Роль принципа энтропии

Современная наука располагает фундаментальными знаниям, позволяющими обнаружить и описать закономерности развития универсума. Для этих целей разработан специальный понятийный аппарат, который, как инструмент в руках хирурга, позволяет точно описать современное состояние и динамику развития универсума. В условиях, далеких от равновесия, действуют бифуркационные механизмы. Они предполагают наличие точек раздвоения и неединственность продолжения развития. Результаты их действия труднопредсказуемы. По мнению И. Пригожина, бифуркационные процессы свидетельствуют об усложнении системы¹. Н. Моисеев утверждает, что в принципе каждое состояние социальной системы является бифуркационным. А в глобальных измерениях антропогенеза развитие человечества уже пережило, по крайней мере, две бифуркации. Первая произошла в палеолите и привела к утверждению системы табу. Вторая – в неолите и связана с расширением геологической ниши: освоением земледелия и скотоводства. «Духовный мир, рожденный вместе с разумом, – это результат бифуркации, куда более глубокой, чем мы себе представляем», – утверждал академик Н. Моисеев. Бифуркационные механизмы проявляют себя и в сфере этногенеза, «возникновение, расцвет и закат этносов, как и другие процессы самоорганизации, – это формирование из хаоса тех или других квазистабильных образований, которые однажды неизбежно распадутся, предоставив тем самым материал для нового этапа этногенеза»¹.

Можно сделать вывод, что понятие бифуркации уже принято в современном обществоведческом анализе. Поскольку общество предстает как сложная, далекая от равновесия система, его кризисы и переломные эпохи свидетельствуют о приближении к точкам бифуркации – точкам неединственного продолжения развития². В более широком смысле понятие бифуркации употребляется для обозначения всевозможных качественных сдвигов.

Флуктуации в общем случае означают возмущения и подразделяются на два больших класса: класс флуктуаций, создаваемых внешней средой, и класс флуктуаций, воспроизводимых самой системой. Возможны случаи, когда флуктуации будут столь сильны, что овладеют системой полностью, придав ей свои колебания, и по сути изменят режим ее существования. Они выведут систему из свойственного ей «типа порядка», но обязательно ли к хаосу или к упорядоченности иного уровня – это особый вопрос.

Примечательно, что к идее флуктуации обращался Ч. Дарвин, хотя отводил ей ничтожную роль. «Каждое слабое уклонение в строении, которое было бы почему-либо вредно, беспощадно уничтожалось. А продолжительное накопление благотворных вариаций должно было неизбежно привести к возникновению столь разнообразных, так прекрасно приспособленных к разным целям и так превосходно координированных структур, как те, какие мы видим у окружающих нас животных и растений»¹.

Система, по которой рассеиваются возмущения, называется диссипативной. По сути дела – это характеристика поведения системы при флуктуациях, которые охватили ее полностью. Основное свойство диссипативной системы – необычайная чувствительность ко всевозможным воздействиям и в связи с этим чрезвычайная неравновесность.

Понятие энтропии в общем случае указывает на меру хаотизации. Роль энтропии стала очевидной благодаря естественнонаучным открытиям, и в частности, вследствие установления связи между механическим и тепловыми явлениями, открытия принципа сохранения энергии и понятия необратимости. Постоянный обмен энергией, лежащий в основе всех процессов, заставлял задуматься как об ее источнике, так и об угрозе рассеивания. Больцман первым понял, что необратимое возрастание энтропии можно было бы рассматривать как проявление все увеличивающегося молекулярного хаоса, постепенного забывания любой начальной асимметрии. В основе порядка точных физических законов лежала атомная и молекулярная неупорядоченность. Можно было бы предположить, что энтропия свидетельствует о безостановочном соскальзывании системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации, однако лауреат нобелевской премии И. Пригожин сформулировал теорему о минимуме производства энтропии.

