То же надо сказать и об опыте с чернилами. При случайных взаимодействиях гораздо вероятнее, что молекулы чернил рассеются по всему сосуду, чем то, что они направленно станут собираться в каплю. Равномерное распределение чернил по сосуду с водой отвечает наибольшему беспорядку.

Таким образом, вероятностные законы статистики при случайных взаимодействиях определяют направление необратимых процессов.

Если процесс начинается с какого-то хотя бы частично упорядоченного состояния, то сам по себе, без внешних воздействий он развивается в сторону беспорядка.

Если мы хотим навести порядок в системе, то должны на нее извне воздействовать. Например, мы можем заставить течь тепло от холодного тела к горячему. Так работают домашние холодильники. В них тепло из холодильной камеры с пониженной температурой «перекачивается» во внешнюю атмосферу, температура которой выше, чем температура камеры. Но для этого должен работать мотор холодильника, должна затрачиваться энергия.

Очень важно, что, создавая более упорядоченное состояние в какой-либо системе, влияя при этом на нее извне из еще большей системы, мы совершенно обязательно вносим дополнительный беспорядок в эту большую систему. Так при «перекачке» тепла из холодильника в атмосферу работающий мотор выделяет дополнительное тепло и еще больше нагревает атмосферу, увеличивая «хаос» движения молекул в ней. Законы термодинамики гласят, что «хаос», внесенный в большую систему, обязательно превышает «порядок», устанавливаемый в меньшей системе. Так что в целом в мире «хаос», энтропия должны только нарастать, несмотря на то, что в отдельных его частях может устанавливаться порядок.

У. Томсон и Р. Клаузиус поняли, какое важнейшее значение имеет открытый ими закон термодинамики для эволюции всей Вселенной. Действительно, для всего мира обмен энергией с какими-то «другими системами» невозможен, то есть Вселенная должна рассматриваться как изолированная система. Значит, во Вселенной все виды энергии должны перейти в конце концов в тепло, а тепло должно равномерно распределиться по веществу, после чего все макроскопические движения прекратятся. Хотя закон сохранения энергии при этом не нарушается, энергия никуда не исчезает и остается в виде теплоты, но она оказывается «бессильной», лишенной возможности превращения, возможности совершать работу движения. Такое мрачное состояние получило название «тепловой смерти» Вселенной. Читатель, наверное, согласится, что такое название очень точно характеризует саму суть состояния.

Мы теперь знаем, что буквально в том виде, как это делали У. Томсон и Р. Клаузиус, выводы о тепловой смерти ко Вселенной неприменимы. Дело в том, что Вселенная нестационарна, она взорвалась в прошлом, и, кроме того, в процессах, происходящих в космосе, существенно тяготение. Все это не могло быть тогда учтено основоположниками термодинамики. Как конкретно развивается Вселенная, мы уже рассказали. Сейчас происходят бурные процессы рождения и эволюции миров. Однако надо подчеркнуть, что вывод о постоянном росте энтропии во Вселенной правилен.

Итак, во Вселенной идет необратимый процесс роста энтропии. Не он ли определяет направление бега времени? Безусловно, как общая тенденция для всей Вселенной рассмотрение необратимых процессов должно иметь отношение к бегу реки времени. Но давайте вспомним, что «бег времени» проявляется в любых процессах, даже самых элементарных. И во всех таких процессах, происходящих далеко друг от друга, он протекает, насколько мы знаем, согласованно в одну сторону. Откуда такое согласование? Сказывается ли на них как-то общий рост энтропии всей Вселенной? Может быть, и сказывается, но каким образом — мы об этом пока ничего не знаем.

Когда задумываешься над тем, какое глобальное явление природы может определить направленный бег времени, то невольно приходит мысль о расширении Вселенной.

Может быть, направление времени совпадает с направлением процесса увеличения расстояний между галактиками в ходе расширения Вселенной? Такую идею высказал английский ученый Ф. Хойл.

