мироздания выглядит наиболее оптимистичной и рациональной, поскольку утверждает вечную жизнь и вечную молодость Вселенной, как образно выразился Циолковский. В самом деле, если принять теорию Большого взрыва, то выходит, что у нашего мира было рождение, начало во времени, а, значит, будет и конец света. Эта пессимистическая гипотеза получила название тепловой смерти Вселенной, — того же конца света от потухания звёзд и равномерного распределения тепла. Ибо, если энтропия мира только нарастает, то рано или поздно мир придёт в максимально усреднённое и разупорядоченное состояние с максимумом энтропии, когда вся энергия Вселенной, звёзд преобразуется, наконец, в тепло. Обратное же преобразование, как гласит второй закон термодинамики, невозможно. Это и есть тепловая смерть Вселенной, — библейский "конец света".

Реально же, всё могло бы завершиться тепловой смертью мира только в случае ограниченной в пространстве и времени Вселенной. Ведь второе начало термодинамики, как предполагают, выполняется лишь для замкнутых, ограниченных систем, к которым по теории относительности и Большого взрыва относится и наша Вселенная. Если же Вселенная безгранична, бесконечна в пространстве и времени, то её совсем не обязательно ждёт смерть, ибо для открытых систем закон увеличения энтропии, как предполагают, не выполняется. А потому наш мир должен жить вечно и, даже, более того, — не стареть со временем, а, точнее, стареть и параллельно омолаживаться. Именно в таком ключе Демокрит, Бруно и Циолковский понимали вечную молодость Вселенной. И их точка зрения нашла подтверждение в открытом В. Амбарцумяном факте рождения, образования свежих звёзд, идущего одновременно с неизбежным выгоранием и угасанием, отмиранием старых звёзд. А раз звёзды и галактики продолжают появляться, то глупо считать, что все они родились одновременно в едином акте творения и все однажды умрут. Другой факт, отвергающий рождение и тепловую смерть мира, — это открытие звёзд и скоплений, появившихся, судя по оценке их возраста, за многие миллиарды лет до расчётного момента Большого взрыва [87].

Чтобы пояснить антиэнтропийный механизм созидания звёзд, восстановления порядка из хаоса, рассмотрим известную иллюстрацию энтропийного разупорядочения. Возьмём два сообщающихся сосуда с водой, труба между которыми перекрыта краном. Растворим в правом сосуде щепоть медного купороса, который придаст раствору синий цвет. Затем откроем кран и будем наблюдать, как с течением времени постепенно синеет вода в левом сосуде за счёт диффузии в него атомов меди. В итоге, синяя окраска распределится равномерно по обоим сосудам. Это и есть процесс роста энтропии: система из организованно неоднородного, неравновесного состояния пришла в усреднённое, предельно беспорядочное, равновесное состояние. С точки зрения механики, ничто не запрещает системе вернуться в исходное упорядоченное состояние. Если записать микрофильм о движении атомов при диффузии, то, прокручивая его в обратную сторону, не обнаружим никакого противоречия с законами механики. Движение и столкновение частиц — процессы симметричные во времени. Однако, в жизни нельзя увидеть, чтобы равномерно распределённая по жидкости окраска собралась снова в одном сосуде, и все атомы меди вернулись в правый сосуд. Связано это с тем, что необратимый рост энтропии имеет вероятностный характер: система переходит из менее вероятного в более вероятное состояние чаще, чем обратно. А вероятность того, что все молекулы купороса окажутся в правом сосуде, — много меньше вероятности их присутствия в обоих сосудах в почти равной пропорции. Потому-то мы и наблюдаем в жизни рост энтропии.

