2.1. Неожиданный аспект проблемы.
Предлагаемый ниже подход не исчерпывает всей вышеописанной проблематики. Вообще, возможно, что эти вопросы относятся к разряду "вечных", так как они пережили множество космологий и космогоний, возникших за отрезок письменной истории. Из предыдущего мысленного эксперимента видно, что основные проблемы связаны с отсутствием учёта в формулировке энтропии квантовых, релятивистских и космологических эффектов. При наблюдении удалённых областей вселенной мы забываем о том, что из позднего состояния, обладающего высокой энтропией, мы рассматриваем события такими, какими они были в ушедшие времена более низкой энтропии.
Может возникнуть возражение. Каким образом это может привести к искажению объективно наблюдаемой реальности? Кванты, несущие нам информацию об удалённых в прошлое объектах не стареют, их пути почти не искривляются. Мы должны видеть далёкие галактики и квазары в точности такими же, какими они были миллиарды лет назад. Однако совсем несложные заключения приводят к обратной картине.
Мы не задались основным вопросом. Кванты несут нам объективную картину, А способны ли мы её воспринять? Свет не стареет, стареем мы.
Для выделения информации на фоне шума, необходимо использовать эталон ожидаемого сигнала (см. работы Н. Винера и У. Эшби). Если входящий сигнал проявляет высокую корреляцию с формой эталона, он может считаться принятым. Если эталон частично разрушен, начнутся искажения в приёме. Если форма эталона повреждена непоправимо, объективно существующий входящий сигнал не будет принят. Наблюдательный прибор покажет лишь наличие шума в диапазоне. Состояние высокой энтропии это и есть то состояние, в котором не осталось ни одного целого эталона. Любой эталон, представляющийся нам точным, на самом деле, разрушен.
Естественно, что на границе наблюдаемой вселенной мы видим лишь бесструктурное реликтовое излучение, так как реконструировать тонкую структуру того времени мы не можем, как не можем по облаку дыма восстановить во всех деталях механизм взорвавшейся бомбы. Прошлое скрыто от нас вуалью низкой энтропии так же как будущее - высокой. Более того, возникает иллюзия, что в прошлом энтропия была, наоборот, выше, чем сегодня, но это лишь наблюдательный эффект, связанный с безвозвратной потерей информации о прошлом и самой способности эту информацию принять в нашем мире, утратившем структуру. Отсюда и происходит внешнее удобство описательных моделей гомогенной и изотропной ранней вселенной. То есть, в философском плане, возможно, прав Амбарцумян. В описательном плане правы Джинс, Зельдович и Шкловский. Всё же, модель исходной конденсации небесных тел из равномерной межзвёздной среды так же оказалась бы логичной рабочей моделью и не нуждалась бы в пересмотре, в связи с тем, что какую-то существенную грань реальности, она, всё же вскрывала бы.
Построим приблизительную математическую модель явления.
Представим себе двух наблюдателей, мировые линии которых разойдутся вследствие хаббловского расширения вселенной. Снабдим каждого наблюдателя идентичными приёмо-передатчиками в виде наборов осцилляторов с числом степеней свободы n1, статистическим весом q1 и энтропией s1 = ln q1. Заставим их обмениваться сигналами. (То есть, рассмотрим две эйнштейновские системы отсчёта, но не только механически инерциальные, а реальные термодинамические.)
Ближний наблюдатель, с течением времени, подвергнется действию современного высокого уровня энтропии, и его приёмник будет характеризоваться числом степеней свободы N, статистическим весом Q и энтропией S = ln Q, при эффективном объёме вселенной W, вычисленному по текущему хаббловскому радиусу. Из-за запаздывания сигнала на космологических расстояниях, он будет регистрировать сигналы удалённого наблюдателя, испущенные в ту эпоху, когда его передатчик ещё характеризовался числом степеней свободы n, статистическим весом q и энтропией s = ln q, объёмом вселенной w. Причём N >> n, Q >> q, S >> s, W >> w. Уровень энтропии удалённого наблюдателя объективно ниже.
