Энтропия — это одна из тех пугающе глубоких концепций, которые составляют ядро целых областей физики (в данном случае термодинамики), которая, к сожалению, настолько математическая, что ее трудно объяснить простым языком. Но мы попробуем. Всякий раз, когда я вижу слово «энтропия», я предпочитаю заменять его фразой «подсчет количества способов, которыми я могу изменить сценарий, оставив его практически таким же». Это немного громко сказано, я согласен, и так энтропия придется сделать.
Вы встаете утром в выходной день и решаете, наконец, взяться за монументальную задачу по уборке спальни. Вы берете, чистите, складываете и убираете свою одежду. Вы поправляете простыни. Ты взбиваешь подушки. Вы организуете свой ящик для нижнего белья. После нескольких часов усилий вы отступаете, чтобы полюбоваться своей работой, но уже чувствуете чувство беспокойства в животе. Вскоре вы просто знаете, что снова будет беспорядок.
Вы инстинктивно знаете это, потому что есть только один единственный способ создать идеально упорядоченную комнату, в которой для всего найдется место и все будет на своем месте. Есть только один способ реализовать этот точный сценарий. Поскольку теперь вы знакомы с этим словом, вы можете смело его использовать: можно сказать, что идеально чистая комната имеет очень низкую энтропию.
Внесём некоторый беспорядок. Вы берете один непарный носок и бросаете его в свою комнату. Теперь это беспорядок. И вы можете определить количественную оценку мера об этом безобразии. Ваш одинокий носок может валяться на полу. Это может быть на кровати. Он может наполовину торчать из ящика. Есть несколько способов изменить этот сценарий – появление одного неопрятного носка в вашей комнате – сохранив при этом общую картину. Энтропия выше.
И тут в комнату врывается ваша собака, или ваши дети, или ваша собака и дети. Наступает хаос. Ничто не находится там, где должно быть, и существует почти конечное количество способов достичь того же уровня беспорядка. Энтропия – и разочарование – действительно очень высоки.
Физикам нравится использовать энтропию, потому что она также служит удобным способом кодирования информации в системе. Таким образом, измеряя энтропию – величину, с которой физики очень удобно обращаться – они также могут получить контроль над количеством информации в системе.
Это применимо к любой системе во Вселенной, например, к черным дырам.
Начиная с 1981 года физик Якоб Бекенштейн, чьи работы едва заставили нас сослаться на Излучение Бекенштейна – открыл два замечательных, неочевидных факта о черных дырах и их горизонтах событий. Во-первых, объем, содержащийся в черных дырах, представляет собой абсолютное наибольшее количество энтропии, которое может иметь любой объем аналогичного размера во Вселенной.
Другими словами, черные дыры — это сферы максимальной энтропии. Позвольте этому осознаться. Независимо от того, насколько грязной становится ваша комната, независимо от того, насколько вы намеренно или непреднамеренно увеличиваете ее энтропию, вы никогда, никогда не сможете превзойти энтропию черной дыры размером с комнату. Этот факт должен немедленно вызвать некоторые тревожные, но интригующие вопросы. Почему из всех чудесных творений во Вселенной природа выбрала черные дыры содержать наибольшую энтропию? Является ли это простым совпадением или это учит нас чему-то ценному о связи между квантовой механикой, гравитацией и информацией?
Это чувство одновременного беспокойства и волнения должно усилиться, когда вы узнаете второй факт о черных дырах, открытый Бекенштейном. Когда вы добавляете информацию в черную дыру, она становится больше. Это само по себе неудивительно, но черные дыры – и только черные дыры – растут таким образом, что их площади поверхностиа не их объемы растут пропорционально количеству поступающей в них новой информации.
Если вы возьмете любую другую систему во Вселенной — звезду, поглощающую планету, вы — чизбургер, — энтропия и информация объединенной системы возрастут. И громкость тоже (как для звезды, так и для вас). Причем объем увеличивается пропорционально увеличению количества информации. Но черные дыры по какой-то причине, которую мы до сих пор не понимаем, бросают вызов этой интуитивной картине, основанной на здравом смысле.