Но, именно в силу вероятностного характера закона роста энтропии, как впервые показал для данного примера Л. Больцман, теоретически вполне возможно, что однажды система вновь вернётся в исходное упорядоченное состояние. Конечно, на протяжении жизни человека это вряд ли произойдёт. Но, если располагаем неограниченным временем, то, всё же, рано или поздно, возможно, обнаружим систему в исходном состоянии. Как говорилось в эпиграфе, даже самое невероятное событие должно рано или поздно произойти. Такие отклонения, выбросы от состояния равновесия, от равномерного распределения, называются флуктуациями. Чем больше флуктуация, тем меньше вероятность её наблюдать. Но, как гласит флуктуационная теорема Больцмана, отменяющая тепловую смерть Вселенной, даже самая большая флуктуация рано или поздно наступит. И есть такая гипотеза, что наша Вселенная, или, по крайней мере, её ближайшая, видимая часть, — это именно гигантская флуктуация. Во Вселенной значительную часть занимают области, в которых господствует энтропия, но, в то же время, в силу бесконечности Вселенной в пространстве и во времени есть бесчисленное множество областей Вселенной, где материя структурирована, организована, где нет тепловой смерти, а есть жизнь, динамика. В одной из таких областей мы и живём. Постепенно эта область неравновесного состояния релаксирует, рассасывается, возвращаясь в неупорядоченное состояние с высокой энтропией. Но, параллельно в этой и других областях Вселенной идут процессы зарождения новых флуктуаций, зон упорядочения, структуризации материи. Именно в таких флуктуациях материя вновь организуется, мир возрождается из хаоса, словно легендарная птица Феникс — из пепла.

Возможно, как раз поэтому Вселенная, как выяснили астрономы, имеет ячеистую структуру, представляя собой некое подобие мыльной пены: гигантские области пустого пространства, где материя разупорядочена, диссоциирована, окружены "тонкими" плёнками, — стенками "мыльных пузырей", где материя организована в звёзды, галактики и их скопления за счёт флуктуаций. Вселенная постоянно меняется — в одних областях, где возникают флуктуации, жизнь, материя, порядок зарождаются, в других, пройдя долгий путь развития, старения и разрушения, они умирают. Имеется определённое динамическое равновесие, — баланс энтропии и свободной энергии. Энтропия — это, как бы, хищник, пожирающий свободную энергию и за счёт этого растущий. Но, если хищник съедает слишком много, его популяция сократится, поскольку станет нечего есть. Поэтому, между энтропией и свободной энергией поддерживается почти такой же баланс, как в системах типа "хищник-жертва" (скажем, баланс популяций волков и зайцев). Численности их популяций испытывают колебания, но в среднем не меняются. И, примерно так же, в целом не меняется энтропия Вселенной. Это как раз и есть нарушение второго закона термодинамики для открытых, вечных систем.

Есть своего рода баланс Порядка и Хаоса, сил Созидания и Разрушения, называемых иначе Добром и Злом. Ведь добро и зло — это не особые нравственные или абстрактно-философские, а — вполне физические категории. Наиболее простое их определение таково: Добро — созидательно, конструктивно, а Зло — разрушительно, деструктивно, энтропийно. Добро подразумевает увеличение свободной энергии, упорядочивание, структуризацию, созидание, и всегда связано с преодолением сопротивления, трудностей. Вот почему Добро у всех ассоциируется с устремлением вверх, к звёздам, к Солнцу, и даётся всегда тяжёлым трудом, скажем, — через преодоление силы тяжести, светового барьера. Зло же подразумевает разупорядочивание, уменьшение свободной энергии и рост энтропии. Поэтому зло творится в мире спонтанно, когда слабые люди поддаются давлению обстоятельств, "плывут по течению", продаются, предают идеалы и друг друга. Вот почему зло ассоциируется у всех с падением, ленью, стремлением в бездну, вниз под давлением внешних обстоятельств, тяготения и хтонических сил. Подобно тому, как предметы стремятся опуститься, занять энергетически более выгодное положение, так и люди, стремящиеся к выгоде, пренебрегая долгом, честью и высокими идеалами, опускаются, продаются и становятся злыми, разрушителями. Поэтому зло творится не волевым усилием, а, напротив, по слабости и лени, как говорится, "ломать — не строить". Все преступники, предатели, бандиты и грабители (за редким исключением, вроде Робин Гуда, но это, скорее, — партизанское, народное сопротивление) — это слабые, безвольные, ленивые люди, нищие духом, торгаши честью. В то же время добры обычно трудолюбивые люди с сильной волей, высокой целью, сопротивляющиеся внешним деструктивным факторам, и вопреки им созидающие, идущие вверх, против течения. Именно в слабости, лености Зла и состоит главная причина его неизбежного поражения силами Добра. Между тем, опровергнутая Больцманом [156] идеалистическая гипотеза тепловой смерти Вселенной (библейского "конца света") утверждала, по сути, неизбежную победу сил Зла (хаоса, энтропии) над Добром (порядком).

