Отже, ми повинні тепер поговорити про те, що розуміти під безладом і що — під порядком. Річ не в тому, що порядок приємний, а безлад неприємний. Наші перемішані й неперемішані гази відрізняються таким. Нехай ми поділили простір на маленькі елементи об'єму. Скількома способами можна розмістити білі й чорні молекули в елементах об'єму так, щоб білі опинилися на одному боці, а чорні— на протилежному? І скількома способами можна їх розмістити без цього обмеження? Ясно, у другому випадку способів набагато більше. Ми вимірюємо «безлад» у чомусь за числом способів, яким може бути переставлений його вміст, аби тільки зовні все виглядало без змін. Логарифм числа способів — це ентропія. У циліндрі з розділеними газами число способів менше і ентропія менша, тобто менший «безлад».
Користуючись цим технічним визначенням «безладу», можна зрозуміти наше твердження. По-перше, ентропія вимірює «безлад». По-друге, Всесвіт завжди переходить від «порядку» до «безладу», тому ентропія завжди зростає. Порядок не є порядком у тому сенсі, що саме це розташування молекул нам подобається; сенс у тому, що число різних способів розставити молекули (аби тільки з боку розташування виглядали однаково) відносно обмежене. Коли ми крутили назад наш фільм про перемішування газів, було не так уже й багато безладу. Кожен окремий атом мав точнісінько потрібну швидкість і напрямок, щоб вийти куди належить! Ентропія була загалом невисока, хоча це й не було помітно.
А що можна сказати про необоротність інших фізичних законів? Коли ми розглядали електричне поле заряду, що прискорюється, було сказано, що ми повинні брати запізніле поле. У момент t на відстані r від заряду треба брати поле, створене прискоренням у момент t—r/с, а не в момент t+rjc. Тому закони електрики на перший погляд необоротні. Разом з тим дуже дивно, що ці закони випливають з рівнянь Максвелла, які насправді оборотні. Однак можна навести довід, що якби ми користувалися тільки випереджальним полем, полем, що відповідає стану справ у момент t+r/c, і зробили це цілком послідовно в повністю замкненому просторі, то все відбувалося б точнісінько так само, як при вживанні запізнілих полів! Ця позірна необоротність у теорії електрики, таким чином (принаймні в замкненій порожнині), зовсім не є необоротністю. Ви це повинні вже трохи самі відчувати; ви вже знаєте, що коли коливний заряд створює поле, яке відбивається від стін оболонки, то врешті-решт встановлюється рівновага, в якій однобічності немає місця. Запізнілі поля — тільки прийом, зручний метод розв'язання.
Наскільки нам відомо, усі основні закони фізики, подібно до рівнянь Ньютона, оборотні. Тоді звідки необоротність? Вона — через перетворення порядку в безлад. Але це твердження все одно незрозуміле, поки ми не знаємо, звідки порядок. Чому ситуації, в яких ми опиняємося щодня, ніколи не бувають рівноважними? Одне мислиме пояснення таке. Розглянемо знову наш циліндр із сумішшю білих і чорних молекул. Якщо стежити за ним достатньо довго, може виявитися, що через суто випадковий, украй малоймовірний, але все ж мислимий збіг обставин білі молекули розподіляться головним чином біля дна, а чорні — біля кришки. Після цього з плином часу вони знову почнуть перемішуватися.
Отже, одне можливе пояснення високого ступеня впорядкованості нинішнього світу полягає в тому, що нам просто пощастило. Ймовірно, якось одного разу у Всесвіті сталася флуктуація, все якось розділилося, а тепер знову повертається до попереднього. Така теорія не несиметрична; на питання, як міг би виглядати розділений газ трохи раніше чи трохи пізніше, вона відповість: у будь-якому разі ми побачили б сіру пляму, бо молекули знову змішалися б. Як би не потік час, вперед чи назад, газ все одно перемішався б. Таким чином, за цією теорією саме необоротність є однією з випадковостей життя.
Легко показати, що це не так. Припустимо, що ми дивимося не на весь циліндр одразу, а на якусь його частину. Нехай у якийсь момент ми виявили в цій частині певний ступінь порядку: біле з чорним у ній розділені. Що звідси випливає для частин, які ми ще не розглядали? Якщо ми й справді вважаємо, що порядок виникає з безладу шляхом флуктуації, то ми зобов'язані розглянути найімовірнішу флуктуацію з тих, які здатні в нашій частині встановити порядок. Але при такій найімовірнішій флуктуації решта посудини зовсім не повинна розсортуватися — зовсім навпаки! Отже, з гіпотези, що світ — це флуктуація, випливає, що коли ми поглянемо на частину світу, раніше нами не бачену, ми повинні виявити в ній суміш, безлад, на відміну від відомого нам раніше світу. Якщо весь наш порядок є флуктуацією, викидом, ми не смієм сподіватися на порядок будь-де понад те, де він уже виявлений.
