11 Mi születik az egyediségből?

Az entrópia hordozza a világot, nem az energia

Az iskolában azt tanították nekünk, hogy az energia tartja forgásban a világot. Energiára kell szert tennünk, például kőolajból, a Napból, a maghasadásból. Az energia működteti a motorokat, általa nőnek a növények, és az ő jóvoltából ébredünk életerőtől telve reggelente.

Van azonban valami, ami nem tér vissza. Az energia megmarad – ezt is tanították az iskolában. Nem hozható létre és nem semmisül meg. De ha egyszer megmarad, akkor miért kell újra meg újra gondoskodnunk arról, hogy legyen? Miért nem használjuk mindig ugyanazt? Az igazság az, hogy energiából van bőséggel, és nem használódik el. A világnak az előrehaladáshoz nem energiára van szüksége – hanem alacsony entrópiaszintre.

A (mechanikus, vegyi, villamos) energia termikus energiává, azaz hővé alakul át, átáramlik a hideg tárgyakba, s onnan már nincs mód ráfordítás nélkül visszavezetni és újrafelhasználni – egy növényt felnevelni vagy motort működtetni vele. Ebben a folyamatban az energia ugyanaz marad, az entrópia viszont nő, és ez: az entrópia nem tér vissza. Felemészti a termodinamika második főtétele.

A világot nem az energiaforrások működtetik, hanem az alacsony entrópia forrásai. Alacsony entrópiaszint nélkül az energia egyenletes hővé hígulna fel, s a világ eljutna a termikus egyensúly állapotába; ott már nincs különbség múlt és jövő között, és semmi sem történik.

A Föld közelében van egy gazdag alacsony entrópiaforrás: a Nap. A Nap meleg fotonokat küld nekünk. A Föld ezután, hidegebb fotonokat kibocsátva, hőt sugároz a fekete égbolt felé. A belépő energia többé-kevésbé megegyezik a kilépővel, vagyis a cserével nem nyerünk energiát (ha nyerünk, az katasztrófa: a globális felmelegedés). A Föld azonban minden érkező meleg fotonért cserébe vagy tíz hideg fotont bocsát ki, mert a Napból érkező meleg fotonnak akkora energiája van, mint tíznek a Föld által kibocsátott hideg fotonokból. A meleg foton entrópiája kisebb tíz hideg fotonénál, mert egyetlen (meleg) foton konfigurációinak száma kisebb tíz (hideg) foton konfigurációinak számánál. Egy szó, mint száz, a Nap rendkívül gazdag, folyamatos alacsonyentrópia-forrás nekünk. Bőséggel áll rendelkezésünkre az alacsony entrópia, és ez teszi lehetővé a növényeknek és az állatoknak a növekedést, nekünk motorok, városok építését, a gondolkodást, s persze azt, hogy könyvet írjunk, olyat, mint ez itt.

De mire vezethető vissza a Nap alacsony entrópiája? Arra a tényre, hogy a Nap maga egy még alacsonyabb entrópiájú elrendeződésből született: az ősködnek, amelyből a Naprendszer kialakult, még kisebb volt az entrópaiszintje. És így tovább, visszafelé, egészen az univerzum igen alacsony kezdeti entrópiájáig.

Az univerzum entrópiájának növekedése hordozza a kozmosz gigantikus történetét.

De az entrópia nem nő gyorsan a világmindenségben – nem azzal a hirtelenséggel, ahogyan egy gáz gyorsan szétterjed egy dobozban. A növekedés fokozatos, és időbe telik. Egy olyan hatalmas tömeget újrakeverni, mint az univerzum, még egy gigantikus méretű főzőkanállal is sokáig tart. Mindamellett az entrópia növekedését zárt kapuk és akadályok – nehezen átjárható átkelőhelyek – még inkább gátolják.