Вероятность идентификации сигнала на фоне шума составит функцию, пропорциональную отношению n / N, так как большую часть времени приёмник ближнего наблюдателя (вне зависимости от воли наблюдателя и возможности настройки) будет пребывать в состояниях (N - n), в которых удалённый передатчик ещё не мог находиться (из-за недостаточного числа неучтённых степеней свободы). Так как ближний наблюдатель считает, что его приёмник не изменялся с течением времени, он придёт к выводу, что повышенным уровнем энтропии разрушен передатчик удалённого наблюдателя, а его собственный остался неповреждённым и эталонным. К тому же выводу для себя придёт удалённый наблюдатель, регистрируя сигналы ближнего. Симметрия ситуации полная. Каждый из наблюдателей останется в уверенности, что хаос наблюдается в прошлом, а не в настоящем, и энтропия со временем убывает, а не возрастает. Блестящая пища для ума любителей прогресса и вертикальных путей совершенствования человека, не правда ли?
Следовательно, за основание системы отсчёта можно выбрать любую точку вселенной. Зная разность уровней энтропии между исследуемыми эпохами, мы можем точно определить, будет ли, с нашей точки зрения, существовать тот или иной объект при том или ином уровне космологического красного смещения, будет ли он наблюдаем какими-либо нашими средствами. На подобный класс явлений указывал ещё Вигнер, в ходе дискуссии о пределах точности наблюдений эффектов СТО и конкретном устройстве эйнштейновских часов и линеек, с точки зрения подавления погрешностей, в том числе, термодинамических [8].
Запишем соответствующую формулу релятивистской космологической поправки к энтропии классической физики, учитывая текущее состояние вселенной (предполагая вселенную в большом масштабе подобной изотропному распределению газа).
Приращение S = X R (ln W - ln w) sqrt (1 - v2/c2),
где R - газовая константа, v - скорость удаления объектов на уровне удалённого наблюдателя, в связи с расширением вселенной (включение преобразования Лоренца для скорости необходимо в связи с тем, что энтропия объектов, движущихся с большими скоростями, фиксируется на низком уровне из-за "парадокса близнецов"). То есть функция медленно возрастает с расстоянием от начала отсчёта, имеет максимум вблизи объектов на горизонте реальности и резкий спад до нуля на последних метрах от этого горизонта. Этот спад не вносит существенного вклада, так как относится к объектам, удаляющимся с околосветовой скоростью, что делает их лучеиспускание в нашем направлении пренебрежимо малым. Сигналы таких объектов на фоне максимума, приходящегося на пик реликтового излучения, будут практически неразличимы.
На первый взгляд, нам удалось "спасти честное лицо термодинамики". Энтропия снова всегда растёт. Причём, видимый хаос в событиях не только будущего, но и прошлого, и в удалённых от нас событиях, с потерей (в прошлом) или недостатком (в будущем) информации о них, нарастает. Можно провести интересную аналогию с перенормировкой массы и заряда в квантовой электродинамике. Только здесь их место занимает хаос. Чем более глубоко мы проникаем в мировое пространство, тем с большим видимым хаосом мы встречаемся.
Кроме того, рост хаоса практически тождественен расширению вселенной. Наше увеличение "фиктивной" (наблюдательной) и реальной энтропии рассматриваемых событий выступает в роли постоянной, линейно связанной с увеличением расстояний до них, и их космологических скоростей.
Данная формула представляет собой грубое линейное приближение, в глобальном временном масштабе, так как понятия хаббловского радиуса вселенной и времени на предельных интервалах и в микромире теряют смысл, а вид закона возрастания энтропии произволен (модель изотропного газа, вообще приведена для примера, вселенная не обязана ей подчиняться).
