Время как градиент энтропии

Вместо предисловия

Эта книга родилась из вопроса, который я задал себе, размышляя в обычный вечер. Я не физик и не философ по образованию, но меня всегда интересовало: что такое время на самом деле? Почему я чувствую его течение? И есть ли во всём этом моё место?

Чем дольше я размышлял, тем яснее становилось: наука и философия говорят об одном, но разными языками. Физика описывает время как параметр, термодинамика — как рост энтропии, а мы живём его как боль, радость, ожидание, потерю. Мне захотелось соединить эти языки в один — не для того, чтобы дать окончательный ответ, а чтобы поделиться маршрутом.

В этой книге нет формул, за которыми нужно следить с карандашом в руке. Есть идеи, которые я собирал по крупицам из научных статей, философских трактатов и собственного опыта. Я не претендую на истину, но я претендую на честность: я пишу так, как думал, и так, как пришёл к этим выводам.

Если эта книга покажется вам слишком личной — значит, я не ошибся. Потому что время, о котором я пишу, переживается не абстрактно, а всегда через себя. Я рассказываю о своём опыте, но, возможно, в нём вы узнаете свой.

И последнее. В работе я использую термины «физика», «философия», «экзистенция» не как разделы, а как слои. Я не пытаюсь смешать их, а стараюсь смотреть на одни и те же явления с разных высот. Где-то я буду упрощать, где-то — усложнять. Но везде — искать смысл, который стоит за словами. Ведь время — это не то, что случается с нами...

Глава 1. Природа времени.

«Что же такое время? Если

никто меня об этом не спрашивает,

я знаю, что такое время; если бы

я захотел объяснить спрашивающему

— нет, не знаю»

Аврелий Августин

Время — это не стрелка на часах. Это направление, в котором мир становится сложнее.

С этой фразы начинается, пожалуй, самое честное признание, которое мы можем сделать о времени. Мы все носим его в себе. Мы чувствуем его ход каждое утро, когда просыпаемся, и каждую ночь, когда засыпаем. Мы живём в нём, планируем его, боимся его нехватки и не знаем, что с ним делать, когда его слишком много. И при этом — мы не можем объяснить его природу.

В этом смысле время — самая интимная и одновременно самая загадочная категория бытия. Оно ближе к нам, чем пространство: мы не чувствуем пространство изнутри, но время мы чувствуем всегда — как пульс, как старение, как неизбежность. И оно же — самое далёкое от понимания. Мы знаем, что оно есть, но не знаем, что оно такое.

Физика, которая описывает почти всё, даёт время странную роль. В уравнениях Ньютона и Эйнштейна время — это просто параметр, координата, четвёртое измерение. Оно входит в формулы как буква t, и с ним можно обращаться как с длиной или скоростью. Но вот что удивительно: уравнения физики симметричны относительно обращения времени. Если заменить t на –t, большинство законов не изменятся. Закон сохранения энергии, уравнения Максвелла, даже общая теория относительности — все они работают одинаково, если время повернуть вспять.

А мир — не работает.

Мир имеет направление. Мы помним прошлое, но не помним будущее. Яйцо разбивается, но не собирается обратно. Мы стареем, но не молодеем. И физика, при всей её точности, молчит о том, почему это так. Она даёт нам формулы для расчёта траекторий, но не даёт ответа на вопрос: почему время течёт именно в эту сторону?

Этот разрыв — между физическим определением времени и нашим переживанием его — и есть главная загадка. Мы живём во времени как в потоке, а наука говорит о нём как о линии. Мы чувствуем его как стрелу, а в уравнениях это что-то вроде прямой, по которой можно двигаться в любом направлении.

И вот здесь, в этом промежутке между физикой и экзистенцией, появляется энтропия. Она — единственное известное нам физическое понятие, которое задаёт направление. Второе начало термодинамики говорит: энтропия замкнутой системы не убывает. Иными словами, мир движется от порядка к хаосу. Именно это движение — то самое «направление, в котором мир становится сложнее», — и есть время в его глубинном смысле.

