Как хаос рождает порядок: физики нашли мост между энтропией и сложностью Вселенной

Профессор математики Джинестра Бьянкони из Лондонского университета королевы Марии предложила новую теоретическую модель, которая объясняет, как во Вселенной, несмотря на неуклонный рост энтропии, могут появляться сложные структуры. Исследование опубликовано в авторитетном научном журнале Physical Review D. Ученый показала, что ключ к разгадке кроется в различии между общим ростом хаоса и локальным уменьшением энтропии на единицу объема, что позволяет согласовать термодинамику с гравитацией.

В физике существует одно фундаментальное правило, которое считалось незыблемым: второй закон термодинамики. Он утверждает, что в любой изолированной системе, какой является наша Вселенная, общий уровень беспорядка, или энтропия, может только возрастать. Это похоже на разбитую чашку, которая никогда сама собой не склеится, или на дым, который рассеивается по комнате, но не собирается обратно. Этот закон настолько важен, что сам Альберт Эйнштейн считал его самым основополагающим среди всех законов природы.

Однако здесь возникает парадокс. Если Вселенная движется только к хаосу, то откуда в ней взялись галактики, звезды, планеты и сама жизнь? Все эти объекты примеры высочайшей упорядоченности и сложности. Ранняя Вселенная была горячим и относительно однородным «супом» из частиц, а сегодня мы видим удивительную структуру. Как рост энтропии (увеличение хаоса) уживается с появлением порядка? Эта загадка долгие годы не давала покоя космологам.

Профессор Бьянкони предлагает оригинальный ответ на этот вопрос в рамках своей теории, которая называется «гравитация, вытекающая из энтропии» (The Gravity From Entropy (GfE). Согласно этой идее, гравитация – это не просто фундаментальная сила, а скорее следствие информационных и термодинамических процессов, происходящих в самом пространстве-времени. В своей работе она рассматривает Вселенную с точки зрения термодинамики, но приходит к неожиданному выводу.

Исследование показывает, что если смотреть на Вселенную в целом, то второй закон термодинамики строго соблюдается: общая энтропия действительно неуклонно растет. Однако ситуация кардинально меняется, если рассматривать локальные участки пространства. Оказывается, что энтропия, приходящаяся на единицу объема, со временем уменьшается. Проще говоря, каждый конкретный кубический метр пространства становится более упорядоченным, хотя во всем остальном объеме хаоса становится больше. Это открытие и становится мостом, который соединяет глобальное стремление к хаосу с локальным возникновением сложности.

В основе этого эффекта лежит расширение Вселенной. Поскольку пространство постоянно увеличивается, локальный «элемент объема» растет. Теория Бьянкони показывает, что именно это расширение создает условия, при которых локальная упорядоченность может возрастать, не нарушая при этом общий закон роста энтропии. Интересно, что в рамках этой модели даже появляются такие знакомые нам понятия, как температура и давление, что указывает на внутреннюю тепловую природу самого пространства-времени на квантовом уровне.

Эта теория пока находится на ранней стадии разработки и требует дальнейшей проверки, но она уже предлагает свежий взгляд на давние противоречия между общей теорией относительности, квантовой механикой и термодинамикой. Модель Бьянкони позволяет по-новому взглянуть на темную энергию – загадочную силу, заставляющую Вселенную расширяться с ускорением, трактуя ее как проявление внутренней энергии самой гравитационной системы. Таким образом, работа указывает на глубокую связь между информацией, пространством-временем и возникновением структур.

В конечном счете, исследование демонстрирует, что рост сложности во Вселенной не противоречит второму закону термодинамики, а является его естественным следствием в условиях постоянно расширяющегося пространства. Предложенная модель гравитации предлагает элегантное решение, позволяющее рассматривать появление галактик, звезд и жизни не как случайность или нарушение законов физики, а как неотъемлемую часть единого термодинамического процесса, в котором локальный порядок возникает за счет глобального увеличения энтропии.,

Присоединяйтесь к нам в соцсетях