Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Основатель крупнейшей биофизической школы Л. А. Блюменфельд на основании расчёта продемонстрировал, что использование энтропии как меры упорядоченности в применении к биосистемам лишено всякого смысла. Расчёт показал, что упорядоченность человеческого организма можно оценить приблизительно в 300 энтропийных единиц – настолько меняется энтропия 170 грамм воды при её испарении. Согласно физическим критериям, любая биологическая система упорядочена не больше, чем кусок горной породы того же веса[83].

Как видим, к системам определённой динамической структуры Второе начало термодинамики может оказаться неприложимым.

Вернёмся к нашему стакану, но для большей наглядности на примере архитектурного сооружения попытаемся выяснить, где хранится информация о форме физических тел и что с ней происходит после их разрушения.

Разобрав построенное по архитектурным чертежам здание на «элементарные» кирпичи, мы увидим, что вся информация о его форме и объёме исчезла. Ни количество кирпичей и их форма, ни внутренний состав и строение кирпича, ни свойства раствора, связывающего кирпичи, не содержат практически никакой информации о первоначальном виде разрушенного здания. Как оказалось, форму и объём здания определяла информация, расположенная на его двухмерной поверхности. Полностью разрушив поверхность, мы уничтожили информацию не только о внешнем виде здания, но и о его объёме.

Разрушенное здание можно полностью восстановить, причём не только из старых кирпичей, но из новых и необязательно прежних размеров и формы, при условии, что известен его код происхождения – проект здания. Здесь мы обращаем особое внимание на то, что информация о форме и объёме физического тела – это реальная информация, и её можно скопировать, например, создав голограмму или другими известными способами.

Имея полную информацию о поверхности тела, можно определить его объём при условии, что поверхность замкнута (непрерывна). Например, зная окружность шара, легко вычислить его объём. Одна из особенностей поверхности шара (сферы) в том, что у неё наименьшая площадь из всех поверхностей, ограничивающих данный объём, и это имеет строгое доказательство. Следствие этого, при слиянии двух тел сферической формы суммарная площадь их поверхности всегда возрастает.

В общем виде любое пространственное тело ограничено множеством поверхностей, и чтобы определить его объём, нужно вычислить тройной интеграл. Смысл интегрирования состоит в том, что произведение dx·dy·dz («длина» × «ширину» × «высоту») равно бесконечно малому объёму dV элементарной части тела.

Парадоксальным объектом в этом плане является «бутылка Клейна», впервые описанная немецким математиком Феликсом Клейном в 1882 году. «Бутылка Клейна» – это определённая неориентируемая поверхность (двухмерное разнообразие) первого рода, у которой нет различия между внутренней и внешней сторонами. Попасть с внешней стороны на внутреннюю, можно не проходя сквозь поверхность, поэтому в пространстве она ограничивает собой нулевой объём.

«Бутылку Клейна» можно погрузить в трёхмерное евклидово пространство N=3, но она не может существовать в нём, однако вкладывается в пространство N=4. Из этого следует, что в трёхмерном пространстве невозможно построить абсолютно правильную «бутылку Клейна» без пересечения поверхностей, но в четырёхмерном измерении это возможно.

Как было показано, информация об объёме физического тела хранится на его поверхности. В 1993 году голландский физик-теоретик Герард 'т Хоофт применив «голографический принцип» продемонстрировал, что на поверхности тела можно сохранить информацию, заключённую в его объёме, и таким образом попытаться разрешить парадокс чёрной дыры.

Парадокс состоит в следующем. Если применить к чёрной дыре одновременно ОТО и квантовую теорию, окажется, что чёрная дыра уничтожает информацию, содержащуюся в материи, а это несовместимо с законами квантовой механики. Решения этого парадокса в настоящее время нет. Предполагается, что для его разрешения возможны два варианта:

а) информация полностью уничтожается при испарении чёрной дыры, а значит, с этим процессом связаны новые физические законы;

б) испускаемое излучение (излучение Хокинга) каким-то образом содержит в себе эту информацию, следовательно, оно представляет собой нечто большее, чем известно науке[84].

Было обнаружено, что спектр излучения чёрной дыры для безмассовых полей строго совпадает с излучением абсолютно чёрного тела. Это позволило применить весь аппарат термодинамики к чёрной дыре, положив, что сила гравитации играет роль температуры, а площадь поверхности горизонта событий пропорциональна энтропии. Такой подход к чёрной дыре указывал на то, что чёрная дыра должна иметь конечную температуру и излучать энергию. Предположив, что чёрная дыра подчиняется законам термодинамики, английский физик-теоретик Стивен Хокинг показал, что излучение чёрной дыры возникает за счёт квантовых эффектов вакуума.