Энтропия и стрела времени: почему невозможно разбить стакан обратно

Почему время течёт из прошлого в будущее, а не наоборот? Физические уравнения симметричны: законы Ньютона одинаково работают "туда" и "обратно". Но наш опыт показывает: яйцо разбивается, но не собирается обратно. Причина — энтропия.

Что такое энтропия

Энтропия — мера беспорядка системы. Точнее: число возможных микросостояний, дающих одно и то же макросостояние.

Пример: колода карт. Одно упорядоченное состояние (от туза до короля по мастям). Сколько беспорядочных? 52! ≈ 8×10⁶⁷. Вероятность случайно получить упорядоченную — ничтожна.

Второй закон термодинамики

В изолированной системе энтропия может только расти. Упорядоченное состояние переходит в беспорядочное само, обратный процесс требует работы извне.

Примеры

• Горячий кофе остывает, холодный не нагревается сам
• Капля чернил растворяется в воде, обратно не собирается
• Стакан падает и разбивается, но осколки не слетаются
• Тепло перетекает от горячего к холодному, не наоборот

Стрела времени

Стивен Хокинг выделил три стрелы времени:

• Термодинамическая: энтропия растёт
• Психологическая: мы помним прошлое, не будущее
• Космологическая: Вселенная расширяется

Они связаны. Мозг "записывает" память, и этот процесс увеличивает энтропию — поэтому мы помним то, что случилось, а не то, что случится.

Начало Вселенной

Ключевая загадка: Большой взрыв должен был быть состоянием с очень низкой энтропией. Почему? Непонятно. Это одна из нерешённых проблем космологии.

Конец Вселенной

Тепловая смерть: когда энтропия достигнет максимума, ничего происходить не будет — равновесие везде. Миллиарды лет впереди, но перспектива мрачная.

Энтропия в информации

Клод Шеннон в 1948 применил идею энтропии к информации. Чем менее предсказуем сигнал — тем выше его энтропия. Криптография, сжатие данных, машинное обучение — всё базируется на этом.