Важно зафиксировать: время — это не то, что показывают часы. Это то, что мы чувствуем как изменение, как перетекание, как неизбежный переход от одного состояния к другому. И это чувство — не иллюзия. Это отражение самого фундаментального закона Вселенной.

Чтобы понять время, нужно понять энтропию. Не как формулу, а как ощущение.

Энтропию часто объясняют как «меру беспорядка». В горячем теле атомы движутся быстрее, хаотичнее, их возможных перестановок больше — энтропия высокая. В холодном теле движение замедляется, структура становится жёстче — энтропия низкая. Это верно, но слишком упрощенно. На самом деле энтропия — это мера количества способов, которыми можно переставить частицы системы, не меняя её макроскопического состояния. Чем больше способов — тем выше энтропия. И чем выше энтропия — тем ближе система к равновесию, к состоянию, в котором ничего не меняется.

Именно это понятие — статистический смысл энтропии — ввёл Людвиг Больцман во второй половине XIX века. Он показал, что энтропия системы пропорциональна логарифму числа доступных ей микросостояний1[1]. Второе начало термодинамики, сформулированное Рудольфом Клаузиусом в 1865 году, утверждает: энтропия замкнутой системы не убывает2[2]. В изолированной системе все естественно протекающие процессы идут так, что энтропия возрастает, стремясь к максимальному значению.

Иными словами, мир движется от порядка к хаосу. Не потому, что кто-то так решил. А потому, что хаотических состояний объективно больше, чем упорядоченных. Это не моральный закон — это статистика. Вселенная просто вероятнее в состоянии хаоса.

Но вот что важно: энтропия — это не только про газ в закрытом сосуде. Эрвин Шрёдингер в своей знаменитой книге «Что такое жизнь?» (1944) показал, что живые организмы существуют именно за счёт того, что они извлекают из окружающей среды отрицательную энтропию (негэнтропию)3[3]. Жизнь — это локальное снижение энтропии внутри себя за счёт её повышения вовне. Мы, живые существа, — это островки порядка в океане хаоса. И мы поддерживаем этот порядок ценой непрерывного усилия.

В этом смысле энтропия — это не просто физическая величина. Это направление, в котором движется всё. И если время — это направление, в котором мир становится сложнее, то энтропия — это механизм, который задаёт это направление. Именно поэтому в эксперименте 2026 года, когда атомы перестали менять своё распределение, время, внутри этой системы, остановилось. Потому что нечему было меняться. Потому что энтропия достигла локального максимума.

Энтропия — это не просто «беспорядок». Это статистическая неизбежность. И именно она, а не что-то иное, превращает время из прямой, по которой можно двигаться в любом направлении, в стрелу, которая летит только в одну сторону.

В 2026 году профессор Джованни Баронтини из Бирмингемского университета провёл эксперимент, который впервые позволил увидеть рождение времени в лабораторных условиях4[4].

Теоретической основой послужило уравнение Уилера-ДеВитта, согласно которому Вселенная на фундаментальном уровне представляет собой неизменное квантовое состояние, лишённое встроенного времени. В такой модели любое ощущение длительности должно возникать исключительно из внутренних изменений самой системы. Оставался вопрос: можно ли это проверить экспериментально?

Баронтини создал упрощённый аналог Вселенной — герметичную квантовую систему из облака 24 тысяч сверхохлаждённых атомов рубидия. Атомы были охлаждены до температуры в несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. При такой температуре они перешли в состояние конденсата Бозе-Эйнштейна — пятого состояния вещества, в котором частицы теряют индивидуальность и начинают вести себя как единый «суператом».

С помощью лазеров учёные разделили эту мини-вселенную на две области: наблюдаемую «светлую» и скрытую от измерений «тёмную». Атомы могли перемещаться между областями, но система была полностью изолирована от внешнего мира. При этом «светлая» область периодически расширялась и сжималась, моделируя циклы Большого взрыва и гипотетического Большого сжатия.

Главный результат оказался ошеломляющим: учёные обнаружили, что роль времени в системе играет изменение энтропии — меры беспорядка в распределении атомов между двумя областями. Пока атомы перемещались и перераспределялись, система демонстрировала направленное движение «вперёд» во времени. Когда же распределение частиц становилось постоянным и изменения прекращались — течение времени фактически останавливалось.