Például egy rakás tűzifa, ha hagyják állni, sokáig eltart. Nincs a maximális entrópia állapotában, mert a fát alkotó elemek – köztük a szén és a hidrogén – nagyon különös módon szerveződtek („rendezettek”): ez ad formát a fának. Az entrópia nő, ha ezek a különös kötések felbomlanak. Ez történik a tűzifa égésekor: az alkotóelemek eltávoznak a fát alkotó különleges struktúrákból, és az entrópia hirtelen megnövekszik (az égés csakugyan visszafordíthatatlan folyamat). A fa azonban nem gyullad meg önmagától. Hosszasan megmarad az alacsony entrópia állapotában, amíg valami meg nem nyit előtte egy olyan kaput, amelyen át egy magasabb entrópiájú állapotába juthat. Egy rakás tűzifa instabil állapotú, mint egy kártyavár, de amíg nem akad valami, ami ledönthetné, megmarad ilyennek. Ez a valami lehet egy lángra lobbantott gyufaszál is. A láng egy folyamat: olyan csatornát nyit meg, amelyen a fa magasabb entrópiájú állapotba kerülhet.

Az univerzumban mindenhol vannak akadályok az entrópianövekedés útjában: azok gátolják, következésképpen lassítják a növekedését. A múltban például az univerzum lényegében hatalmas kiterjedésű hidrogén volt. A hidrogén héliummá alakulhat át, s a hélium entrópiája magasabb a hidrogénénél. De hogy ez megtörténjék, ahhoz meg kell megnyílnia egy csatornának: meg kell gyulladnia egy csillagnak – ott a hidrogén héliummá ég, vagyis héliummá alakul át. Mi gyújtja meg a csillagokat? Egy másik entrópianövelő folyamat: a kontrakció (összehúzódás); az a galaxisban lebegő nagy hidrogénfelhők tömegvonzásának számlájára írható. Egy összehúzódott hidrogénfelhőnek nagyobb az entrópiája egy szétszórt hidrogénfelhőénél.99 A hidrogénfelhők összehúzódásához azonban évmilliókra van szükség, mert nagyok. És csak összesűrűsödve melegszenek fel annyira, hogy beindítsák a magfúziót; az nyit kaput az entrópiának, teremt lehetőséget arra, hogy tovább növekedjék a hidrogén héliummá alakulásával.

Az univerzum egész története voltaképpen az entrópiának ez a meg-megtorpanó, ugrándozó kozmikus növekedése. Nem gyors és nem is egyenletes, a dolgokat ugyanis alacsony entrópiájú völgykatlanok (farakás, hidrogénfelhő…) csapdába ejtik, s azok ott is maradnak mindaddig, amíg nem lép közbe valami, ami kaput nyit az entrópia további növekedésének. Magának az entrópiának a növekedése alkalomadtán újabb kapukat nyit meg, s azok révén az entrópia újabb növekedésnek indul. Például egy gát a hegyekben visszatartja a vizet, amíg az idő fel nem emészti, és a szabaddá vált víz le nem zúdul a völgybe, növelve ezzel az entrópiát. Ezen a hepehupás úton az univerzum kisebb-nagyobb darabjai tartósan megrekednek aránylag stabil helyzetekben, olykor meglehetősen hosszú időszakokra is.

Az élőlényeket hasonló, egymást beindító folyamatok alkotják. A növények a fotoszintézis révén összegyűjtik a Nap kis entrópiájú fotonjait. Az állatok az evés révén alacsony entrópiával táplálják magukat. (Ha entrópia helyett elegendő lenne az energia, akkor nem ennénk, hanem kifeküdnénk a Szahara melegére.) Az élő sejt belsejében a vegyi folyamatok összetett hálója kapukat megnyitó és bezáró struktúrát alkot, s az ezeken a kapukon való átlépéssel nő az alacsony entrópia. A molekulák katalizátorként működnek: engedélyezik bizonyos folyamatok beindulását vagy fékezik őket. Az egészet az egyedi folyamatokban növekvő entrópia működteti. Az élet az egymást kölcsönösen katalizáló entrópianövelő folyamatok hálója.100 Nem igaz, amit olykor állítanak, az ugyanis, hogy az élet különösen rendezett struktúrákat generál, vagy hogy helyileg csökkentené az entrópiát. Az élet egyszerűen olyan folyamat, amelyet az élelem alacsony entrópiája táplál; a rend önmaga strukturálta felbomlása, mint az univerzum többi része.

