Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Информация, попадающая в черную дыру, больше не возвращается вовне. Но, входя в черную дыру, информация несет с собой энергию, за счет которой черная дыра становится больше и увеличивает свою площадь. При взгляде со стороны информация, теряющаяся в черной дыре, проявляется как энтропия, связанная с площадью дыры. Первым, кто заподозрил нечто подобное, был израильский физик Яаков Бекенштейн.

Однако ситуация еще очень далека от ясности, поскольку, как мы видели в предыдущей главе, черные дыры испускают тепловое излучение и очень медленно испаряются, становясь все меньше и меньше, пока, по всей вероятности, не исчезают, растворяясь в океане микроскопических черных дыр, составляющих пространство в планковском масштабе. Что происходит с информацией, упавшей в черную дыру, когда дыра сжимается и исчезает? Физики-теоретики спорят по этому вопросу, и ни у кого нет пока окончательного ясного ответа.

Всё это, как я думаю, указывает на то, что для понимания фундаментальной грамматики мира необходимо объединить три базовых ингредиента, а не два: не только общую теорию относительности и квантовую механику, но и теорию теплоты, то есть статистическую механику и термодинамику, которые можно также охарактеризовать как теорию информации. Однако термодинамика в общей теории относительности, то есть статистическая механика квантов пространства, находится пока в зачаточном состоянии. Всё запутано, и очень многое еще только предстоит понять.

Всё сказанное подводит нас к последней идее, о которой я расскажу в этой книге, – тепловому времени.

Тепловое время

Проблема, из которой проистекает идея теплового времени, проста. В главе 7 я показал, что для описания физики нет необходимости использовать понятие времени. Лучше вообще забыть о нем. На фундаментальном физическом уровне время не играет никакой роли. Как только мы понимаем это, уравнения квантовой гравитации упрощаются.

Есть множество повседневных понятий, которые не играют никакой роли в фундаментальных уравнениях Вселенной – например, понятия «верх» и «низ», «горячее» и «холодное» – поэтому не так уж странно, что широко употребляемые понятия исчезают в фундаментальной физике. Однако стоит только принять эту идею, как сразу возникает новая проблема. Как восстановить понятия нашего повседневного опыта? Как они возникают в нашем конкретном контексте?

Например, понятия «верх» и «низ» не входят в ньютоновские уравнения, но мы знаем, что они означают в схеме без абсолютного верха и низа. «Верх» и «низ» имеют смысл вблизи большой массы, такой как планета. «Низ» – это направление, в котором действует гравитационное притяжение близко расположенной большой массы; «верх» соответствует противоположному направлению. То же самое с «горячим» и «холодным»: на микроскопическом уровне не существует горячего или холодного, но когда мы объединяем большое число микроскопических составляющих и описываем их в терминах средних величин, появляется понятие тепла – горячим является тело с повышенной средней скоростью движения отдельных составляющих. Мы способны придать смысл понятиям «верх» и «горячее» в некоторых ситуациях – в присутствии по соседству большой массы, при работе со средними величинами для большого числа молекул и т. п.

Нечто подобное должно быть применимо и ко «времени». Если понятие времени не играет никакой роли на элементарном уровне, оно, конечно же, имеет большое значение в нашей жизни, так же как «вверх» и «горячее». Но что означает «течение времени», если время не участвует в фундаментальном описании мира?

Ответ прост. Происхождение времени может быть похоже на происхождение тепла: оно возникает при усреднении большого числа микроскопических переменных. Остановимся на этом подробнее.

То, что между временем и температурой есть связь, – древняя и неоднократно высказывавшаяся идея. Если вы задумаетесь над ней, то поймете, что все явления, в которых мы обнаруживаем ход времени, связаны также и с температурой. Самое заметное свойство времени состоит в том, что оно движется вперед, но не назад, То есть существуют необратимые явления. Механические явления – пока в них не участвует тепло – обратимы. Если снять их на камеру, а затем прокрутить фильм в обратном направлении, мы увидим нечто реалистичное. Если мы заснимем качающийся маятник или камень, подброшенный вверх и затем падающий, и прокрутим пленку назад, то увидим правдоподобное качание маятника или полет камня, поднимающегося, а затем падающего на землю.

Вы можете возразить, что когда камень достигает земли, он останавливается, и если смотреть фильм в обратном направлении, то камень будет сам подпрыгивать с земли, а это неправдоподобно. Но когда камень достигает земли и останавливается, куда уходит его энергия? В нагрев земли! В тот самый момент, когда порождается тепло, процесс является необратимым: прошлое отличается от будущего. И так во всем: тепло и только тепло позволяет различать прошлое и будущее.