До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной - [27]

Отметим, что химические связи основаны на электромагнитном взаимодействии. Положительно заряженные протоны притягивают отрицательно заряженные электроны (противоположные заряды притягиваются), скрепляя атомные составляющие в молекулярные союзы. Это означает, что энтропийный скачок от спокойного перемешивания газовых молекул к взрывному горению, порождаемому разрывом и формированием химических связей, тоже обусловливается электромагнитным взаимодействием. Так же обстоит дело и во многих других повышающих энтропию процессах, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Здесь, на Земле, мы реже с этим встречаемся, но в эпизодах, которые раз за разом разыгрываются в космосе, движение к повышенной энтропии часто обусловлено другими природными взаимодействиями: гравитационным взаимодействием и ядерными взаимодействиями (сильное ядерное взаимодействие скрепляет атомное ядро, а слабое — порождает радиоактивный распад). И как мы только что видели в случае с электромагнитным взаимодействием, путь к более высокой энтропии, прокладываемый гравитацией и ядерными взаимодействиями, тоже не всегда бывает гладким. На этом пути могут обнаружиться барьеры, и часто они там действительно есть. То, как Вселенная преодолевает эти барьеры, — космический аналог моего чирканья спичкой — дело тонкое. Но это дело должно глубоко интересовать всех нас. К числу преходящих объектов, которые формируются в процессе движения Вселенной под управлением гравитации и ядерных взаимодействий к более высокой энтропии, относятся звезды и планеты, а здесь, на Земле, — жизнь. При всем своем великолепии эти упорядоченные структуры — рабочие лошадки природы, которыми пользуются гравитация и ядерные взаимодействия, чтобы продвигать космос к реализации его энтропийного потенциала.

Сосредоточимся для начала на гравитации.

Гравитация, порядок и второе начало

Сила всемирного тяготения, или гравитация, — слабейшее из природных взаимодействий, что очевидно из простейшей демонстрации. Возьмите в руку монету. Мышцы вашей руки при этом преодолели гравитационное притяжение всей Земли. Каким бы вы себя ни считали, спортивным или хилым, победа над тяготением целой планеты только подчеркивает имманентно свойственную гравитации слабость. Единственная причина, по которой мы вообще знаем о гравитации, — это ее кумулятивная природа: каждый кусочек Земли притягивает к себе каждый кусочек монеты, и каждый кусочек этой книги, и каждый кусочек вашего тела, а поскольку Земли суммарно довольно много, все эти силы складываются в ту самую направленную вниз силу, которую мы на себе ощущаем. Но гравитационное притяжение между двумя не столь крупными вещами, такими как два электрона, в миллион миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов раз слабее, чем их электромагнитное отталкивание.

Именно по причине имманентной слабости гравитации мы даже не упоминали ее при обсуждении энтропии. Если бы мы включили действие гравитации в повседневные ситуации, такие как распространение пара по вашей ванной или ароматов по всему дому, наш рассказ об энтропии практически не изменился бы. Разумеется, гравитация мягко тянет молекулы вниз, делая плотность пара возле пола чуть выше, но эффект этот настолько слаб, что для качественного понимания ситуации просто не имеет значения. Однако если перенести фокус внимания с повседневных процессов на астрономические, с участием гораздо большего количества вещества, то обнаружится глубоко значимое взаимовлияние между энтропией и гравитацией.

Следует признать, что идеи, которые я сейчас изложу, довольно сложны для понимания, поэтому не стесняйтесь пропустить часть текста и перейти сразу к следующему разделу, если в какой-то момент рассказ покажется вам слишком мудреным. Но и награда, если вы останетесь со мной, вас ждет стоящая: понимание того, как гравитация спонтанно лепит порядок из все более беспорядочного космоса.

Представьте космическую версию сценария с выпеканием хлеба. Вместо дома — громадный ящик, намного больше Солнца по размеру, плавающий в пустом пространстве. А вместо ароматов, просачивающихся из духовки, представьте, что в начальный момент в центре ящика имеется газовый шар (для определенности пусть это будет водород, простейший элемент Периодической системы), молекулы которого просачиваются наружу. По опыту общения с хлебным ароматом, плывущим по дому, мы ожидаем, что газ будет эволюционировать по направлению к большей энтропии — его молекулы будут распространяться и перемешиваться, пока равномерно не заполнят ящик. Но позвольте теперь немного поменять ситуацию. В отличие от примера с хлебом добавим в газовый шар так много молекул, чтобы гравитация между ними имела значение: гравитационное притяжение, испытываемое любой отдельно взятой молекулой и порождаемое совместным гравитационным притяжением каждой из громадного числа остальных газовых молекул, существенно влияет на движение молекулы. Как это повлияет на наш вывод?

Так вот, представьте себя на месте газовой молекулы, возглавляющей движение наружу. Когда вы улетаете из центрального скопления, вы чувствуете на себе притяжение всех остальных молекул, которое тянет вас назад. Сила тяготения замедляет вас. Более низкая скорость означает более низкую температуру. Так что по мере того, как газовое облако, расширяясь, увеличивает свой объем, температура ближе к его краям снижается (имейте это в виду). А теперь перейдем к точке зрения молекулы, расположенной ближе к центру облака. Будучи ближе, вы чувствуете намного более сильное притяжение в сравнении с предыдущим опытом на отдаленной границе облака. Мало того, если молекул будет достаточно, то совокупное гравитационное поле окажется достаточно сильным, чтобы вовсе не позволить вам двигаться наружу. Вместо этого вас потянет внутрь, так что вы начнете падать к центру газового облака, набирая скорость. Более высокая скорость означает более высокую температуру, так что по мере того, как гравитация заставляет ядро газового облака сжиматься, уменьшаясь в объеме, температура газа повышается.