Баронтини назвал это явление «энтропийным временем».

Это время обладало всеми ключевыми свойствами привычного нам времени:

• Оно всегда текло в одном направлении — создавая чёткую «стрелу времени»;

• Оно корректно упорядочивало события даже при расширении и сжатии системы;

• Его скорость менялась в зависимости от того, как быстро изменялась энтропия.

Более того, исследователи доказали, что фундаментальное уравнение квантовой механики — уравнение Шрёдингера5[5] — может быть переписано с использованием энтропийного времени, что позволяет корректно описывать эволюцию квантовых систем без привязки к классическому хронометражу.

«В некоторых теориях Вселенной, особенно в квантовой гравитации, время не выступает в качестве встроенного свойства, — отмечает Баронтини. — Однако в повседневной жизни время течёт от прошлого к будущему. Почему это так, если большинство фундаментальных законов физики одинаково действуют как вперёд, так и назад? Данное исследование предоставляет первые контролируемые экспериментальные доказательства того, что время можно определить через изменения внутри системы, а не как внешний ход часов».

Этот эксперимент — не просто абстрактное достижение. Он даёт физикам лабораторный инструмент для изучения процессов, которые раньше были доступны только в виде математических моделей: рождение Вселенной, Большое сжатие, поведение материи вблизи чёрных дыр.

А для нас он подтверждает главное: время — это не внешний закон, навязанный Вселенной извне. Это внутреннее свойство системы, рождающееся из её изменения. Пока есть изменение — есть время. Когда изменения нет — время останавливается.

Из данного эксперимента следует важный вывод: время существует только там, где есть изменение энтропии. Но что происходит, когда энтропия достигает своего минимума или максимума? Что находится по ту сторону промежутка, в котором мы живём?

Представим себе шкалу. На одном её конце — 0% энтропии. Это состояние абсолютного порядка. Идеальный кристалл, в котором каждая частица занимает своё место, нет ни теплового движения, ни флуктуаций, ни малейшего изменения. Всё зафиксировано. Всё застыло.

Такое состояние в физике описывается третьим началом термодинамики, которое гласит: по мере приближения температуры к абсолютному нулю (0 Кельвинов, –273,15 °C), энтропия системы стремится к нулю. Абсолютный ноль — это температура, при которой «всё молекулярное движение прекращается». В этом пределе нет движения, нет обмена энергией, нет изменений.

Но вот что важно: абсолютный ноль недостижим. Чтобы охладить систему до него, потребовалось бы бесконечное количество шагов и бесконечная работа. Это математический предел, а не физическая реальность. Но как предел — он даёт нам понимание того, куда направлен процесс. Энтропия стремится к нулю, но никогда его не достигает.

На другом конце шкалы — 100% энтропии. Это состояние, которое в космологии называют тепловой смертью Вселенной. Второе начало термодинамики предсказывает, что энтропия замкнутой системы неуклонно растёт. Применительно ко всей Вселенной это означает, что она движется к состоянию максимального беспорядка.

Что это значит физически? Все звёзды погаснут. Вся материя распадётся, превращаясь в излучение. Температура выровняется во всём пространстве. Не останется ни градиентов, ни потоков энергии, ни макроскопических изменений. Вся энергия, которая когда-либо существовала, окажется рассеянной равномерно, и её нельзя будет использовать для совершения работы.

И вот что парадоксально: в этом состоянии время перестаёт иметь значение. Не потому, что его нет, а потому, что нечему меняться. Нет «раньше» и «позже», потому что нет процессов, которые можно было бы сравнить. Вселенная достигает термодинамического равновесия, и стрела времени исчезает.

При 0% энтропии — идеальный порядок, никаких изменений, время заморожено. При 100% энтропии — тепловая смерть, всё равномерно распределено, никаких градиентов — время тоже заморожено.

Два предела, два полюса, две бездны. Между ними — всё, что мы называем жизнью. Вся сложность, все выборы, вся красота и вся боль существуют только в промежутке, где энтропия растёт, но ещё не достигла максимума. Пока есть градиент — есть изменение. Пока есть изменение — есть время. Пока есть время — есть мы.

