Первым попытался дать ответ на этот вопрос известный австрийский физик Больцман (1844-1906).
Больцман установил, что у молекул, из которых состоит газ, разные скорости. Правда, большинство молекул в данном объеме газа имеет более или менее одинаковые скорости, которые определяются температурой газа. Однако всегда какое-то количество молекул имеет в каждое мгновение значительно большие скорости, чем «средняя», какое-то — значительно меньшие. (Напомним, что скорость движения молекул газа — это и есть то, что мы привыкли называть температурой газа.)
Если представить себе очень маленький объем газа, такой объем, в котором находится всего лишь несколько молекул, то вполне может случиться, что в одной части объема соберутся все быстрые молекулы, а в другой — все медленные. Иными словами, может случиться, что объем газа разделится: в одной половине его будет содержаться горячий газ, в другой — холодный. И произойти такое разделение может самопроизвольно в результате случайного хаотического движения нескольких молекул.
Но это значит, что развитие в газе может идти не только с выравниванием температуры, но и с разделением ее. Процессы разделения температур, процессы, обратные выравниванию, называются флюктуациями. Подобные флюктуации все время происходят внутри газа, однако они столь незначительны, что почти всегда ускользают от нашего внимания. В подавляющем большинстве случаев для нас имеет значение лишь средняя температура данного объема газа.
Здесь мы сталкиваемся с очень важным для современного естествознания методом статистического описания явлений природы. То, что представляется практически невозможным, если рассматривать большое число событии, поведение большого числа частиц, может оказаться вполне допустимым для очень малого числа единичных событий.
Развивая свои идеи, Больцман предположил, что видимая часть Вселенной — это некоторая грандиозная флюктуация внутри гигантской Сверхвселенной, которая в целом находится на грани тепловой смерти, то есть на грани полного выравнивания температур.
Позиция Больцмана в свое время была прогрессивной, но его гипотеза мало кого убедила. Предположение о тепловой смерти Вселенной вызвало много споров, но при этом спорящие обычно забывали, что работы Больцмана относились к миру молекул газа. Наша же Вселенная состоит не из однородных элементов — молекул водорода, а из самых различных образований, из бесконечного множества разнообразных частиц. В ней есть и межзвездный газ — атомы водорода, и куски вещества — метеориты, и более крупные образования — астероиды и планеты, и, наконец, гигантские плазменные шары — звезды, и звездные системы — галактики.
В математике существует раздел-теория множеств. Она в основном изучает не конечные количества частиц, чисел или букв, а бесконечные их множества. Она пытается проникнуть в законы бесконечности. Из этой теории можно сделать много любопытных выводов, которые помогают ответить на вопрос, почему Вселенная вечно неравновесна.
Для того чтобы выравнялась энергия всего огромного множества слагающих Вселенную единиц — и каждого из ионизированных атомов межзвездного газа, и звезд, и галактик,- они должны вступить между собой во взаимодействие, сопровождающееся обменом энергиями. Они должны вступить во взаимодействие принципиально так же, как и молекулы холодной н горячей воды в стакане.
Так вот, один из выводов теории множеств и гласит, что все эти бесконечные взаимодействия не могут произойти в какой-либо, даже бесконечный, период. С того момента, как это было установлено, гипотеза о тепловой смерти Вселенной потеряла смысл.
На этом примере можно видеть, как не просто обстоит дело с распространением, казалось бы, очевидных физических закономерностей на области, недоступные нашему непосредственному восприятию. То, что безусловно верно в нашей обыденной жизни, может оказаться ошибочным в масштабах микромира или в масштабах бесконечной Вселенной. Законы, которым подчиняется природа, всюду едины. Но проявлять свое действие они могут по-разному.
И может быть, анекдотические обстоятельства, в которые попадают школьники, повернувшие время вспять, побудят читателя серьезнее задуматься об окружающем нас мире. В этом и состоит основная задача книги К. Домбровского — направить читателя на путь самостоятельного размышления. Именно с этой целью автор заставляет своих героев попадать в самые неожиданные ситуации, обусловленные изменением физических законов или постоянных физических величин — констант..
Конечно, ни один из рассматриваемых в книге примеров — ни отмена трения, ни изменение хода времени, ни путешествия со скоростью света — практически невозможен, как невозможен и сам фантастический прибор — «трансформатор физических законов». Все это не более чем сказка, но сказка современная. Однако кто возьмется определить, какую рать сыграли сказки в развитии науки и техники?