Может последовать возражение, что в этом случае изображения удалённых космических объектов будут казаться "размытыми", как часто бывает в инфляционных моделях статической вселенной [9]. На это можно возразить, что потеря информации на фоне радиотехнического "белого шума" тем и удобна, что выглядит вполне "естественно". То есть объект либо присутствует, либо отсутствует абсолютно, без нарушения деталей видимой структуры.
Рассмотрим теперь квантовый член X нашего уравнения. Он введён не случайно. Оценить его, к несчастью, невозможно. Известно, что законы термодинамической статистики не действуют внутри связанных квантовых объектов. Например, энтропия сверхпроводника с током электронных пар в бозонном состоянии, кристалла при низкой температуре или эйнштейновского фонона, в момент его возникновения, близка к нулю. Следовательно, если вселенная, в целом, обладает высокой степенью квантовой взаимосвязи, все законы термодинамики и теории относительности действуют лишь в ближнем космологическом окружении. Если силы, замыкающие нашу вселенную, весьма велики и организованы, то член Х для расстояний, превышающих размер местного скопления, будет вести себя непредсказуемым образом.
2.3. Связь энтропии с соотношением неопределённостей Гейзенберга и теорией поля.
Изучив всё изложенное выше, можно, казалось бы, навесить на последнее построение ярлык агностицизма, последовательного отрицания объективной реальности и самой возможности её познания. Ставится предел точности любых приборов. Любое наблюдение объявляется бессмысленным.
Подобные выводы поспешны. Во-первых, приняв современную реальность за нуль-пункт отсчёта, мы будем вполне удовлетворены точностью наших приборов при рассмотрении современных событий. Во-вторых, предложенная формула описывает вселенную лишь статистически, на больших временных и пространственных промежутках. Реальные объекты преодолевают внутреннюю энтропию, за счёт локального превышения энтропии в окружающем их пространстве. На этом принципе построено самосохранение и живых организмов и неодушевлённых тепловых машин, например, звёзд и планет. Таким образом, космологические объекты будут лишь асимптотически стремиться к подобной зависимости, но полностью достигнут её только при полной "тепловой смерти" вселенной, когда все мыслимые структуры распадутся. В реальности, декларируется расширение класса явлений, подчиняющихся законам, аналогичным явлению квантовой неопределённости Гейзенберга. Меняя параметры нашего исследования, мы можем, сколь угодно глубоко, погрузиться в какой-либо аспект характеристик вселенной, однако построить непротиворечивую модель, охватывающую все параметры, не удастся никогда. Например, ничто в предложенной формуле не мешает определить энергетические параметры ранней вселенной, скрытыми остаются только структурные элементы. Вообще, нарастание энтропии тесно связано с действием силового поля любой природы. Предложено компромиссное решение, согласно которому рост энтропии маскирует, действие пресловутых "скрытых параметров" Эйнштейна, какими и выступают "сверхплотные протообъекты" Амбарцумяна в космологическом масштабе. Скрытые параметры могут объективно существовать в каждом предшествующем состоянии, но оставаться ненаблюдаемыми, и не поддающимися учёту из каждого последующего состояния, ввиду полной невозможности приёма информации об их действии, как и предполагал Гейзенберг. Поэтому, эксперимент Эйнштейна-Подольского-Розена, проведённый Аленом Аспеком (в ходе которого была доказана фундаментальность явления квантовой неопределённости) доказывает принципиальную невозможность построения соответствующего формализма, но не отрицает философской ценности идеи Эйнштейна. Может быть, действительно, наше восприятие искажено? В его кривом зеркале мы видим вместо "золотых веков вселенной", эпох самых сложных и органичных структур, хаотичное кипение большого взрыва, катастрофические вспышки сверхновых, сокрушительные активизации галактических ядер. А, если в поле нашего зрения, всё же попадает структурный объект, он представляется нам конденсирующимся из газо-пылевого облака?