гипнотизера; часть расходуется в виде усыпляющего вас тихого ритмичного шороха цепочки. Значит, на самом деле маятник сам по себе не сохраняет энергию, но ее сохраняет маятник в сочетании с окружающей его средой. Об этом и говорит нам первое начало.
В этой игре невозможно выиграть, потому что выиграть означало бы получить нечто (энергию), ничего не отдав взамен. Не забывайте, что магия работает только тогда, когда вы вкладываете по меньшей мере столько же усилий, сколько требует то же действие, произведенное без использования магии. Возможно, именно поэтому некоторые волшебники всегда пытаются заручиться помощью других магических существ. В фантастическом романе Сюзанны Кларк «Джонатан Стрейндж и мистер Норрелл» речь идет о возрождении магии в Англии XIX века; там волшебнику важнее всего залучить себе на службу эльфа, который будет выполнять его распоряжения. Выдающийся генетик Дж. Б. С. Холдейн, первопроходец применения статистики в биологии, написал серию книг о волшебнике по имени мистер Лики. В этих книгах рассказывается о похождениях мистера Лики, заставляющего целый паноптикум разнообразных магических существ выполнять его поручения (как волшебные, так и самые прозаические) в его лондонском доме и во время периодических путешествий на ковре-самолете; чайник ему согревает миниатюрный дракон.
Первое начало возникает из микроскопического мира вполне понятным образом: энергия сохраняется на микромасштабе и продолжает сохраняться на макромасштабе. Если предположить вслед за Больцманом, что движение отдельных частиц подчиняется ньютоновской механике, такое движение должно сохранять энергию по самой своей природе. Первое начало также затрагивает тепло, что более интересно с точки зрения эмерджентности, поскольку тепло определяется только в термодинамическом пределе. Чтобы рассмотреть возникновение тепла более подробно, обратимся ко второму началу. Нулевое и первое начала говорят нам о системах, уже достигших теплового равновесия; второе рассказывает, как именно они его достигают.
Остаться при своих невозможно
Однажды Тор, северный бог грома, вызвал обитателей города Утгарда на состязание в борьбе. Тор надеялся сразиться с грозными великанами Ётунхейма, но вместо них против него вышла старуха по имени Элли. Когда началась схватка, Тор понял, что не может справиться со старухой: чем упорнее он боролся, тем сильнее она становилась; в конце концов Тор опустился на одно колено, и его признали побежденным. Дело было в том, что Тор боролся вовсе не со старой женщиной, а с самой старостью.
Так рассказывает написанная в XIII веке «Младшая Эдда». Когда я слышал эту историю в детстве, мне, как я помню, казалось, что старость должно быть легко побороть – у нее наверняка слабые колени и больная спина. Но кто-то объяснил мне суть этой притчи: единственное, чего Тор никак не может победить, – это его собственная старость. А причиной тому второе начало термодинамики:
Невозможен процесс, единственным результатом которого является преобразование тепла в полезное движение.
Если первое начало говорит нам, что и тепло, и работа (полезное движение) являются формами энергии, то второе утверждает, что между ними есть важное различие. Полностью преобразовать полезное движение в тепло просто – именно этим занимались во время борьбы Тор и Элли, – но полностью преобразовать тепло в полезное движение невозможно. Какое отношение это утверждение имеет к несокрушимой силе Элли? Эта асимметрия приводит к постепенному превращению полезного движения в бесполезное тепло. Смерть и разложение неизбежны, и все на свете стремится к беспорядку. В игре в жизнь невозможно не только выиграть, но и остаться при своих: рано или поздно вы не можете не проиграть.
Ощущение проигрыша воплощается в идее необратимости. Почти все законы физики, все ее уравнения, с тем же успехом работают и в обратную сторону. Хрустальный шар может катиться вниз по склону, набирая скорость, а может катиться и вверх, пока не остановится. Часы гипнотизера раскачиваются как влево, так и вправо. Эти процессы обратимы: при просмотре их видеозаписи невозможно сказать, воспроизводится ли она нормально или задом наперед. Все законы физики за исключением горстки тонких квантовых процессов обратимы – кроме второго начала термодинамики: полезное движение можно полностью преобразовать в тепло, а обратный процесс невозможен. Это единственное в своем роде (не считая квантовых) правило замечательно тем, что говорит нам: движение в будущее отличается от движения в прошлое. Если убрать из реальности этот единственный закон, события, которые можно увидеть в видеозаписи, воспроизводимой задом наперед, будут случаться с той же вероятностью, что и при нормальном воспроизведении видео. Тем не менее наше существование совершенно необратимо: шрамы свидетельствуют о событиях прошлого, яйца разбиваются, но не восстанавливаются из разбитого состояния, а весь мир в целом движется к большему беспорядку.
Для точного численного выражения беспорядка в физике используется идея энтропии. Энтропия служит численным выражением того обстоятельства, что мы видим и ощущаем мир на макромасштабе, но не знаем почти ничего о том, что происходит на микромасштабе. Например, молекулы воздуха могут находиться в любых точках комнаты, но я могу уверенно установить лишь, что все они не скопились в одном ее углу (поскольку я могу дышать). Однако число вариантов расположения молекул, совместимых с моим наблюдением, все равно остается поистине астрономическим. Вспомним, что вся совокупность информации о молекулах (их положения и скорости) называется микросостоянием, а крупномасштабная информация (скажем, значения давления и температуры воздуха) – макросостоянием. Большее значение энтропии означает, что существует большее число микросостояний, совместимых с наблюдаемым макросостоянием.
Второе начало говорит нам, что со временем все системы стремятся к тепловому равновесию. Это макросостояние, совместимое с наибольшим числом возможных микросостояний: хотя существует много способов согнать весь воздух в один угол комнаты, способов распределить его приблизительно равномерно по всей комнате настолько больше, что мы всегда встречаемся именно с последним вариантом. Первый возможен, но крайне маловероятен. Второе начало есть утверждение статистическое и чисто эмерджентное: его можно объяснить за счет других явлений, но невозможно исключить из объяснения, оставив в нем только эти явления.
Кое-кому кажется, что второе начало противоречит здравому смыслу: например, говорят, что существование сложной, упорядоченной жизни, по-видимому, не согласуется с тенденцией к увеличению беспорядка. Из беспорядочного первичного бульона в конце концов возникли сложные организмы – например летучие мыши. Но хотя сложный живой объект – та же летучая мышь – находится в состоянии с низкой энтропией (существует гораздо больше вариантов конфигурации, в которых атомы, составляющие летучую мышь, образуют не действующую летучую мышь, а большую кучу неизвестно чего), процесс роста летучей мыши в утробе матери производит гораздо большее количество энтропии, так как мать ест больше пищи, чтобы потреблять больше энергии, и часть этой энергии выделяется в виде тепла. Жизнь – это процесс поглощения энергии и ее преобразования в тепло для того, чтобы не попасть в