Другий закон термодинаміки

Питання 2017 року від Edge: Який науковий термін чи поняття має бути відомий ширше?

Другий закон термодинаміки формулює, що в ізольованій системі (такій, що не приймає енергії) ентропія ніколи не зменшується. (Перший закон полягає в тому, що енергія зберігається; третій – що температура абсолютного нуля недосяжна.) Закриті системи неминуче стають менш структурованими, менш організованими, менш здатними досягати цікавих і корисних результатів — аж поки вони не досягнуть рівноваги сірої, теплуватої, гомогенної монотонності, такими вони і залишатимуться далі.

У своєму первісному формулюванні другий закон стосується процесу, у якому використабельна енергія від різниці температур між двома тілами розсіюється у вигляді теплового потоку від теплого до холодного тіла. Як тільки стало зрозуміло, що тепло не є невидимою рідиною, а рухом молекул, була сформульована більш загальна, статистична версія другого закону. Тепер порядок можна охарактеризувати в термінах сукупності всіх мікроскопічно різних станів системи: з усіх цих станів ті, які ми вважаємо придатними, складають крихітну щіпку можливостей, в той час як безладні або марні стани становлять більшість. З цього випливає, що будь-яке збурення у системі – чи то випадкові коливання її частин, чи удар ззовні – буде, за законами ймовірності, підштовхнути систему до безладу або марності. Якщо ви відійдете від замку з піску, то завтра його вже не буде, бо вітер, хвилі, чайки і маленькі діти позсувають піщинки, які з більшою ймовірністю складуться в одну з величезної кількості конфігурацій, зовсім-зовсім не подібну на ваш замок.

Другий закон термодинаміки підтверджується в повсякденному житті, в таких, наприклад, приказках, як "прах ти є і у прах обернешся", "і все розсиплеться в порох", "іржа не спить", "світ не без фігні", "неможливо скласти розбите яйце", "що може піти зле, зле і піде", – і (від техаського законодавця Сема Рейберна) "кожен осел може розбити шопу, але треба теслю, щоб її збудувати".

Вчені вважають, що другий закон – це щось більше, аніж пояснення повсякденних неприємностей; це основа нашого розуміння всесвіту і нашого місця в ньому. В 1915 році фізик Артур Еддінґтон писав:

«Закон, що ентропія завжди збільшується, займає, на моє переконання, найвищу позицію серед законів природи. Якщо хтось вказує вам, що ваша люба теорія Всесвіту не узгоджується з рівняннями Максвелла, то тим гірше для рівнянь Максвелла. Якщо виявиться, що вона суперечить спостереженням, що ж, ці експериментатори часами женуть халтуру. Але якщо виявиться, що ваша теорія суперечить другому закону термодинаміки, я не можу вам дати ні крихти надії, вам нічого не лишається, крім як зіщулитись в повному приниженні.»

У своїй знаменитій лекції 1959 року «Дві культури та наукова революція» вчений і письменник Чарльз Персі Сноу свого часу прокоментував презирство до науки серед освічених британців:

«Багато разів я був в компанії людей, які за стандартами традиційної культури вважаються високоосвіченими і які з великим задоволенням висловлювали свій скепсис у зв'язку із некомпетентністю вчених. Кілька разів я в своєму збудженні питав товариство: хто з них міг би описати другий закон термодинаміки? Питання не викликало ентузіазму, зрештою, відповідь також була негативною. А я ж ставив науковий еквівалент питання: "чи читали ви Шекспіра?"»

А еволюційні психологи Джон Тубі, Леда Космідес і Кларк назвали недавню статтю про основи науки про розум «Другий закон термодинаміки – це перший закон психології».

В чому ж трепіт перед цим другим законом? Другий закон термодинаміки визначає граничну ціль життя, розуму і людського прагнення: використати енергію і інформацію, щоб зупинити потік ентропії і викроїти оазу цілющого порядку. Недооцінка невідворотної тенденції до безладу і нездатність цінувати викроєні нами дорогоцінні ніші порядку є основним джерелом людського глупства.

Почнім з того, що другий закон термодинаміки означає: в невдачі не обов'язково мусить бути винуватець. Найбільший прорив в науковій революції полягав в анулюванні тої інтуїції, що Всесвіт насичений цілями: що все відбувається з певної причини. В цьому примітивному розумінні, коли відбуваються погані речі – нещасні випадки, хвороби, голод – то хтось або щось мусіли хотіти, щоб вони сталось. Це, своєю чергою, спонукає людей шукати винуватця, демона, цапа офірного або відьму, щоб покарати. Галілей і Ньютон замінили це космічне мораліте грою механіки Всесвіту, де події викликаються умовами теперішнього, а не цілями майбутнього. Другий закон термодинаміки поглиблює це відкриття: мало того, що Всесвіту наплювати на наші бажання, але в природному ході подій він, здається, перешкоджає нам, бо є так багато варіантів, щоб все пішло не так, як би мало. Будинки горять, кораблі тонуть, через загублений цвях до підкови програють битви.

Бідність теж не потребує пояснення. В керованому ентропією та еволюцією світі це стан людства за замовчуванням. Матерія сама собою не компонується в житло чи одяг, а живі істоти роблять все можливе, щоб не стати нашою їжею. Що потребує пояснень — то це багатство. Однак більшість дискусій про бідність зводиться до обґрунтувань, кого в ній звинувачувати.

Загалом, недооцінка другого закону термодинаміки змушує людей бачити кожну невирішену соціальну проблему як знак того, що їхня країна рухається до прірви. Але ж наявність проблем у житті закладено в саму природу Всесвіту. І краще з'ясовувати, як їх вирішувати, застосовуючи інформацію та енергію, щоб розширити нашу оазу цілющого порядку, аніж почати з пожежі і сподіватися на краще.

Стівен Пінкер — професор відділення психології Гарвардського університету, автор «The Sense of Style» [Почуття стилю]

Steven Pinker
The Second Law of Thermodynamics
Edge, 2017
Переклад О.Д.