С точки зрения материалистической философии разум есть
одна из форм движения материи, к которым причисляются и механическое
движение, и тепловые, и электромагнитные процессы, и химические превращения,
и обмен веществ в организме, и процессы отражения, и все проявления
деятельности людей - это перечисление неисчерпаемо, как неисчерпаема
материя.
Так неужели из всей колоссальной массы Галактики - 10Е38 тонн - к этой форме
движения оказалась способной лишь более чем скромная треть миллиарда тонн
белковой материи? Такое соотношение ничем, кроме божественного промысла,
объяснить невозможно.
Подобные выводы противоестественны, они противоречат материализму,
противоречат диалектике. Материя и движение как категории диалектического
материализма отражают наиболее общие и существенные законы природы.
Природа склонна к "массовому производству", или, как сказал Роджер Бэкон,
"природа не роскошествует началом вещей", и утверждать редчайшее
распространение жизни и разума во Вселенной столь же опрометчиво, как и
говорить о чрезвычайной редкости электромагнитных полей или химических
реакций во Вселенной.
В истории философии известны учения о всеобщей одушевленности материи. Здесь
можно упомянуть гилозоизм, основы которого были заложены древнегреческими
материалистами и согласно которому природа осмысливалась как единое целое,
наделенное жизнью. Это и отличающийся от гилозоизма идеалистической
направленностью панпсихизм, истоки которого восходят к древнейшим
верованиям, и учение Анаксагора о гомеомериях, и удивительные мысли Ламетри.
Но вот уже в наше время наш современник Д.И. Блохинцев, размышляя над
проблемой возникновения и развития Вселенной, над вопросами происхождения
жизни на Земле и ее эволюции, пришел к поразительным мыслям: "По-видимому,
психические явления неотъемлемы от всякой формы материи. В наше время, когда
понято великое значение информации и теории игр, представление о свободе
воли, о свободе выбора на атомарном уровне открывает возможности "вторжения
психики" для решения этой проблемы".
Сразу согласиться с этим утверждением не просто, но даже самые общие
диалектические-соображения, свободные от антропоцентризма и идеализма,
позволяют говорить о том, что жизнь во Вселенной должна быть чрезвычайно
распространенным явлением. Для того чтобы обосновать это утверждение в
сущностном плане, необходимо найти ответы на очень непростые вопросы: что
есть жизнь? что такое разум? что такое контакт между разумами?
Характеристикой, определяющей в самом первом и, очевидно, далеко не полном
приближении сущность жизни, скорее всего является энтропия - главное или
одно из главных действующих лиц в термодинамике, статистической физике,
теории информации. Нобелевский лауреат, физико-химик И.Р. Пригожин, говоря о
сложности понимания и определения энтропии, заметил, что он, занимаясь
термодинамикой на протяжении нескольких десятков лет, только недавно начал
понимать природу этой величины. И это замечание не было академическим
кокетством.
Вузовские учебники термодинамики, как правило, избегают подробного и
внятного изложения физического смысла энтропии.
Философские труды грешат отсутствием необходимой конкретности, и вдобавок
перегружены специфической терминологией и непременными нападками на
противников, принадлежащих к иным, нежели автор, школам. В научно-популярной
литературе определения энтропии либо очень многословны, либо излишне
некорректны, либо рассматриваются в контексте узкой темы данной книги.
Этим я вовсе не хочу заявить о своих претензиях на исчерпывающее объяснение
понятия энтропии - я только прощу снисхождения у читателя, который сделал бы
это лучше меня: приведенные ниже рассуждения являются компиляцией из разных
симпатичных мне книг.
Кроме того, я прошу заинтересовавшегося читателя почаще обращаться к
специальной литературе, хотя бы для того, чтобы спорить со здесь написанным.
Итак, с точки зрения классической термодинамики величина энтропии выражает
способность энергии изолированной системы к превращениям или - менее
корректно, но более, быть может, понятно, - разность энергетических
потенциалов между системой и средой.
Возьмем хорошо заряженную электрическую батарею и присоединим к ней
лампочку. При помощи такой нехитрой операции мы можем превращать
электрическую энергию в свет, или, другими словами, потенциальную энергию
батареи в кинетическую энергию летящих фотонов.
Электрическая энергия батареи в этом опыте будет расходоваться на нагрев
спирали, то есть переходить в тепло, которое будет безвозвратно рассеиваться
или диссипировать в окружающее пространство. Этот переход, как говорит нам
наш опыт, будет необратимым.
Термин "необратимый" означает, что рассеянная энергия в нашу батарею сама по
себе уже вернуться не может. При полном разряде батареи вся электрическая
энергия батареи превратится в конечном итоге в теплоту и наступит состояние
энергетического равновесия между батареей (системой) и окружающей средой.
Здесь можно сказать, что энтропия батареи достигла максимума, который
характеризует наступление равновесного состояния, когда дальнейшие
энергетические превращения становятся уже невозможными.
