Виталий Тихоплав - Идущие по пустыне: время
Иными словами, второе начало (закон) термодинамики устанавливает наличие в Природе фундаментальной асимметрии, то есть однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов. Такая однонаправленность означает, что все виды энергии во Вселенной необратимо превращаются в теплоту, которая, в свою очередь, передается от тел более нагретых к телам менее нагретым. В результате температура всех тел во Вселенной выравнивается на низком уровне и наступает так называемая «тепловая смерть», обусловленная прекращением всех форм движения материи.
Британский химик Питер Эткинс пишет: «Основываясь на втором начале термодинамики, мы считаем, что качество энергии неуклонно понижается; по мере того как она все более вырождается и наступает состояние хаоса, все события и явления становятся существенно необратимыми. Энергия диссипирует[4] везде и всегда; мир – это средоточие явлений вырождения. Мы – дети хаоса, и глубоко в основе каждого изменения скрыт распад. Изначально существует только процесс рассеяния, деградация; все захлестывает волна хаоса, не имеющего причины и объяснений. В этом процессе отсутствует какая-либо изначальная цель, в нем есть только непрерывное движение» [1].
Лучше передать суть второго начала термодинамики просто невозможно. Вот этот процесс деградации энергии, стремление всего окружающего нас Мира и нас самих к хаосу, к распаду, к смерти и характеризуется ростом энтропии.
Одним из наиболее видных ученых, стремящихся распространить принцип возрастания энтропии на Вселенную, следует признать Л. Больцмана, который дал статистическое толкование второго начала термодинамики. Больцман рассмотрел Вселенную как механическую систему, состоящую из огромного числа частиц и существующую неизмеримо долго. В этой системе наиболее вероятными являются состояние равновесия и, как его следствие, смерть. Менее вероятны, но принципиально возможны случаи, когда в отдельных областях системы возникают неравновесные состояния. Такие вспышки жизни возникают (по Больцману) в различных областях Вселенной и в разное время. В любой момент времени имеются области, в которых разгорается жизнь и в которых она затухает. Мы живем в той области Вселенной, где происходит замирание жизни, поэтому для наших условий характерно возрастание энтропии. В других областях, где имеет место вспышка жизни, энтропия должна уменьшаться.
Иными словами, чтобы сохранить второе начало и энтропию, Больцман предложил нам такое развитие Вселенной, где жизнь миров представляет собой кратковременные вспышки на фоне всеобщей смерти [2]. Второй закон термодинамики, закон возрастания энтропии, описывает мир как непрестанно эволюционирующий от порядка к хаосу.
Однако астрофизик, доктор физико-математических наук Н. А. Козырев в результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований мироздания пришел к выводу: «Во Вселенной же нет никаких признаков деградации, которая вытекает из второго начала. Мир сверкает неисчерпаемым разнообразием, мы не находим в нем и следов приближения тепловой и радиоактивной смерти. Следовательно, мы должны признать, что в Природе существуют постоянно действующие причины, препятствующие возрастанию энтропии… Всюду в сверкающем разнообразием мире идут не предусмотренные механикой процессы, препятствующие его смерти. Эти процессы должны быть подобны биологическим процессам, поддерживающим жизнь организмов. Поэтому их можно назвать процессами Жизни» [3]. Козырев оказался прав!
Во второй половине XX века ученые пришли к выводу, что эволюция Вселенной, которая представляет собой множество открытых и сложных систем, не приводит к снижению уровня упорядоченности и обеднению разнообразия форм материи. Наоборот, Вселенная развивается от простого к сложному, от низших форм организации к высшим, от менее организованного к более организованному.
Во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Благодаря этому Вселенная оказывается способной к развитию, эволюции, к самоорганизации. Иначе говоря, старея, Вселенная обретает все более сложную организацию.
Чем принципиально отличается сложная система от простой? Ответ прост: энергией связи. Дело в том, что для объединения простых систем в сложные им требуется энергия связи, которая объединит все простые, теперь уже, подсистемы в единую сложную систему. Откуда берется эта энергия? Только из внешней среды.
Правда, возникает вопрос: каким образом из хаоса может возникнуть система? Ответ был найден: система самоорганизовалась! Просто взяла и организовалась сама. Оказывается, источником порядка может быть неравновесность – поток вещества или энергии.
Среди сложных систем самоорганизующиеся системы вызывают особый интерес. К такого рода сложным открытым самоорганизующимся системам относятся не только Вселенная, но и биологические и социальные системы, которые более всего значимы для человека. И сам человек! [4].
Синергетика
В 70-е годы прошлого столетия начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем, и в результате родилось новое направление в науке – синергетика.
Википедия дает такое толкование этого направления: «Синергетика – это междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем)» [5].
Можно сказать более подробно, что синергетика это:
наука о самоорганизации самых различных процессов;
термодинамика открытых систем вдали от равновесия;
наука о катастрофах;
наука об универсальных законах эволюции в природе и в обществе [6].
Иными словами, синергетика изучает и объясняет те процессы, которые оказались не по силам равновесной технической термодинамике. При этом синергетика рассматривает мир в его целостности как единую систему; в этой системе присутствуют идеи общего закона и общего пути развития, которому следует весь мир в целом, и человек в том числе. Поэтому главные принципы эволюции, выработанные синергетикой, справедливы для косной, живой и социальной Природы. Ни одна наука до синергетики (если не считать научной эзотерики Пифагора, которая была забыта) не могла сформулировать общие универсальные законы эволюции, справедливые для всех ее уровней. Это оказалось под силу только синергетике [7].
В развитие синергетики огромный вклад внесли немецкий ученый Герман Хакен и бельгийско-американский ученый русского происхождения, лауреат Нобелевской премии 1977 года Илья Романович Пригожин.
Синергетическая картина мира принципиально отличается от физической. В таблице 1 сопоставлены изучаемые объекты и их свойства в физической и синергетической картине мира.
Таблица 1
* Флуктуация (от лат. fluctuatio – колебание) – термин, характеризующий любое колебание или любое периодическое изменение. При этом либо все тело колеблется в пространстве как единое целое, не изменяя своей формы, либо колеблются частицы, составляющие тело. Оба вида колебаний могут существовать как раздельно, так и совместно (Википедия).
Предметом изучения синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы.
О самоорганизующихся системах
Что такое самоорганизующаяся система? Как трактует философская энциклопедия, самоорганизующаяся система – это сложная динамическая система, способная при изменении внешних или внутренних условий ее функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта. Примерами таких систем являются живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив [8]. Но не только! Это и вся Вселенная со своими метагалактиками, галактиками, солнечными системами и планетами!
Самоорганизующейся системой может быть только открытая система, способная обмениваться энергией с окружающей средой.
По определению Хакена, самоорганизация – это спонтанное (самопроизвольное) образование высокоупорядоченных структур из хаоса, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем. Именно таким образом при самоорганизации из хаоса рождается порядок [9].
Необходимо отметить, что в настоящее время существуют два подхода к рассмотрению физической сущности явления самоорганизации. Один из них связывает эту сущность с диссипацией (неравновесная термодинамика И. Р. Пригожина), а второй – с внутренней полезной работой против равновесия (концепция эволюционного катализа А. П. Руденко).
И. Р. Пригожин о самоорганизующихся системахСогласно подходу И. Пригожина, автора теории неравновесной термодинамики, директора отделения физики и химии Брюссельского университета, лауреата Нобелевской премии 1977 года, главным условием самоорганизации, принимается необратимость процесса, причиной считается диссипация, а движущей силой – негэнтропия[5], поглощаемая открытой системой из окружающей среды при обмене веществ [10].