A legmindennapibb jelenségeket is a termodinamika második főtétele irányítja. Egy kő leesik a földre? Miért? Gyakran olvassuk, hogy azért, mert a kő „alacsonyabb energiaszintre” törekszik, s az, ugyebár, lent lenne. De miért kellene a kőnek alacsonyabb energiaszintre törekednie? Miért kellene energiát veszítenie, ha egyszer az energia megmarad? A válasz az, hogy a kő felmelegíti a földet, ahogyan érintkezik vele: mechanikai energiája hővé alakul, s abból már nem alakul vissza. Ha nem létezne a termodinamika második főtétele, ha nem lenne hő, ha nem lenne a mikroszkopikus nyüzsgés, akkor a kő folyamatosan visszapattanna, és soha nem jutna nyugalomba.

Az entrópia juttatja nyugalomba a földön a leeső követ, és forgatja a világot, nem az energia.

A kozmosz alakulása egészében a fokozatos rendezetlenné válás folyamata: a kártyacsomag is rendezett eleinte, de a keveréssel egyre rendezetlenebbé válik. Nincsenek a világmindenséget keverő hatalmas kezek; az univerzum önmagát keveri az alkotóelemei közötti kölcsönhatásokkal, s azok lépésről lépésre megnyílnak és bezárulnak magában a keverés folyamatában. Hatalmas területek rendezettnek megmaradó konfigurációk csapdájába esnek, majd hol itt, hol ott újabb csatornák nyílnak meg, s a rendezetlenség azokon át szétterül.101

A világ eseményei attól történnek meg, a világ történetét az írja, hogy a dolgok lebírhatatlanul, megakadályozhatatlanul keverednek, a kisszámú, rendezett konfigurációtól haladnak a számtalan rendezetlen konfiguráció felé. Az univerzum egésze olyan, mint egy fokozatosan összeroskadó hegység, mint egy apránként széteső struktúra.

A növekvő entrópiának a legparányibb eseményektől a legösszetettebbekig mindent felölelő tánca, amit a kozmosz kezdeti alacsony entrópiája táplál: ez az igazi tánca Sivának, a rombolónak.

Nyomok és okok

Az a tény, hogy az entrópia kis értékű volt a múltban, egy mindenütt jelen levő, a múlt és a jövő megkülönböztetésében sarkalatos következménnyel jár: azzal, hogy a múlt nyomokat hagy a jelenben.

Ilyen nyomok mindenhol vannak. A Hold kráterei múltbeli becsapódásokról tanúskodnak. A fosszíliák megmutatják, milyen alakja volt az élővilágnak a múltban. A távcsövek révén megtudhatjuk, miként festettek a régmúltban a távoli galaxisok. A könyvek elbeszélik múltunk történetét. Agyunkban valósággal hemzsegnek az emlékek.

A múltnak egyes-egyedül azért vannak emlékei, s a jövőnek azért nincsenek, mert a múltban alacsony volt az entrópia. Ennek nincs semmi más oka. A múlt és a jövő közti különbség egyetlen forrása a múltbeli alacsony entrópia, más okok tehát nem lehetségesek.

Ahhoz, hogy valami nyomot hagyjon, le kell állnia, nem szabad többé mozognia, és ez csakis irreverzibilis, visszafordíthatatlan folyamattal történhet meg: azáltal, hogy az energia hővé alakul. A számítógépek emiatt felmelegszenek, az agy felhevül, a Hold felszínét felmelegítik a ráhulló meteorok, sőt a középkori Benedek-rendi apátságok másolószerzetesei is felmelegítették valamelyest a libatollal a pergament. Egy hő nélküli világban minden rugalmasan visszapattan, és semmi nem hagy nyomot maga után.102

A múlt kellő számban hátrahagyott nyomai keltik azt a megszokottnak tűnő érzést, hogy a múlt determinált. A jövő nyitottnak tűnik, mert nincsenek ilyesfajta nyomai. A nyomok miatt tarthat fenn agyunk jókora mappát a múltbeli eseményekről, de nem lehet semmi ilyesmije a jövendőkről. Ebből fakadhat az az érzésünk, hogy szabadon tevékenykedhetünk a világban, választhatunk különféle jövendők között, de a múltra már nem lehet semmilyen befolyásunk.