Это удивительное стремление изолированных систем "быть как все и не
выделяться" свойственно и сжатой пружине, и сосуду со сжатым газом, и
водоему в горах, не имеющему притока (=изолированному) и низвергающемуся
водопадом в долину. Это и хорошо знакомое автомобилистам коварное стремление
предоставленного самому себе (изолированного) аккумулятора к саморазряду, и
форма песчаной насыпи, и остывающий на выключенной плите чайник - запасенная
в изолированной системе энергия тем или иным путем в конце концов
рассеивается в пространстве, девальвируется. Система стремится к состоянию с
максимумом энтропии, соответствующему нулевой разности потенциалов между
собой и средой.
Эта направленность развития изолированных систем и является содержанием
Второго закона, или начала термодинамики, говорящего о том, что "энтропия
любой изолированной системы со временем повышается".
Творцы Второго начала Р. Клаузиус, в 1865 году сформулировавший
представление об энтропии, и В. Томсон применили его ко всей Вселенной в
целом. Грустный результат этой гигантской экстраполяции, известный как
концепция "тепловой смерти Вселенной", вот уже более ста лет служит
предметом научных споров.
Проведенные в последние десятилетия теоретические исследования больших
микро- и макросистем привели к появлению целого ряда научных дисциплин,
базирующихся на законах больших чисел и в том числе статистической физики, в
рамках которой понятие об энтропии трактуется несколько отличным от
термодинамического образом.
С точки зрения статистической физики энтропия выражает вероятность состояния
системы и возрастает при переходе от состояний менее вероятных к более
вероятным. С этим тесно связано понятие об упорядоченных и неупорядоченных
системах. Для нашего мира характерна крайне низкая вероятность существования
упорядоченных систем: колода, где карты разложены по мастям и старшинству,
дом, построенный, например, из кирпича, или типографский шрифт, набранный в
страницу текста, - упорядочены, менее вероятны и обладают минимумом энтропии
в противоположность той же колоде беспорядочно перемешанных карт, куче
кирпича и беспечно разбросанным на риале типографским литерам.
Однако в приведенном выше статистическом определении энтропии заметна
некоторая некорректность, связанная с неопределенностью понятий "порядок" и
"беспорядок". Этим словам трудно дать определение, понятное всем, но
интуитивно мы представляем себе "порядок" как нечто свойственное набору
элементов, расположенных по какой-то логике, являющихся частью системы.
Соответственно там, где не существует никакой логической системы, элементы
находятся в "беспорядке".
Мы можем определить место каждой карты в упорядоченной колоде, каждого
кирпича в построенном доме и можем прочитать набранную страницу осмысленного
текста. Но текст может быть набран на незнакомом языке и быть, таким
образом, упорядоченным для человека, знающего этот язык, и неупорядоченным -
для незнающего.
Тогда критерием упорядоченности становится представление о смысле
написанного, об информации, которую несет текст. Таким образом, энтропия
оказывается тесно связанной с информацией. Эта чрезвычайно важная связь
теоретически подтверждается в теории информации, где формально показывается,
что математическое выражение для информации тождественно выражению для
энтропии, взятому с обратным знаком.
Информация как мера упорядоченности системы представляет внутреннее
состояние системы и обычно называется структурной, в отличие от
относительной информации, связанной всегда с отношением двух (или более)
систем.
Для систем, обладающих некоторой упорядоченностью. Второе начало
термодинамики определяет направление самопроизвольных процессов в сторону
увеличения беспорядка и повышения энтропии.
Дом, например, являющийся упорядоченной системой из кирпичей, в конце
концов, если его не ремонтировать (=изолированная система), рухнет - мы,
разумеется, не считаемся со временем, которое уйдет на этот эксперимент. Но
вероятность того, что из груды кирпича однажды самопроизвольно возникнет
Сухарева башня или храм Христа Спасителя, практически равна нулю.
Таким образом, обобщая, можно сказать, что Второе начало термодинамики, или
закон возрастания энтропии, говорит о выравнивании энергетических уровней
различных систем, о стремлении систем к беспорядку, деградации, о торжестве
Хаоса над Космосом.
Но наука XIX века оставила нам в наследство еще одну великую теорию, теорию,
блестяще подтверждающуюся колоссальным фактическим материалом, даже самим
фактом существования как пишущего, так и читающего эти строки, но тем не
менее являющуюся полной противоположностью теории Клаузиуса-Томсона. Это -
теория эволюции Дарвина, сформулированная практически одновременно (1859 г.)
со Вторым началом термодинамики. Теория Дарвина утверждает, что в мире
происходит непрерывное возникновение все более сложно организованных живых
структур и систем, говорит о постоянном созидании, организации,
структурировании.
Однако при всей своей видимой противоположности эти две великие теории не
конкурируют между собой, поскольку одна из них сформулирована для
изолированных систем, а другая - для открытых.
