Законы микромира и стрела времени

Все основные структуры материи, составляющие наш мир в конечном счете можно представить как совокупность некоторых «элементарных кирпичиков» материи: частиц вещества и частиц - переносчиков взаимодействия. Законы движения на уровне микромира в настоящее время достаточно хорошо изучены. Важным свойством этих законов на атомно-молекулярном уровне является обратимость во времени. Это означает, что любой процесс в микромире обратим, т. е. может протекать как в прямом, так и в обратном направлении.

Казалось бы, из этого факта должна следовать обратимость всех движений во Вселенной, но на уровне макромира такой обратимости нет. В нашем мире время однонаправлено, и мы не можем вернуться в прошлое. Образно говоря, существует стрела времени.

Приведенное объяснение необратимости связано с хаотичностью движения микрочастиц. Она позволяет объяснить причину необратимости многих процессов, происходящих в природе.

Тепло всегда переходит от горячего тела к холодному, но не в обратном направлении. Если мы толкнем какое-либо тело, оно придет в движение, которое прекратится через некоторое время. Обратного процесса, когда покоящееся тело самопроизвольно начинает двигаться, в природе не наблюдают. Созревшее яблоко может упасть с дерева, но невозможно даже представить обратного процессе, когда яблоко самопроизвольно подскочит с земли.

Для всех перечисленных процессов характерно то, что конечное состояние является более вероятным, более хаотическим. Мерой хаотичности является величина, называемая энтропией. Во всех перечисленных процессах энтропия возрастает.

Казалось бы, согласно закону возрастания энтропии наш мир постоянно стремится к хаосу, т. е. все более неупорядоченному состоянию. В соответствии с этим законом все структуры нашего мира должны постепенно разрушаться. В свое время Р. Клаузиусом была сформулирована гипотеза «тепловой смерти Вселенной», которая произойдет после перехода к полностью хаотическому состоянию. Однако наряду с процессами движения к хаосу и разрушению мы постоянно наблюдаем обратные процессы - процессы перехода от хаоса к порядку, процессы, казалось бы, противоречащие закону возрастания энтропии.

Закон возрастания энтропии, обусловленный вероятностным движением в системе многих частиц, объясняет временну́ю необратимость процессов в макромире.

Читать далее