Из теоремы о минимуме производства энтропии следовало, что когда граничные условия мешают системе перейти в состояние равновесия, она делает лучшее из того, что ей остается – переходит в состояние энтропии, которое настолько близко к состоянию равновесия, насколько это позволяют обстоятельства. Иными словами, минимальный рост энтропии как стремление к наименьшей из всех прочих степеней хаотизации – одна из существенных эволюционных особенностей¹.

В иной формулировке теорема о минимуме энтропии утверждает, что производство энтропии системой, находящейся в стационарном состоянии, достаточно близком к равновесию, минимально.

Экстраполяция второго начала термодинамики или закона возрастания энтропии (меры хаотизации) на всю Вселенную привела к идее тепловой смерти Вселенной. Второй закон термодинамики, сформулированный Сади Карно в 1829 г., в общем виде указывал на то, что замкнутая система стремится от наименее вероятностного состояния к своему наиболее вероятностному состоянию. Примером из повседневной жизни, разъясняющим это положение, может служить следующая ситуация. Если кипящий чайник убрать с огня, то он будет далее не нагреваться, что было бы наименее вероятностным состоянием, а остывать, что, естественно, более вероятно. Это так. В замкнутой системе происходит выравнивание температур, система стремится к своему термодинамическому равновесию. В физической картине мира принцип возрастания энтропии соответствует одностороннему течению явлений, т.е. в направлении хаоса, беспорядка, дезорганизации.

Однако, заметим, закон рассчитан на замкнутые системы (что удачно отражено в примере), и это является абстракцией огромной силы, так как в мире большинство систем – незамкнутые. Когда второе начало термодинамики было распространено на Вселенную, проинтерпретированную как замкнутая система, по расчетам получалось, что все энергетические процессы должны происходить в одном направлении. Энтропия как физическая величина, характеризующая процессы превращения энергии, возрастала. Иными словами, творился невероятный хаос. Все виды энергии превращались в тепловую, затем они рассеивались в пространстве. Вселенная начинала остывать. Наступление абсолютного теплового равновесия означало тепловую смерть Вселенной.

Суть философской критики этих положений состояла в указании на недопустимость качественного уничтожения движения, невозможность превращения многообразных видов энергии в тепловую. Однако концепция тепловой смерти Вселенной оказывается несостоятельной и с естественнонаучной точки зрения.

Возможность экстраполяции второго начала термодинамики на всю Вселенную предполагает произвольное допущение о ее структуре и, в частности, представление о ее замкнутости, изолированности и однородности, т.е. системы без притока и оттока энергии. Однако Вселенная не является замкнутой системой, она состоит из бесконечного числа частиц и элементов. Земля также принадлежит к открытым системам, она бесконечно получает потоки лучистой энергии, идущей от солнца. Более того, разные части Земли получают и отдают избыток энергии по-разному, что обуславливает дожди, ветры, грозы, ураганы и пр.

Еще античный философ Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» прозорливо восклицал:

Нет и краев у нее и нет ни конца, ни предела.

И безразлично, в какой ты находишься части Вселенной:

Где бы ты ни был, везде, с того места, что ты занимаешь,

Все бесконечной она остается во всех направлениях...

В современной релятивистской космологии конкурирует несколько объяснительных моделей Вселенной, однако ни в одной из них состояние термодинамического равновесия для Вселенной неприемлемо.

Понятие энтропии сыграло весьма важную критериальную роль в решении проблемы выявления отличий живого от неживого. Конечно же, на память приходит универсальное определение жизни, возникшее еще во второй половине ХIХ в., которое современная наука не опровергает, а лишь детализирует. «Жизнь – это способ существования белковых тел». Наиболее важными компонентами живого являются белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты. Отличительной способностью живого является воспроизведение, рост и обмен веществ. Способность к самовоспроизведению обеспечивается таким типом химических реакций, который не встречается в неживой природе и называется матричным синтезом. Однако академик В.А. Эндельгард указывает на еще одну существенную характеристику живых систем, а именно способность «создавать порядок из хаоса», т.е. антиэнтропийный характер жизненных процессов. Живые организмы способны творить упорядоченность из хаотического теплового движения молекул. В.И. Вернадский подчеркивал, что жизнь не укладывается в рамки энтропии», антиэнтропийные процессы в мире живого эквивалентны появлению новых, более организованных и совершенных организмов.