В окружающем нас мире по сути дела не существует изолированных систем - и
рост энтропии любой, казалось бы, полностью изолированной от окружающей
среды системы всего лишь вопрос времени. Металл сжатой пружины устает и
подвергается коррозии, сосуд, в котором заключен сжатый газ, разрушается,
вода стекает с возвышенностей в низины. Даже протону, совсем недавно
казавшемуся олицетворением стабильности, современная физическая теория
отводит пусть даже колоссальный по нашим меркам, но тем не менее конечный
срок жизни.
Разрабатываемая до недавнего времени термодинамика ограничивалась
рассмотрением изолированных, замкнутых систем и областью явлений, близких к
равновесию, систем, для которых соотношения между термодинамическими
параметрами связаны линейными соотношениями: одинаковым изменениям
независимой величины должны строго отвечать одинаковые изменения зависимой.
В рамках этой термодинамики вопрос об упорядочивании, об организации
структур не ставился, да и не мог быть поставлен.
Только около сорока лет назад некоторые физики в разных странах начали
предпринимать попытки изучения неравновесных систем и неравновесных
процессов. Наибольших успехов в создании новой термодинамики достигли Герман
Хакен и "брюссельская школа" во главе с И.Р. Пригожиным, ставшие
основоположниками нового научного направления, названного авторами
соответственно "синергетикой" и "нелинейной термодинамикой неравновесных
процессов". Далее я буду пользоваться термином Пригожина, сокращая его:
"нелинейная термодинамика".
Известно, что в ходе обратимых, то есть идущих без изменения собственной
энтропии системы процессов, могут образовываться равновесные
структуры-устойчивые состояния, типичным примером которых является кристалл.
Пригожий, исследовавший термодинамическими методами явления флуктуаций и
устойчивости, поставил и решил задачу о возможности возникновения устойчивых
структур, названных им "диссипативными", в условиях, далеких от равновесия,
в нелинейной области, где на одинаковые приращения независимой переменной
одна и та же функция может откликнуться по-разному, в зависимости от того,
какому значению независимой переменной придается приращение. Неравновесное
состояние системы можно, наверное, определить и как состояние динамическое,
как состояние интенсивного обмена системы энергией и массой с окружающей
средой.
Само существование упорядоченности за пределом устойчивости не является
чем-то новым. Ярким примером этого класса явлений считается конвекционная
неустойчивость Бенара или ячейка Бенара.
Опыт, демонстрирующий образование ячеек Бенара, элементарно прост: если в
сковороде разогревать слой растительного масла, то через какое-то время
жидкость разобьется на правильные сотовидные ячейки, то есть в открытой
системе после подвода энергии образуется некоторая структура, возникает
упорядочивание.
Ячейка Бенара совсем не уникальный пример возникновения упорядоченных
структур за пределом устойчивости: в литературе описаны многочисленные
периодические диссипативные процессы при протекании химических, электро- и
биохимических реакций, которые являются примером временного упорядочивания.
В качестве еще одного примера можно указать на ставшую широко известной
реакцию Белоусова-Жаботинского. В 1951 году Б. П. Белоусовым была сделана
неудачная, к сожалению, попытка опубликования в одном из химических журналов
статьи, где описывалась открытая им периодическая реакция. Статья эта была
отклонена под тем предлогом, что, как известно, все химические реакции идут
одним, единственно возможным путем - необратимо. Между тем в лаборатории у
Белоусова происходило невероятное - прозрачная смесь нескольких реактивов
начинала периодически менять цвет: красный менялся на синий, синий - на
красный, до тех пор, пока не израсходовались все реагенты.
Анализ подобных явлений позволил сделать вывод о том, что неравновесные
состояния системы, являющиеся, вообще говоря, признаком хаоса, могут стать
причиной возникновения в ней порядка.
Классическая термодинамика до Пригожина рассматривала только процесс роста
энтропии, разрушение первоначально заданной организации, порядка. Переход к
анализу открытых неравновесных систем показал, что из хаоса может рождаться
порядок - что и следует из теории биологической эволюции.
Ученые брюссельской школы не могли не заметить и не оценить всей
грандиозности перспектив, которые открывала новая концепция.
Ведь в случае распространения теории нелинейной термодинамики на
биологические объекты эта теория могла бы стать теорией, дающей шанс на
понимание общности эволюции и физических, и биологических систем.
В начале семидесятых годов И.Р. Пригожин и П. Гленсдорф попытались
математически сформулировать некоторый критерий, который бы прямо
предсказывал условия создания форм, производства нового.
Выдвинутый Пригожиным и Гленсдорфом "критерий эволюции" претендовал на роль
универсального термодинамического закона самоорганизации и эволюции любой
открытой системы: физической, химической, биологической.
Однако попытки распространения методов нелинейной термодинамики на
биологические системы не дали практически никаких зримых результатов. Причин
тому можно назвать несколько. Прежде всего - это необыкновенная, по
сравнению с такими, как, например, колебательная реакция Белоусова,
сложность даже самых простых биологических объектов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71