Вселенная расширяется уже почти 14 миллиардов лет, и вместе с этим растёт её общая энтропия — мера беспорядка. Это кажется естественным: второй закон термодинамики гласит, что энтропия в изолированной системе не уменьшается. Однако в новой работе, опубликованной в Physical Review D, физик и математик Джинестра Бьянкони из Queen Mary University of London предлагает свежий взгляд на эту проблему. Согласно её теории «Gravity from Entropy» (GfE), энтропия на единицу объёма может даже падать, что открывает неожиданный путь к возникновению космических структур.
Идея Бьянкони заключается в том, чтобы вывести гравитацию из энтропийного действия. Она рассматривает пространство-время и материю на равных основаниях, используя геометрическую квантовую относительную энтропию (Geometric Quantum Relative Entropy, GQRE). Это мера различия между метрикой реального пространства-времени и «метрикой, индуцированной материей». Гравитация здесь emerges не как фундаментальная сила, а как следствие информационного взаимодействия между геометрией и веществом. В пределе низких энергий и малых кривизн теория плавно переходит в классические уравнения Эйнштейна, но добавляет важные нюансы.
Недавно Бьянкони и коллеги углубились в термодинамику этой модели. Они показали, что вселенные в рамках GfE допускают тепловое описание: локально возникают температуры и давления, подчиняющиеся первому закону термодинамики. Общая энтропия таких вселенных не убывает со временем — в полном согласии со вторым законом. При этом относительная энтропия GQRE на единицу объёма не растёт, что естественно для относительной величины. А вот общий объём расширяющейся Вселенной увеличивается, и это позволяет примирить глобальный рост энтропии с локальным появлением порядка: галактик, звёзд, сложных структур.
Представьте раннюю Вселенную — горячую, плотную, почти однородную. По мере расширения пространство растягивается, температура падает. В классической картине энтропия на комовирующий объём остаётся примерно постоянной (как при адиабатическом расширении газа), но общая — растёт за счёт необратимых процессов: формирования звёзд, чёрных дыр, диссипации. Новая теория добавляет, что само гравитационное взаимодействие имеет энтропийную природу. Это даёт динамический эффективный член тёмной энергии, который зависит от вспомогательного G-поля и остаётся положительным, помогая объяснить ускоренное расширение Вселенной без подгонки параметров.
Теория ещё молода и требует дальнейших проверок, в том числе квантования и сравнения с наблюдениями. Но она уже предлагает изящный мост между термодинамикой, гравитацией и космологией. Вместо того чтобы видеть в энтропии только неизбежный путь к тепловой смерти, мы обнаруживаем в ней механизм, который позволяет Вселенной «самоорганизовываться» на фоне общего роста беспорядка.
Работа Бьянкони напоминает, насколько глубоко переплетены информация, геометрия и физика. Возможно, именно через энтропию мы однажды поймём, почему пространство-время ведёт себя именно так, а не иначе, и как из хаоса Большого Взрыва рождается наблюдаемая нами сложность. Это не революция, опровергающая Эйнштейна, а естественное развитие идей, которое приглашает посмотреть на старые вопросы под новым углом. И пока астрономы изучают далёкие галактики, теоретики продолжают искать те самые информационные «кирпичики», из которых построена гравитация.
