Что такое энтропия и как она связана со временем?

И пример для текста взят с фильма Кристофера Нолана "Довод". Там герои сталкиваются с инверсией времени: пули залетают обратно в обойму, взорванные здания собираются из осколков, а инвертированные люди ходят задом наперед и дышат через маски.

Большинство зрителей плевались в кинотеатрах со словами: "Ну это же чистый бред и ненаучный вымысел!".

Но Нолан снова всех переиграл. Он не выдумал путешествия во времени из головы. В основу фильма легли абсолютно реальные законы физики: Второй закон термодинамики и Принцип самосогласованности Новикова. Давайте разберем, почему инверсия - это теоретически возможно, но изменить прошлое вам все равно никто не разрешит.

ГЛАВА 1. СТРЕЛА ВРЕМЕНИ И РАЗБИТАЯ ЧАШКА

В фундаментальной физике (в уравнениях Ньютона или квантовой механике) времени абсолютно всё равно, куда течь. Если вы запишете уравнение движения бильярдного шара вперед во времени, а потом подставите время с минусом (-t), математика не сломается. Шар просто покатится в обратную сторону по той же траектории. Законы микромира симметричны относительно времени.

Но почему же в нашей макроскопической реальности мы никогда не видим, как разбитая чашка сама собирается со пола и залетает обратно на стол?

За это отвечает Энтропия - мера хаоса и беспорядка во Вселенной. Второй закон термодинамики строго гласит:

В изолированной системе энтропия может только расти.

• Пример: Порядок всегда один (целая чашка), а вариантов беспорядка (осколков) - миллиарды. Вселенная чисто статистически стремится от порядка к хаосу.

Именно это необратимое нарастание хаоса и создает то, что физики называют Стрелой времени. Мы чувствуем ход времени из прошлого в будущее только потому, что хаоса вокруг становится больше.

Нолан в "Доводе" предположил гениальную вещь: а что если физически инвертировать энтропию отдельно взятого объекта или человека? Сделать так, чтобы для его атомов стрела времени развернулась, и он начал стремиться от хаоса к порядку относительно всей остальной Вселенной?

ГЛАВА 2. ПОЧЕМУ В ПРОШЛОМ НЕЛЬЗЯ ДЫШАТЬ: БИОЛОГИЧЕСКИЙ БАГ ИНВЕРСИИ

В фильме есть важная деталь: все персонажи, которые проходят сквозь турникет и начинают двигаться назад во времени, обязаны носить маски с кислородными баллонами. Зачем? Ведь в прошлом тоже есть воздух!

Нолан здесь проявил глубочайшее понимание биофизики.

Дыхание - это не просто механическое всасывание воздуха легкими. Это химическая реакция, которая подчиняется Второму началу термодинамики. Когда обычный воздух касается легких, молекулы кислорода проникают сквозь мембрану в кровь, а углекислый газ выходит наружу. Этот процесс (диффузия) идет строго в одну сторону - в сторону увеличения энтропии. Молекулы стремятся перемешаться.

Но если вы инвертированы, для вашего тела время идет назад, а для молекул окружающего воздуха - вперед.

Когда вы попытаетесь сделать вдох в прошлом обычным воздухом, мембраны ваших легких на квантовом уровне сработают наоборот. Инвертированная химия вашего тела будет пытаться отдать кислород наружу и всосать углекислый газ. Обычный воздух для инвертированных легких становится физически непроходимым. Без своего инвертированного кислорода из баллона человек в прошлом просто мгновенно задохнется.

То же самое касается и тепла. Помните сцену, где инвертированная машина взрывается, а главный герой вместо ожогов получает обморожение?

Это чистая термодинамика. В обычном мире взрыв передает тепло телу (энтропия растет). Но для инвертированного героя огонь забирает тепло из его кожи, стремясь к термодинамическому равновесию с его личной стрелой времени. Тепловой поток разворачивается в обратную сторону.

ГЛАВА 3. ПРИНЦИП НОВИКОВА: ПОЧЕМУ ВСЕЛЕННАЯ НЕ ДАСТ УБИТЬ ДЕДУШКУ

А теперь перейдем к главному вопросу всех фильмов про путешествия во времени:

В "Доводе" ответ дается жестко:

"Что случилось, то случилось".

И это не просто красивая фраза, а Принцип самосогласованности Новикова, сформулированный советским физиком Игорем Новиковым в 1980-х годах.

Новиков математически доказал, что если путешествия в прошлое возможны, то существует только один тип временных петель - самосогласованные. Вы не можете вернуться назад и убить своего дедушку в детстве. Почему? Потому что вы уже не убили его, раз вы стоите здесь живой.

Если вы попытаетесь это сделать, Вселенная не начнет расщепляться, и вы не исчезнете, как Марти Макфлай. Законы физики просто подстроят события так, что пистолет даст осечку, вы промахнетесь, или перепутаете дом. Любая ваша попытка изменить прошлое окажется частью того самого прошлого, которое привело вас к решению отправиться назад. Вы не меняете историю, вы её исполняете.

Инвертированные пули в стенах оперного театра в начале фильма лежали там именно потому, что в будущем главные герои их туда "выстрелят" задом наперед. Прошлое и будущее в "Доводе" намертво сшиты в единый, неизменяемый Блочный Кристалл Вселенной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кристофер Нолан создал уникальный фильм, где время - это не магия, а физическое свойство термодинамики. Инверсия энтропии заставляет мир течь вспять, но оставляет нерушимой причинно-следственную связь. Мы заперты внутри одной жесткой кинопленки, где каждый кадр уже напечатан.

Пост написан мной. Пишите в комментарии, поняли ли вы сюжет "Довода" с первого раза, или пришлось пересматривать? Всем удачи!

P.S. У меня в профиле еще много интересного!

3. Солнце защищает нас от космоса. Гелиосфера — пузырь, созданный солнечным ветром — отражает часть межзвёздного излучения и космических лучей. Это наш щит в пустоте. Его гравитация держит нас на орбите. И не только Землю — всю Солнечную систему, включая астероиды и кометы, удерживает масса Солнца. Оно буквально задаёт пространство, в котором мы существуем.

4. Оно задаёт ритм жизни. Суточные и сезонные циклы диктуют биологические часы всех живых существ: когда спать, когда размножаться, когда мигрировать. Без этих ритмов биосфера распалась бы на хаос. Солнце управляет климатом и погодой. Оно гоняет атмосферные фронты, испаряет океаны, создаёт ветра и течения. Без этого не было бы ни дождя, ни пресной воды, ни умеренного климата.

Солнце не требует веры — оно просто есть. Его можно увидеть, измерить, почувствовать на коже. В каком-то смысле это самый честный «бог», какой только можно себе представить: он не говорит, что делать, но без него ничего не было бы вообще