Часто для иллюстрации разницы между Добром и Злом приводят пример двух дорог: одна прямая, но тернистая, ведущая в гору (путь правды), а другая извилистая, но ровная, ведущая вниз (путь кривды). Сильные духом идут вверх, а нищие духом, подчиняясь давлению разрушительных сил, опускаются. Каждый из нас выбирает одну из трасс, не только в военное время, но и почти каждую минуту мирной жизни. Так, в науке одни отдаются общему потоку, продаются за степени и поддерживают ложные вздорные идеи, а другие находят в себе смелость бороться с ними, хоть это и чревато лишением должности, заработка, а, порой, и смертью. Человек, идущий против общего потока, возражающий хору подпевал неклассической догматичной науки, обычно теряет уважение окружающих, коллег. Но куда как страшнее потерять самоуважение, отказавшись от мечты, предав здравый смысл, идеалы, не выполнив своего долга, задания, предназначения судьбы. Ведь высшее счастье для Человека состоит в том, чтобы следовать своему призванию, мечте. В этом же и главный смысл его жизни. Такой физический подход к объяснению сил Добра и Зла, их вечной борьбы и баланса, был развит уже довольно давно и наиболее полно раскрыт в работах по космической философии Циолковского [159].

Не будь извечного баланса созидания и распада, Вселенная давно б умерла. Нам, правда, больше знакомы процессы распада, разрушения, уменьшения свободной энергии систем. Но не подлежит сомнению, что во Вселенной существуют и обратные процессы, — процессы созидания. Подобно энтропийным процессам, они имеют вероятностный характер, представляя собой флуктуации, выбросы, отклонения от среднего. Энтропия, хаос нарастают почти как беспорядок у ребёнка в комнате — неуклонно и постепенно. Однако, в итоге внезапно приходят более разумные взрослые. И наступает "конец света", перезагрузка, революция: прежнее положение вещей уходит в небытиё, отмирает, и открывается новая эра. Очень быстро наводится капитальный порядок — всё восстанавливается, после чего снова начинается неизменный процесс хаотизации, разрушения. Именно такую периодичную смену эпох рисует индийская мифология, где эра наибольшего упадка и хаоса называется Калиюгой, после которой наступает эра расцвета, обновления. Примерно так же внезапно и непонятно из хаоса, за счёт гигантской флуктуации, возникает порядок, будто в результате созидательных, а, на деле, случайных процессов. Не исключено, что эти созидательные процессы связаны и со случайным возникновением во Вселенной — Разума, — разумной жизни. Ведь нет ничего более организующего, чем Разум, который вкупе с Истиной, Информацией составляет группу сильнейших антиэнтропийных (уменьшающих энтропию и беспорядок) факторов. Возможно, появление развитого Разума и наводит порядок во Вселенной.

Примерно так же, вслед за резким расцветом следует постепенная деградация цивилизаций от случайных энтропийных факторов: войн, эпидемий, катаклизмов, а, более всего, — от привносимых с потоком эмигрантов и варваров чуждых, разрушительных процессов, ведущих к упадку культуры, традиций, нравов. Но, параллельно, идёт и созидательный процесс: изредка среди людей возникают гении, "аватары", которые несут новые знания, учат ремёслам, распространяют культуру, закладывая фундамент новых цивилизаций, способствуя их внезапному расцвету. Древние мифические предания содержат немало упоминаний о таких сеятелях культуры, например, сказание о Прометее. К подобной категории можно отнести и таких гигантов мысли, как Демокрит, Леонардо да Винчи, Коперник, Бруно, Галилей, Ньютон, Ломоносов, Менделеев, Ритц, Циолковский, Тесла, — тоже своего рода гигантских флуктуаций, выбросов, которые в противовес разрушению создавали новые знания, информацию, уменьшая энтропию и заметно продвигая Человечество вперёд.