Agyunk kiterjedt, bennünk nem is igen tudatosuló működése – „In sooth, I know not why I am so sad” („Vicces tán, hogy szomorúnak festek”, Szabó Stein Imre fordítása) – fakad ki Antonio Shakespeare Velencei kalmárjának kezdetén – az evolúcióban alakult ki, hogy kiszámíthassuk a lehetséges jövő változatait. Ezt szoktuk „döntésnek” mondani. S mivel az agynak ez a működése lehetséges alternatív jövőket dolgoz ki – olyanokat, amelyek bekövetkezhetnek, ha a jelen bizonyos részleteket leszámítva éppen olyan lenne, amilyen –, hajlamosak vagyunk az „okozatot” megelőző „okokban” gondolkodni, okokban tehát, amelyek megelőzik az „okozatot”: egy jövőbeli esemény oka olyan múltbeli esemény, amely nélkül egy minden egyéb tekintetben ugyanolyan világban ez a szóban forgó esemény nem történne meg.103

A mi tapasztalásunk szerint az ok fogalma aszimmetrikus az időben: az ok megelőzi az okozatot. Amikor például arra a belátásra jutunk, hogy két eseménynek „ugyanaz az oka”, akkor ezt a közös okot104 a múltban találjuk meg, nem a jövőben. Ha a cunami két hullámlökése egyszerre érkezik két, egymáshoz közeli szigetre, akkor azt gondoljuk, hogy egyetlen múltbeli esemény okozta mindkettőt. Nem a jövőben keressük az okot. De ez nem attól van így, hogy volna valami, a múltból a jövő felé ható mágikus „oksági” erő. Hanem attól, hogy a két esemény kapcsolatának valószínűtlensége valami valószínűtlen dolgot követel, és ilyen valószínűtlenséggel csak a múlt alacsony entrópiája szolgálhat. Hiszen mi egyéb szolgálhatna? Más szóval, a közös okok múltbeli létezése a múltbeli alacsony entrópia egyik megnyilvánulása. A termikus egyensúly állapotában vagy egy tisztán mechanikai rendszerben az időnek nincs okság által meghatározott iránya.

A fizika elemi törvényei nem szólnak „okokról”, csak szabályszerűségről, a múlt és a jövő közötti szimmetriákról. Egyik híres cikkében Bertrand Russell megfogalmazza ezt, és nyomatékkal hangsúlyozza: „Az okság törvénye… egy elmúlt kor emléke, s a monarchiához hasonlóan csak azért él tovább, mert – tévesen – ártalmatlannak vélik.”105 Russell túloz, mert az a tény, hogy elemi szinten nincsenek „okok”, még nem elég ahhoz, hogy elévültnek vegyük az ok fogalmát:106 elemi szinten nincsenek macskák sem, de ettől még tovább foglalkozunk a macskákkal. Az ok fogalmát a múlt alacsony entrópiája teszi működőképessé.

Az emlékezés, az okok és okozatok, az áramlás, a múlt meghatározottsága és a jövő meghatározatlansága mindemellett csak egy-egy elnevezés; egy statisztikai ténynek a következményeit nevezzük meg velük: annak a következményeit, hogy az univerzumnak valószínűtlen egy múltbeli állapota.

Okok, emlékezet, nyomok, a világ eseményeinek a története – s az nemcsak az emberi történelem évszázadai és évezredei alatt bontakozik ki, hanem a nagy kozmikus história évmilliárdjai alatt is – mind abból a puszta tényből születik, hogy néhány milliárd évvel ezelőtt „egyedi” volt a dolgok elrendeződése.107

Az „egyedi” azonban viszonyfogalom: valami egyedi egy bizonyos nézőpontból nézve. Egyedi egy elmosódott látásmód szerint. Az elmosódott látásmódot pedig a fizikai rendszer és a világ többi része között működő kölcsönhatások határozzák meg. Az okok, az emlékezet, a nyomok, a világ eseményeinek a története tehát maga is csak nézőpont lehet: ahogyan az ég körforgása is a mi sajátos perspektívánk hatása a világra… Az idő vizsgálata könyörtelenül visszavezet bennünket önmagunkhoz. Térjünk tehát vissza végre önmagunkhoz!