Для обозначения направления течения времени А. Эддингтон придумал даже специальное название — «стрела времени». По мнению А. Эддингтона, Ф. Хойла и некоторых других «стрела времени» существует, потому что Вселенная расширяется. Если в будущем расширение сменится сжатием, то, по мнению этих ученых, изменится и направление «стрелы времени».

Такую гипотезу можно было бы обсуждать, если бы расширение Вселенной, разбегание галактик как- то сказывалось в каждом месте, в каждой точке пространства. Например, если при этом было бы всеобщее растяжение всех тел, всех длин, если бы с расширением Вселенной увеличивались бы размеры звезд и планет, размеры наших тел и атомов с их ядрами и так далее. Но ничего подобного нет.

В сегодняшней Вселенной удаление друг от друга далеких галактик никак не влияет на процессы в звездах, на их размеры, на размеры других небесных тел или атомов вещества. А раз нет физического влияния, то непонятно, как разбегание галактик может определять течение времени в процессах, происходящих, например, на планетах или в реакциях элементарных частиц. Против возможности определения «стрелы времени» расширением Вселенной решительно возражал Я. Зельдович.

В нашей монографии «Строение и эволюция Вселенной», написанной с Я. Зельдовичем, приводится такой пример.

«Представьте себе ракету, запущенную со скоростью меньше второй космической… Такая ракета сперва поднимается, удаляется от Земли, затем, достигнув определенной максимальной высоты, она начинает падать.

Ясно, что на этой высоте не происходит перестройка каких-либо физических законов в ракете: в частности, монотонно идут часы, помещенные на ракете. Переход от расширения к сжатию в закрытой Вселенной полностью аналогичен переходу от подъема к опусканию ракеты. Поэтому совершенно ясно, что в момент максимального расширения Вселенной «стрела времени» не меняет направления. Если бы она сменила направление, то в сжимающейся Вселенной лучи света, например, вместо того, чтобы излучаться звездами и уходить в мировое пространство, входили бы в звезды и т. д. Это явно бессмысленно… после смены расширения сжатием еще очень долго плотность излучения во Вселенной будет мала, звезды будут излучать свет, и все локальные процессы во Вселенной будут продолжать течь в том же направлении.

Связь «стрелы времени» с расширением есть (очень важное, разумеется) свойство нашей Вселенной в настоящее время, но эта связь не может быть использована как определение «стрелы времени» для определения понятия будущего.

Приведенные соображения весьма элементарны. Единственным извинением того, что мы их здесь приводим, является настойчивое повторение ошибочных взглядов в литературе».

Есть в природе еще один род специфических процессов, который явно «чувствует», что время течет только в одном направлении. Это психологические процессы, благодаря которым мы ощущаем, что время течет от прошлого к будущему. Направленность такой «психологической стрелы времени» определяется тем, что мы помним прошлое и не помним будущего.

Итак, мы познакомились с тремя видами явлений в природе, которые явно несимметричны во времени и протекают однонаправленно по крайней мере в сегодняшней Вселенной.

Первый класс явлений — это термодинамические процессы. Они протекают в направлении увеличения беспорядка и роста энтропии. Такие процессы определяют «термодинамическую стрелу времени».

Второе явление — это расширение нашей Вселенной: оно определяет «космологическую стрелу времени».

Третий класс явлений — это наши психологические процессы, дающие субъективное ощущение течения времени. Наша память прошлого и незнание будущего определяют «психологическую стрелу времени».

Загадкой является тот факт, что все три «стрелы» направлены в сегодняшней Вселенной в одну сторону.

С. Хоукинг в недавно вышедшей книге «Краткая история времени» обсудил эту проблему, и мы приведем здесь некоторые его соображения.

Начнем с «термодинамической стрелы времени». Мы уже знаем, что она всегда указывает в направлении увеличения беспорядка, ибо путей к увеличению беспорядка всегда несравненно больше, чем ведущих к упорядочению. Поэтому с гораздо большей вероятностью увеличивается «хаос», чем наступает порядок. Покажем, что «психологическая стрела времени» должна совпадать с «термодинамической стрелой времени».