В этом смысле жизнь — это не борьба с энтропией. Это движение вместе с ней, осознанное движение от порядка к хаосу, от рождения к смерти, от «сейчас» к «потом». И единственное, что мы можем выбрать, — это то, как мы проходим этот путь.

Глава 2. Гравитация как локальное искривление стрелы времени.

''Разница между прошлым,

настоящим и будущим — всего

лишь упрямая, настойчивая

иллюзия"

Альберт Эйнштейн

До Эйнштейна время считалось абсолютным. Исаак Ньютон в своих «Математических началах натуральной философии» (1687) писал: «Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно»6[6]. Для Ньютона время было универсальным фоном, одинаковым для всех точек Вселенной, — прямой линией, по которой можно двигаться в любом направлении.

В 1907 году, ещё до завершения общей теории относительности, Альберт Эйнштейн предсказал, что гравитация должна влиять на течение времени7[7]. В 1915 году он завершил общую теорию относительности (ОТО), которая перевернула это представление8[8]. Оказалось, что время — не фон, а часть единой ткани пространства-времени. Массивные тела искривляют эту ткань, и одно из проявлений этого искривления — гравитационное замедление времени.

В общей теории относительности собственное время (время, измеренное неподвижными часами) течёт тем медленнее с точки зрения удалённого наблюдателя, чем сильнее гравитационное поле. Математически это описывается метрическим тензором пространства-времени: чем глубже в «гравитационной яме» (ближе к массивному объекту), тем медленнее идут часы.

Один из простейших способов выразить это — через гравитационное красное смещение: частота света, испущенного в сильном гравитационном поле, смещается в красную сторону для наблюдателя в более слабом поле. Формула для этого эффекта в слабом поле выглядит как Δv/v = gh/c², где g — ускорение свободного падения, h — высота, c — скорость света.

Экспериментальные подтверждения:

1. Эксперимент Паунда-Ребки (1959)9[9].

Первое прямое подтверждение гравитационного замедления времени было получено в Гарвардском университете физиками Робертом Паундом и Гленом Ребкой. Они измерили изменение частоты гамма-лучей от радиоактивного источника (железа-57) на протяжении 22,6-метровой башни. Эффект, предсказанный теорией, был исключительно слабым, но эксперимент подтвердил его с высокой точностью.

2. Gravity Probe A (1976)10[10].

В 1976 году был запущен космический аппарат Gravity Probe A со сверхточными атомными часами на борту на высоту 10 000 километров. Данные показали, что время на высоте идёт быстрее, чем на поверхности Земли, в полном соответствии с предсказаниями ОТО.

3. GPS-спутники (с 1970-х годов).

Самый повседневный пример — система глобального позиционирования (GPS). Спутники GPS находятся на высоте ~20 000 км, где гравитация слабее, и поэтому время для них идёт быстрее, чем на поверхности Земли. Специальная и общая теории относительности вместе дают поправку: часы на спутниках уходят вперёд примерно на 38 микросекунд в сутки. Без учёта этой поправки позиционирование ошибалось бы примерно на 11 километров в день.

Для количественного описания эффекта удобно использовать решение уравнений общей теории относительности для сферически-симметричного невращающегося тела — так называемую метрику Шварцшильда. В этой метрике зависимость темпа течения времени от расстояния до массивного объекта выражается простой формулой:

где:

— расстояние от центра объекта, выраженное в радиусах Шварцшильда;

— коэффициент замедления времени, то есть отношение интервала времени в гравитационном поле к интервалу времени в бесконечности (где гравитация пренебрежимо мала).

Область определения функции определяется физическим смыслом: x ≥ 1. При x = 1 мы находимся на горизонте событий — для внешнего наблюдателя время полностью останавливается (y = 0). При x → ∞ время стремится к нормальному течению (y → 1).

Эта формула — упрощение, но она точно описывает эффект для всех объектов, которые можно приблизить сферически-симметричным распределением массы (звёзды, чёрные дыры, планеты). Для реальных астрофизических объектов, таких как вращающиеся чёрные дыры, формулы сложнее, но качественная картина остаётся той же: чем ближе к массе, тем медленнее время.

