Самоорганизация материальных систем

Общая диалектическая идея саморазвития материального мира получала свою эмпирическую и теоретическую конкретизацию посте­пенно. Причем «сверху вниз»: от высших форм движения материи — к низшим. Сначала тенденцию самопроизвольного нарастания сложно-сти и порядка обнаружили в обществе (просветители, Гегель, Маркс),затем ту же закономерность зафиксировали в живой природе (Ламарк, Дарвин). И только в XX в. ту же способность признали и за всем ос­тальным материальным миром, начиная с элементарных частиц и за­канчивая Метагалактикой, или Вселенной в целом.

В классической науке и недиалектической фи лософии вплоть до середины XX в. господство вало убеждение, что материи изначально при суща тенденция к разрушению всякой упоря доченности, стремление к исходному равнове сию. Ну кто же не знает, что вода всегда течет под уклон, а любая предоставленная самой себе материальная вещь неизбежно разру шается? Теоретический базис под эти «здравомыслящие» сообра жения подвела классическая термодинамика — наука о взаимопре вращениях различных видов энергии. Ею было установлено, что во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует выде ленная самой природой направленность. И легче всего различный виды энергии переходят в самую простую ее форму — тепловую Теплота же, как известно, может «перетекать» только в одну сторо ну — от горячего тела к холодному, стремясь к состоянию термо динамического равновесия.

Знаменитое второе начало термодинамики гласит: при само произвольных процессах в системах, имеющих постоянную энер гию, энтропия всегда возрастает. Энтропия — это мера беспорядка системы. Физический смысл возрастания энтропии сводится к тр му, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это — наиболее простое и одновременно наиболее вероятное состояние системы, или состояние термодинамического равновесия, при котором дви­жение частиц хаотично. Максимум энтропии означает полное тер­модинамическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу.

Но если возрастание энтропии — фундаментальный закон при роды, и, следовательно, материальный мир может эволюциониро вать только к хаосу, то как же наша Вселенная смогла возникнуть и сорганизоваться до ее нынешнего упорядоченного состояния? И если этот закон столь фундаментален, почему же ему не подчиня­ется живая природа, демонстрирующая стремление прочь от термо­динамического равновесия и хаоса, т.е. непрерывный рост сложно сти и организованности своих структур (уменьшение энтропии)? " Частично ответ на эти вопросы заключается в том, что второе начало термодинамики действительно только для закрытых систем, которые не обмениваются веществом или энергией с внешней сре­дой. Но живые организмы — системы открытые, существующие 'за счет обмена веществ. Поэтому уменьшение в них энтропии (при формировании организма, например) компенсируется ее увеличе­нием во внешней среде.

Американский физик С. Хоукинг проделал любопытный под­счет. Если мы запомнили каждое слово в книге из двухсот страниц, то наша память записала около двух миллионов единиц информа­ции. Именно на столько единиц увеличился порядок в нашем мозгу (уменьшилась энтропия). Но за время чтения книги мы пе­реработали не менее 1000 ккал упорядоченной энергии в виде пи­щи в неупорядоченную в виде рассеянного в атмосфере тепла. Эта распыленная тепловая энергия увеличила беспорядок во Вселенной В 10²⁰ раз больше, чем увеличился порядок в нашем мозгу¹. Таким образом, уменьшение энтропии в маленьком фрагменте материаль­ного мира дает существенный ее рост для более широкой системы, и второе начало термодинамики в целом не страдает. " А как быть со Вселенной в целом? Ей-то где увеличивать бес­порядок, чтобы образовать свои разномасштабные структуры? Со­временная наука полагает, что такой внешней средой для нашей Вселенной является вакуум, нарушение упорядоченных структур которого и привело когда-то к ее возникновению.

Таким образом был обойден запрет на возрастание порядка для обширного класса систем. Стало ясно, что материальные объекты в принципе способны осуществлять работу против термодинамиче­ского равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться. Но объявить эту способность законом, т.е. всеобщей характеристикой материального мира, решилась только синергетика — наука о самоор­ганизации систем. Это междисциплинарное научное направление, раз­работка которого началась несколько десятилетий назад (И. Пригожий, Г. Хакен), претендует на роль новой научной парадигмы.