Если б Разум действовал постоянно, то энтропия только бы уменьшалась. Поэтому есть процессы, препятствующие этому, механизмы давления, ограничивающие, как показывает история, жизнь или возможности таких людей. Кроме того, есть какой-то барьер, возможно, связанный с открытием ядерной или иной энергии, который ограничивает развитие Разума и приводит к гибели цивилизаций. Поэтому, накопленные знания периодически теряются, цивилизации рушатся и умирают. На смену им приходят новые цивилизации, а, потому, человечество не вырождается, а постоянно обновляется, оставаясь в среднем примерно на одном и том же уровне развития. В истории Человечества, как полагают, было очень много таких циклов, причём, — не только на Земле. Цивилизации, как открыл ещё в 1920 г. А.Д. Тойнби, подобно живым существам, постоянно рождаются и умирают, сменяя одну другую. Так что есть постоянный круговорот цивилизаций, проходящих аналогичные стадии развития, движущую силу которого по Тойнби составляет "творческая элита", увлекающая за собой "инертное большинство". Поэтому Тойнби считал, что прогресс человечества состоит, прежде всего, не в материально-техническом, а в духовном совершенствовании.

Впрочем, не исключено, что в плане снижения энтропии велика будет роль и техники, если однажды люди создадут машины, способные перерабатывать тепло обратно в свободную энергию (§ 5.8). Это будет так называемый "вечный двигатель второго рода", работающий вопреки второму началу термодинамики, которое как раз и говорит о постоянном росте энтропии. Ведь второе начало термодинамики, как теперь всё больше осознают, не выполняется, возможно, не только для открытых, но и для микросистем: чем меньше частиц включает в себя система, тем выше относительный уровень флуктуаций. В самом деле, если рассмотрим снова сообщающиеся сосуды и станем уменьшать их размеры, то обнаружим, что при числе N молекул медного купороса порядка десяти, вероятность того, что все молекулы (точнее ионы меди) вновь сами соберутся в правом сосуде, не так уж мала и составит (1/2)N=0,001=0,1 %. Помножив эту вероятность на характерное время изменения состояния системы за счёт случайного блуждания молекул (диффузии), получим, что система довольно часто находится в таком упорядоченном состоянии с повышенной энергией. Если наблюдать систему в течение часа, то в сумме около 4 секунд она будет находиться в таком упорядоченном состоянии. Но, самое интересное, что ещё на 4 секунды в час система сама создаёт новое спонтанно возникшее упорядоченное состояние, при котором все молекулы собраны в левом сосуде.

Таким образом, убеждаемся в правоте Циолковского: Вселенная постоянно живёт и обновляется. Это подтверждают и продолжающиеся до сих пор процессы звездообразования, тогда как, по теории Большого Взрыва все звёзды должны были возникнуть примерно в одно и то же время, давно миновавшее, а сейчас должны только умирать. На деле мы видим, что звёзды, галактики не только умирают, но и до сих пор рождаются. В этом смысле, Константин Эдуардович и говорил о вечной жизни и молодости Вселенной. Ведь и клетки нашего тела отмирают, портятся в ходе энтропийных процессов, но на смену им рождаются новые, ткани регенерируют, и потому мы живём много дольше, длительно не старея. Примерно так же можно говорить о жизни какого-то вида живых организмов. Отдельные особи вида умирают, но на смену им приходят другие, родившиеся им взамен, поэтому в целом вид процветает, не умирает и остаётся молод. Если взять более крупные масштабы времени и пространства, то увидим, что виды, всё-таки, вырождаются, стареют и умирают, но взамен им появляются новые виды. Поэтому в целом биосфера остаётся неизменной, молодой. Взяв ещё большие масштабы времени и расстояний, увидим, что однажды и земная жизнь погибнет, однако, параллельно будет происходить рождение и развитие жизни на других планетах в системах галактики. Так что, в целом, жизнь в галактике — стабильна. И так далее до бесконечности.