Тепер припустимо, що розділення сталося від того, що в минулому Всесвіт був справді впорядкований (не через флуктуацію, а просто біле й чорне були первісно відокремлені). Тоді ця теорія передбачить, що в інших місцях теж повинен бути порядок, порядок не як випадковість, а через те, що в колишні часи порядок був кращий. Тоді можна очікувати, що ми виявимо в місцях, яких ми ще не бачили, порядок.
Астрономи, наприклад, поки що спостерігали не всі зорі. Щоночі вони наводять свої телескопи на нові зорі, і ці зорі поводяться так само, як і старі. З цього ми робимо висновок, що Всесвіт — не флуктуація і що наш порядок — це пам'ять про ті часи, коли все тільки починалося. Ми не кажемо, що нам зрозуміла логіка цього. З якихось причин Всесвіт колись мав дуже малу для свого енерговмісту ентропію, і з тієї пори ентропія зросла. Це — шлях у напрямку до майбутнього. У цьому початок усіх необоротностей. Саме це породжує процеси зростання і розпаду. Саме через це ми пам'ятаємо не майбутнє, а минуле, пам'ятаємо події, які ближчі до того моменту в історії світу, коли порядок був кращий за нинішній. Саме тому ми не здатні пригадати події того часу, безлад за якого сильніший за теперішній,— ми називаємо цей час майбутнім.
Ми вже колись казали, що в келиху вина відкриється нам увесь Всесвіт, варто тільки заглянути в нього глибше. Келих вина — річ достатньо складна, є там і волога, і скло, і світло, і ще багато чого іншого.
Краса фізики ще й у тому, що навіть такі прості й ідеалізовані речі, як храповик із собачкою, діють лише через те, що і вони — частина Всесвіту. Храповик із собачкою працюють в один бік тільки тому, що вони перебувають у тісному контакті з рештою Всесвіту. Якби храповик із собачкою помістити в посудину і ізолювати на якийсь час, то коліщатко перестане віддавати перевагу одному напрямку обертання перед іншим. Але з тієї самої причини, з якої ми, відкриваючи штори, впускаємо світло, через що ми йдемо охолоджуватися в тінь і грітися на сонці, з тієї самої причини храповик із собачкою крутяться лише в один бік. Однобічність пов'язана якось із тим, що храповик — це частина нашого Всесвіту. Частина Всесвіту не тільки в тому сенсі, що підкоряється законам Всесвіту, але й тому, що його однобічна поведінка пов'язана з однобічною поведінкою всього Всесвіту. Це поки не може бути зрозуміле до кінця: наука прочинила велику таємницю ранньої історії світу, яка зараз слугує лише предметом різних гіпотез.
Користуючись цим технічним визначенням «безладу», можна зрозуміти наше твердження. По-перше, ентропія вимірює «безлад». По-друге, Всесвіт завжди переходить від «порядку» до «безладу», тому ентропія завжди зростає. Порядок не є порядком у тому сенсі, що саме це розташування молекул нам подобається; сенс у тому, що число різних способів розставити молекули (аби тільки з боку розташування виглядали однаково) відносно обмежене. Коли ми крутили назад наш фільм про перемішування газів, було не так уже й багато безладу. Кожен окремий атом мав точнісінько потрібну швидкість і напрямок, щоб вийти куди належить! Ентропія була загалом невисока, хоча це й не було помітно.
А що можна сказати про необоротність інших фізичних законів? Коли ми розглядали електричне поле заряду, що прискорюється, було сказано, що ми повинні брати запізніле поле. У момент t на відстані r від заряду треба брати поле, створене прискоренням у момент t—r/с, а не в момент t+rjc. Тому закони електрики на перший погляд необоротні. Разом з тим дуже дивно, що ці закони випливають з рівнянь Максвелла, які насправді оборотні. Однак можна навести довід, що якби ми користувалися тільки випереджальним полем, полем, що відповідає стану справ у момент t+r/c, і зробили це цілком послідовно в повністю замкненому просторі, то все відбувалося б точнісінько так само, як при вживанні запізнілих полів! Ця позірна необоротність у теорії електрики, таким чином (принаймні в замкненій порожнині), зовсім не є необоротністю. Ви це повинні вже трохи самі відчувати; ви вже знаєте, що коли коливний заряд створює поле, яке відбивається від стін оболонки, то врешті-решт встановлюється рівновага, в якій однобічності немає місця. Запізнілі поля — тільки прийом, зручний метод розв'язання.