Ученые выделяют такую структуру, как аттракторы – притягивающие множества, образующие собой центры, к которым тяготеют элементы. К примеру, когда скапливается большая толпа народа, отдельный человек, двигающийся в собственном направлении, не в состоянии пройти мимо, не отреагировав на нее. Изгиб его траектории осуществится в сторону образовавшейся массы. В обыденной жизни это часто называют любопытством. В теории самоорганизации подобный процесс получил название «сползание в точку скопления». Аттракторы стягивают и концентрируют вокруг себя стохастические элементы, тем самым структурируя среду и выступая участниками созидания порядка. Согласно выводам отечественного синергетика С.П. Курдюмова странный аттрактор представляет собой область, внутри которой по ограниченному спектру состояний блуждает с определенной вероятностью реальное состояние системы.

Понятие синергетики получило широкое распространение в современных научных дискуссиях и исследованиях последних десятилетий в области философии науки и методологии. Сам термин древнегреческого происхождения означает содействие, соучастие – или содействующий, помогающий. Следы его употребления можно найти еще в исихазме – мистическое течение Византии. Наиболее часто он употребляется в контексте научных исследований в значении – согласованное действие, непрерывное сотрудничество, совместное использование. 1973 год – год выступления Г. Хакена на первой конференции, посвященной проблемам самоорганизации – положил начало новой дисциплине. Этот год считается годом рождения синергетики. Г. Хакен – творец синергетики – обратил внимание на то, что корпоративные явления наблюдаются в самых разнообразных системах: астрофизические явления, фазовые переходы, гидродинамические неустойчивости, образование циклонов в атмосфере, динамика популяций и даже явления моды. В своей классической работе «Синергетика» Г. Хакен отмечал, что во многих дисциплинах, от астрофизики до социологии, мы часто наблюдаем, как кооперация отдельных частей системы приводит к макроскопическим структурам или функциям. Синергетика в ее нынешнем состоянии фокусирует внимание на таких ситуациях, в которых структуры или функции систем переживают драматические изменения на уровне макромасштабов. В частности, синергетику особо интересует вопрос о том, как именно подсистемы или части производят изменения, всецело обусловленные процессами самоорганизации. Парадоксальным казалось то, что при переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все эти системы ведут себя схожим образом.

Хакен объяснял, почему он назвал новую дисциплину синергетика следующим образом. Во-первых, в ней «исследуется совместное действие многих подсистем..., в результате которого на макроскопическом уровне возникает структура и соответствующее функционирование»¹. Во-вторых, она кооперирует усилия различных научных дисциплин для нахождения общих принципов самоорганизации систем.

В 1982 г. на конференции по синергетике, проходившей в нашей стране, были выделены конкретные приоритеты новой науки. Г. Хакен отмечал, что в связи с кризисом узкоспециализированных областей знания информацию необходимо сжать до небольшого числа законов, концепций или идей, а синергетику можно рассматривать как одну из подобных попыток. По мнению ученого – существуют одни и те же принципы самоорганизации различных по своей природе систем – от электронов до людей, а следовательно, речь должна вестись об общих детерминантах природных и социальных процессов, на нахождение которых и направлена синергетика.

Синергетика, таким образом, оказалась весьма продуктивной научной концепцией. Ее предметом выступили процессы самоорганизации – спонтанного структурогенеза. Синергетика включила в себя новые приоритеты современной картины мира: концепцию нестабильного неравновесного мира, феномен неопределенности и многоальтернативности развития, идею возникновения порядка из хаоса.