Наглядное представление о том, как меняется течение времени в зависимости от расстояния, даёт график, построенный по формуле. На графике по горизонтальной оси отложено расстояние x (в радиусах Шварцшильда), а по вертикальной — коэффициент замедления времени y.

Зависимость коэффициента замедления времени y от расстояния x в метрике Шварцшильда.

График показывает:

• Вблизи горизонта событий (x ≈ 1) значение y стремится к нулю — время практически остановлено;

• По мере увеличения расстояния x коэффициент замедления времени y возрастает. Сначала быстро, затем медленнее.

• При больших значениях x (x ≫ 1) кривая асимптотически приближается к y = 1, что соответствует нормальному течению времени вдали от массивных объектов.

• График никогда не пересекает линию y = 1, так как для этого потребовалось бы бесконечно большое расстояние.

Такой график — не просто абстракция. Он лежит в основе расчётов для GPS-спутников, астрофизических наблюдений и даже для интерпретации данных о гравитационных волнах. Он показывает, что гравитация — это не просто «сила притяжения», а локальное изменение самой структуры времени, причём изменение, которое можно измерить и вычислить с высокой точностью.

Мы установили, что масса замедляет время. Но остался открытым вопрос: почему масса это делает? Что стоит за этим эффектом? Традиционная физика отвечает: потому что масса искривляет пространство-время. Но это — описание, а не объяснение. Это как сказать, что яблоко падает, потому что Земля его притягивает — мы описали закон, но не объяснили его природу.

В 1995 году американский физик Тед Якобсон предложил радикально новый взгляд11[11]. Он показал, что уравнения Эйнштейна могут быть выведены из первого начала термодинамики — то есть из законов теплоты и энтропии. Проще говоря, Якобсон продемонстрировал, что гравитация — это не фундаментальное свойство материи, а термодинамическое уравнение состояния пространства-времени. Гравитация возникает там, где есть градиент энтропии, точно так же, как давление возникает там, где есть градиент температуры.

В 2010 году нидерландский физик Эрик Верлинде пошёл ещё дальше. Он предложил теорию «энтропийной гравитации», в которой гравитация — это не сила вообще, а статистический эффект, возникающий из стремления Вселенной к увеличению энтропии12[12].

Представьте себе резиновый лист, на который положили тяжёлый шар. Лист прогибается — это привычная нам аналогия гравитации. Но что, если прогиб возникает не потому, что шар «тяжелый», а потому, что сам лист стремится принять такую форму, при которой его внутреннее напряжение минимально? Гравитация в теории Верлинде — это не «прогиб», а стремление системы к увеличению энтропии.

Верлинде утверждает, что гравитация возникает из изменения информации о положении материальных тел. Когда массивное тело находится в пространстве, оно изменяет количество доступных битов информации на так называемых «голографических экранах» — поверхностях, которые окружают тело. Изменение этой информации приводит к изменению энтропии. А изменение энтропии, в свою очередь, порождает силу, которую мы воспринимаем как гравитацию.

Верлинде вывел простую, но глубокую формулу:

где:

• F — сила гравитации;

• ΔR — изменение расстояния между телами;

•T — температура;

• ΔS — изменение энтропии.

Это уравнение говорит: гравитация — это сила, которая возникает, когда система стремится увеличить свою энтропию при изменении взаимного расположения масс. Это ровно та же логика, что и в обычной термодинамике: газ расширяется, потому что это увеличивает его энтропию. Так и тела притягиваются друг к другу — потому что это увеличивает энтропию системы.

Вернёмся к тому, с чего мы начали. Раннее мы говорили об эксперименте 2026 года, где время рождалось из изменения энтропии. Далее мы установили, что масса замедляет время. Теперь эти две идеи соединяются в одну:

Если гравитация — это энтропийная сила, а время — это мера изменения энтропии, то гравитационное замедление времени — это не два разных эффекта, а два проявления одного и того же процесса.

Масса создаёт градиент энтропии — локальное «сгущение» хаоса. Этот градиент искривляет стрелу времени (замедляет её). И это искривление мы воспринимаем как гравитацию. Гравитация — это не «сила», которая действует на время. Гравитация — это само искривление времени, вызванное неравномерным распределением энтропии.