Наскільки нам відомо, усі основні закони фізики, подібно до рівнянь Ньютона, оборотні. Тоді звідки необоротність? Вона — через перетворення порядку в безлад. Але це твердження все одно незрозуміле, поки ми не знаємо, звідки порядок. Чому ситуації, в яких ми опиняємося щодня, ніколи не бувають рівноважними? Одне мислиме пояснення таке. Розглянемо знову наш циліндр із сумішшю білих і чорних молекул. Якщо стежити за ним достатньо довго, може виявитися, що через суто випадковий, украй малоймовірний, але все ж мислимий збіг обставин білі молекули розподіляться головним чином біля дна, а чорні — біля кришки. Після цього з плином часу вони знову почнуть перемішуватися.
Отже, одне можливе пояснення високого ступеня впорядкованості нинішнього світу полягає в тому, що нам просто пощастило. Ймовірно, якось одного разу у Всесвіті сталася флуктуація, все якось розділилося, а тепер знову повертається до попереднього. Така теорія не несиметрична; на питання, як міг би виглядати розділений газ трохи раніше чи трохи пізніше, вона відповість: у будь-якому разі ми побачили б сіру пляму, бо молекули знову змішалися б. Як би не потік час, вперед чи назад, газ все одно перемішався б. Таким чином, за цією теорією саме необоротність є однією з випадковостей життя.
Легко показати, що це не так. Припустимо, що ми дивимося не на весь циліндр одразу, а на якусь його частину. Нехай у якийсь момент ми виявили в цій частині певний ступінь порядку: біле з чорним у ній розділені. Що звідси випливає для частин, які ми ще не розглядали? Якщо ми й справді вважаємо, що порядок виникає з безладу шляхом флуктуації, то ми зобов'язані розглянути найімовірнішу флуктуацію з тих, які здатні в нашій частині встановити порядок. Але при такій найімовірнішій флуктуації решта посудини зовсім не повинна розсортуватися — зовсім навпаки! Отже, з гіпотези, що світ — це флуктуація, випливає, що коли ми поглянемо на частину світу, раніше нами не бачену, ми повинні виявити в ній суміш, безлад, на відміну від відомого нам раніше світу. Якщо весь наш порядок є флуктуацією, викидом, ми не смієм сподіватися на порядок будь-де понад те, де він уже виявлений.
Тепер припустимо, що розділення сталося від того, що в минулому Всесвіт був справді впорядкований (не через флуктуацію, а просто біле й чорне були первісно відокремлені). Тоді ця теорія передбачить, що в інших місцях теж повинен бути порядок, порядок не як випадковість, а через те, що в колишні часи порядок був кращий. Тоді можна очікувати, що ми виявимо в місцях, яких ми ще не бачили, порядок.
Астрономи, наприклад, поки що спостерігали не всі зорі. Щоночі вони наводять свої телескопи на нові зорі, і ці зорі поводяться так само, як і старі. З цього ми робимо висновок, що Всесвіт — не флуктуація і що наш порядок — це пам'ять про ті часи, коли все тільки починалося. Ми не кажемо, що нам зрозуміла логіка цього. З якихось причин Всесвіт колись мав дуже малу для свого енерговмісту ентропію, і з тієї пори ентропія зросла. Це — шлях у напрямку до майбутнього. У цьому початок усіх необоротностей. Саме це породжує процеси зростання і розпаду. Саме через це ми пам'ятаємо не майбутнє, а минуле, пам'ятаємо події, які ближчі до того моменту в історії світу, коли порядок був кращий за нинішній. Саме тому ми не здатні пригадати події того часу, безлад за якого сильніший за теперішній,— ми називаємо цей час майбутнім.
Ми вже колись казали, що в келиху вина відкриється нам увесь Всесвіт, варто тільки заглянути в нього глибше. Келих вина — річ достатньо складна, є там і волога, і скло, і світло, і ще багато чого іншого.
Краса фізики ще й у тому, що навіть такі прості й ідеалізовані речі, як храповик із собачкою, діють лише через те, що і вони — частина Всесвіту. Храповик із собачкою працюють в один бік тільки тому, що вони перебувають у тісному контакті з рештою Всесвіту. Якби храповик із собачкою помістити в посудину і ізолювати на якийсь час, то коліщатко перестане віддавати перевагу одному напрямку обертання перед іншим. Але з тієї самої причини, з якої ми, відкриваючи штори, впускаємо світло, через що ми йдемо охолоджуватися в тінь і грітися на сонці, з тієї самої причини храповик із собачкою крутяться лише в один бік. Однобічність пов'язана якось із тим, що храповик — це частина нашого Всесвіту. Частина Всесвіту не тільки в тому сенсі, що підкоряється законам Всесвіту, але й тому, що його однобічна поведінка пов'язана з однобічною поведінкою всього Всесвіту. Це поки не може бути зрозуміле до кінця: наука прочинила велику таємницю ранньої історії світу, яка зараз слугує лише предметом різних гіпотез.