То же самое и в физическом мире: физические тела, системы, атомы подобны живым — они рождаются, живут и умирают, обеспечивая постоянное обновление, динамическое равновесие процессов. Отличаются лишь масштабы времени и пространства. Вспомним постоянный распад и восстановление, обновление электрона (§ 1.5). Так же можно наблюдать, как распадаются и создаются другие элементарные частицы, атомы, молекулы, вещества, геологические образования, планеты, планетные системы, звёзды, галактики, скопления галактик и т. д. до бесконечности во все стороны. Наш мир, говоря условно, бесконечен не только вширь (в пространстве) и вдаль (во времени), но и вглубь (в микромир) и ввысь (в мегамир, космос). Если учесть бесконечность пространства, можно говорить о сопоставимости галактики, атома и электрона. Как отмечал ещё В.И. Ленин, все они имеют сложную структуру, простирающуюся бесконечно глубоко. Именно такую космическую философию и развивал К.Э. Циолковский [159]. И, хотя сейчас об этой, самой научной и глобальной из философских идей, мало кто знает, посмотрим, что потомки Циолковского оценят выше — его космические идеи или разработку ракет.

Стоит отметить, что в древних, добиблейских верованиях не было речи о рождении мира в акте творения, называемого ныне "Большим взрывом", и о конце света от тепловой смерти Вселенной. Так, согласно древнеиндийской ведической философии, ничто не рождается из ничего, Вселенная существует вечно и постоянно обновляется, периодически проходя стадии упадка и возрождения (§ 5.3). Такое естественное, самопроизвольное, не требующее вмешательства внешних сил, рождение и умирание миров: планет, звёзд, галактик и их скоплений, — не противоречит бесконечности Вселенной во времени, а, как раз, и обеспечивает. Не случайно, "Космогонический гимн" Ригведы одновременно утверждает вечность, несотворимость Вселенной и самопроизвольное развитие видимого нами локального мира из "золотого космического яйца" (о чём говорит и русская сказка про курочку-Рябу), под которым можно понимать либо сферическое протопланетное облако, образовавшее солнечную систему с Землёй и желтком-Солнцем в центре. Не исключено, что имеется в виду более крупная формация-флуктуация, типа галактики, — в форме яичницы (разбитого яйца с центральным желтком-ядром), или типа пузырей, ячеек, круговорот и бурление которых, как говорилось, образует Вселенную. Наконец, под этим золотым яйцом, называемым у древних индийцев "яйцом Брахмы", а у древних славян "яйцом Даждьбога" ("Велесова книга"), можно понимать и видимую часть Вселенной, заключённую в пределах сферы радиуса R, заданного красным смещением, либо сферой экранирования электрона (§ 1.5, § 2.5). Возможно, эту зеркальную сферу электрона или сам электрон, моделью которого в древности служил янтарь, и обозначали термином "золотое яйцо", из которого формируется Вселенная, реально составленная из электронов и источаемых ими реонных потоков (§ 3.21).

Как видим, здесь нет ничего общего с Большим взрывом и библейским творением целой Вселенной. Ведь, согласно "Ведам", материя не возникает и не уничтожается, а лишь переходит из одного состояния в другое: происходит постоянный круговорот материи, цикличное обновление объектов и миров, о чём, в частности, говорил древнеиндийский учёный-атомист К?нада. Этих взглядов индийцев придерживался и такой учёный, как Тесла [110]. Многое заимствовали из Индии и китайские мудрецы. Поэтому в китайской философском учении даосизме говорится о постоянном возрождении, самообновлении Вселенной, об извечной борьбе и равновесии сил добра и зла, созидания и разрушения. В отличие от абстрактных библейских догм и мифов, эти древние философские учения носили характер не религиозных баек и притч, а конкретных научных знаний. Эти знания не навязывались огнём и мечом, как, скажем, христианство на Руси, или как неклассическая физика в современном мире, а по доброй воле принимались людьми, видевшими в этих учениях рациональные зёрна. Именно так и в настоящее время всё больше учёных убеждается в правоте Циолковского, выступая в защиту теории стационарной Вселенной и против навязываемой теории Большого взрыва [1], говорящей о рождении и неизбежной смерти Вселенной. Ибо не бывает начала без конца.