Теория энтропийной гравитации, если она верна, меняет всё:

• Гравитация перестаёт быть фундаментальной. Она становится эмерджентным (возникающим) свойством, как температура или давление.

• Пространство-время перестаёт быть фундаментальным. Оно возникает из более глубоких, пока неизвестных нам степеней свободы — вероятно, связанных с информацией и энтропией.

• Время и гравитация оказываются одним и тем же явлением, рассмотренным с разных сторон.

Конечно, теория Верлинде остаётся гипотетической. Она пока не имеет полного экспериментального подтверждения, и в научном сообществе ведутся споры о её состоятельности. Но сама постановка вопроса — что гравитация может быть энтропийным эффектом, а не фундаментальным взаимодействием — открывает путь к переосмыслению самой природы реальности.

Теории Якобсона и Верлинде предлагают элегантное объяснение, но остаются предметом дискуссий. Экспериментального подтверждения того, что гравитация действительно является энтропийной силой, пока нет. Это — вопрос, на который физика ещё ищет ответ.

Но есть нечто, что перестало быть вопросом. Это — энтропийное время.

Эксперимент 2026 года, описанный раннее, не оставляет места для сомнений: время может быть определено как изменение энтропии. В замкнутой квантовой системе время текло ровно до тех пор, пока менялось распределение частиц. Как только энтропия достигала локального максимума — время останавливалось. Это не теория. Это измеренный факт.

Если время действительно рождается из изменения энтропии, то мы можем перейти от разрозненных наблюдений к целостной картине.

Представим себе пространство, в каждой точке которого определена энтропия — мера хаоса. В одних местах она выше (например, вблизи массивных тел или горячих областей), в других — ниже (в холодном космосе). Энтропия не распределена равномерно — она создаёт градиенты, перепады.

Теперь представим, что в каждой точке пространства существует вектор — стрелка, которая указывает направление наибольшего возрастания энтропии. Это и есть вектор времени.

Его направление — туда, где энтропия растёт быстрее всего.

Его длина (модуль) — скорость, с которой энтропия меняется в этой точке.

Чем круче градиент энтропии, тем быстрее течёт время. Чем он положе — тем медленнее. Если градиент равен нулю (энтропия всюду одинакова), вектор исчезает — время останавливается.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Больцман, Л. (1877). О связи между вторым началом механической теории тепла и теорией вероятностей, соответственно положениями о тепловом равновесии. Доклады Императорской академии наук в Вене.

Вернуться

2

Клаузиус, Р. (1865). О различных формах основных уравнений механической теории тепла, удобных для применения. Анналы физики и химии.

Вернуться

3

Schrödinger, E. (1944). What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell. Cambridge: Cambridge University Press.

Вернуться

4

Barontini, G. (2026). Testing the problem of time with cold atoms. Physical Review Research, 8(2), 023241.

Вернуться

5

Уравнение Шрёдингера (1925) — это главное уравнение квантовой механики. Оно описывает состояние микрочастиц (например, электронов или атомов) и то, как это состояние меняется с течением времени. По сути, это квантовый аналог законов движения Ньютона, но вместо траектории объекта оно рассчитывает вероятность найти частицу в той или иной точке пространства.

Вернуться

6

Ньютон, И. (1687). Математические начала натуральной философии

Вернуться

7

Эйнштейн, А. (1907). О принципе относительности и его следствиях.

Вернуться

8

Эйнштейн, А. (1915). Уравнения гравитационного поля. Доклады Прусской академии наук.

Вернуться

9

Паунд, Р. В., Ребка, Г. А. (1959). Гравитационный сдвиг частоты ядерного магнитного резонанса.

Вернуться

10

Вессо, Р., Левин, М., Мэттисон, Э. и др. (1980). Проверка релятивистской гравитации с помощью космического водородного мазера.

Вернуться

11

Якобсон, Т. (1995). Термодинамика пространства-времени: уравнение состояния Эйнштейна.

Вернуться

12

Верлинде, Э. (2011). О происхождении гравитации и законах Ньютона.

Вернуться