Что такое жизнь с точки зрения физики, и грозит ли нашей вселенной тепловая смерть?

Начнём с простого. Вероятно, вы эти картинки видели, но наберитесь чуточку терпения... Итак, это наша Вселенная. Каждая яркая точка здесь — это галактика.

В измерительном отрезочке – 2 мегапарсека, то есть 2 миллиона парсеков. Этот отрезок примерно в 60 раз больше нашей галактики!

Здесь масштаб уже 31 мегапарсек, то есть измерительный отрезок почти в 1000 раз больше нашей галактики. В таком масштабе видно, что галактики не разбросаны по Вселенной «в случайном порядке», как раскиданные по полу игрушки. Они образуют целые скопления и сверхскопления, которые соединяются между собой «волокнами» из межзвёздного газа. Между «узлами» и «волокнами» можно увидеть гигантские пустоты — астрономы называют их войдами.

На этой иллюстрации масштаб уже 125 мегапарсеков. Теперь видно, что наша Вселенная представляет собой волокнистую структуру, чем-то напоминающую… ткань живого организма под микроскопом! Сходство просто фантастическое!

Невольно вспоминаются слова физика-теоретика Джеймса Джинса: "Вселенная – это скорее не гигантская машина, а гигантская мысль". Кстати, из всех фото самого Джеймса Джинса на больше всего нравится вот это. (Ну, если что, он тут слева.)

А теперь немного о том, какое это всё может иметь значение.

В 1850 году немецкий физик Рудольф Клаузиус ввёл в науке понятие «энтропия» . Так он назвал бесполезную часть энергии, рассеивающуюся в пространстве.

Смотрите, каждый раз, чтобы заварить чашку чая или какао, нам приходится кипятить целый чайник воды. Часть воды используется, а всё остальное остывает. И так по много раз! Всякий раз, когда мы что-то делаем, помимо полезной энергии, совершающей работу, выделяется целая куча бесполезной энергии. Причём неумолимые математические формулы показывают: внутри замкнутой системы (скажем, нашей Вселенной) количество энтропии постоянно увеличивается, в то время как количество энергии остаётся неизменным...

Выяснив это, Клаузиус пришёл к очень грустному выводу: в будущем весь наш мир ожидает «тепловая смерть»…

Вся существующая энергия рано или поздно будет «размазана» по Вселенной, как крохотный кусочек масла по огромному бутерброду – причём на том самом «одном уровне», из которого извлечь работу ни при каких обстоятельствах не выйдет! Прекратится всякая жизнь, любое движение, вся Вселенная окажется тёмной, мёртвой, скованной лютым холодом – безо всякой надежды на возрождение. Жутковатая картина, правда? Однако вот что было дальше...

Английский физик Джеймс Максвелл для того, чтобы образно проиллюстрировать студентам связь между теплом и движением молекул, придумал вот какой красивый и любопытный пример.

Предположим, что у нас есть сосуд с газом одинаковой температуры. Этот газ состоит из огромнейшего числа молекул, которые движутся (в точности по формулам статистической физики!) с разными скоростями и в разных направлениях. Разделим этот сосуд напополам перегородкой, а в перегородке сделаем маленькую дверцу, возле которой посадим маленького, но разумного, очень юркого и наблюдательного демона.

Отдадим демону вот какой приказ: в правую половину сосуда пропускать только те молекулы газа, которые движутся быстро, а в левую – только те молекулы, которые движутся медленно. В результате работы «демона Максвелла» в правой половине соберутся только более быстрые молекулы, а в левой – более медленные; тогда в правой половине сосуда (снова в точности по формулам статистической физики!) температура «сама по себе» станет выше, а в левой – напротив, ниже. Правая половина нагреется, левая охладится.

Смотрите: сосуд с водой из примера Максвелла – это что? Замкнутая система!

Так вот, дело в том, что, поднимая температуру в одной половине сосуда и опуская в другой, разумный демон понижает его энтропию!

Значит, может быть такое, чтобы энтропия не росла, а снижалась? Значит, «тепловую смерть Вселенной» можно как минимум отсрочить, а то и вовсе перенести в неопределённо далёкое будущее?

Вопрос получается просто безумно интересный.

Одни исследователи совершенно справедливо указывали на то, что воображаемый «демон» не может сидеть возле дверцы и сортировать молекулы «просто так». Ведь ему для работы тоже нужна – что? – правильно, энергия! А она не берётся из ниоткуда – демона придётся «кормить» энергией. Без этого «демон» попросту выдохнется и погибнет – то есть за снижение энтропии в сосуде с газом расплатится необратимым повышением собственной энтропии (проще говоря, смертью).

Другие исследователи не менее справедливо возражали: главный секрет нашего демона заключается именно в том, что он живой. Живые организмы (в отличие от неживых физических тел) умеют продолжать сами себя в следующих поколениях, у них есть потомство! А это значит – другие демоны принесут нашему демону «обед»! И на место погибшего демона встанет другой – а энтропия газа в сосуде будет понижаться!

Жизнь – вот что способно противостоять энтропии!

Жизнь с точки зрения физики

Немецкий физик Эрвин Шрёдингер, внимательнейшим образом изучив этот вопрос, пришёл вот к какому выводу.

Рассуждения о незыблемости второго начала термодинамики и неизбежной «тепловой смерти Вселенной» не учитывают такое удивительное явление, как жизнь вообще, и разумная жизнь в частности.

Шрёдингер написал книгу, которая так и называется – «Что такое жизнь с точки зрения физики?». И в ней дал весьма примечательное определение: «Жизнь – это работа специальным образом организованной системы по понижению собственной энтропии за счёт повышения энтропии окружающей среды».

А если это так, то очень может быть, что жизнь возникла во вселенной не случайно – а именно для того, чтобы (сейчас или через миллиард лет, мы не знаем) сберечь вселенную от неминуемого прекращения существования.

А если и это так, то... вселенная – разумна?

Далее:

Что такое теория хаоса?

Что такое теория струн?

Что такое теория катастроф?

Что такое теория относительности? (Ну да, их две)

Как появилась квантовая физика?

Чем отличается живое от неживого, и может ли мёртвое ожить?

Друзья! Мы, авторы этого канала, делаем необычные детский журнал. В нём мы объясняем школьникам, что такое диалектика и как пользоваться "бритвой Оккама", чем отличается искусство барокко от искусства Возрождения, и почему (ну почему же?!..) нельзя делить на ноль. (Оказывается, иногда можно.) Полистать журнал можно здесь. Мы будем очень рады, если вы расскажете о нём знакомым, у которых есть дети!