Где начинается порядок?

Рассмотрим пример.
• Кусок железа весом I кг, поднятый на высоту I м, приобретает потенциальную энергию — 10 Дж.
• Этот же кусок железа, двигаясь в горизонтальном направлении со скоростью 4,5 м/с, приобретает кинетическую энергию величиной J 0 Дж.
• Помещаем образец в пламя горелки и нагреваем (т.е. повышаем температуру). Тем самым мы увеличиваем энергию образца, хотя обра­зец остаётся в первоначальном положении и не двигается. Тем не ме­нее, если температура образца при этом поднимется лишь на 0,03 °С, то сообщённая образцу энергия достигнет тех же 10 Дж. Теперь энер­гия запасена в форме теплового движения атомов. По существу, она вновь, как и раньше, запасена в виде кинетической и потенциальной энергии частиц, однако в данном случае положения и скорости атомов не коррелированы друг с другом и перемещения образца не происхо­дит. Энергия, переданная образцу посредством нагревания, вызвала в образце неупорядоченное движение.
Тепловое движение — это всегда случайное, хаотическое, некор­релированное, неупорядоченное движение.
Совершая над системой работу, мы вынуждаем её частицы дви­гаться упорядоченно; и наоборот, при нагревании системы мы всегда вынуждаем её частицы двигаться неупорядоченно.
Всё многообразие органической жизни на Земле разворачивается в узком диапазоне температур в окрестности 300 градусов (по шкале Кельвина). А что же внизу? Вели температура понижается — все жиз­ненные процессы могут прекратиться, поскольку при этом атомы в буквальном смысле будут «заморожены» в уже существующих конфи­гурациях. Наглядный тому пример: вода теряет текучесть, если её ох­ладить ниже точки замерзания. Преодолев естественное течение при­родных процессов, человек смог достичь в лабораторных условиях температур, весьма близких к абсолютному нулю, ниже 2-10 s К, что на 10 порядков ниже нормальной температуры. Там, в микроструктуре твёрдых тел, царит почти «идеальное» спокойствие, и даже движение атомов проявляется не более как случайный «шорох» на безжизненном фоне. Ещё ниже — мир теплового покоя, где не действуют никакие из известных физических законов.
Иная картина наблюдается с ростом температуры. Чтобы могла происходить та или иная химическая реакция, в пределах молекулы должна сконцентрироваться энергия, достаточная для перестройки томов. Чем выше температура, тем больше вероятность того, что случайные скопления энергии окажутся достаточными для того, что­бы атомы соответствующих молекул могли перейти в новые располо­жения. Растут скорости движения частиц, их энергия, рвутся химиче­ские связи, растут скорости химических реакций; затем очередь дохо­дит до атомных конструкций — рушатся и они. Температура порядка 8 млн градусов требуется для того, чтобы «поджечь» реакцию термо­ядерного синтеза.
Следует упомянуть об удивительном и загадочном явлении — о том, что космическим температурным фоном всему живому служит холодное всепроникающее реликтовое излучение с температурой всего 3 К, оставшееся в наследство от Большого взрыва. Все жизненные про­цессы разыгрываются па этом фоне.
Второе начало термодинамики устанавливает наличие в при­роде фундаментальной асимметрии, т.е. однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов.
Другой аспект асимметрии природы: преобразование теплоты в работу. Суть этого аспекта асимметрии состоит в том, что существу­ет своего рода фундаментальный «налог»: природа признаёт эквива­лентность теплоты и работы, но требует с нас «контрибуцию» всякий раз, когда теплота превращается в работу. Иными словами, невозмож­но полностью преобразовать теплоту в работу, в то время как работу можно полностью превратить в тепло. Этот аспект асимметрии при­родных процессов позволяет не просто овладеть энергией, запасённой в топливе, но и извлечь из неё движущую силу, которая, в свою оче­редь, помогает нам воздвигать искусственные сооружения, создавать транспортные средства и даже поддерживать связь на расстоянии. Не случись этого, мы, возможно, были бы всегда согреты, но не стали мудрее. Почему же человеку понадобилось столько времени, чтобы обнаружить и использовать эту асимметрию? Трудность состояла в том, что стояла задача выделить упорядоченное движение из неупоря­доченного, поскольку именно в характере движения состоит отличие работы от теплоты. Можно понимать и иначе: движение к упорядочен­ности в природе «не поощряется», а других способов передачи энергии при взаимодействии термодинамической системы с окружающей сре­дой, кроме работы и теплоты, не существует.
Итак, работа — это способ передачи энергии упорядоченного дви­жения, точно так, как теплота ~ неупорядоченного. Но упорядо­ченность отождествляется со структурой. Работа — это способ, а не предмет. О какой форме упорядоченности может здесь идти речь? На­пример, упорядоченное движение атомов (в случае движения поршня в паровой машине) — это пример структуры порядка, хотя и самог о при­митивного.
Далее, упорядоченное движение всегда сопровождается пото­ком энергии. Если исчезает поток энергии, структура, называемая ра­ботой, прекращает своё существование. Работа является диссипатив- ной структурой, и в этом смысле можно считать работу «предмет­ным» объектом. Работа не может возникать спонтанно.
Второе нача­ло термодинамики — это глобальное отрицание возможности са­мопроизвольного возникновения структур. Упорядоченность возни­кающей структуры обусловлена тем, что где-либо в другом месте по­рождается ещё большая неупорядоченность. Локальный структурный порядок может возникать, если он связан с ещё большим разрушением и сопровождающим его беспорядком где-либо в другой области. Кон­кретная ситуация: конструкция цилиндра двигателя такова, что в про­цессе диссипации энергии может возникнуть определённая структура, которую и воспринимают частицы поршня. Эту структуру мы называ­ем работой.
Образование устойчивых молекул (весьма важный элемент в ие­рархии упорядоченности) возможно в том случае, когда полная энер­гия системы атомов понижается, т.е. энергия молекулы меньше, чем суммарная энергия атомов, входящих в состав молекулы. Химические реакции, т.е. процессы, при которых одно вещество превращается в другое, — это не что иное, как более сложная форма процесса охлаж­дения.
Точно таким же способом (в принципе, а не в деталях) мы, живые существа, являясь диссипативными структурами, в результате своей жизнедеятельности производим определённые деструктивные измене­ния в других частях Вселенной, создавая при этом упорядоченные структуры. Чтобы жить, мы должны «дисс и пировать» (рассеивать энергию), поддерживая быстро преходящее неравновесное состояние; образно говоря, полное равновесие равнозначно смерти. Жизнь про­должается до тех пор, пока способность наших бренных тел к воспри­ятию внешних воздействий не снижается настолько, что мы уже не в состоянии поддерживать эффективно действующую связь с окружаю­щими нас процессами диссипации; тогда мы скатываемся к равнове­сию и умираем. Мы — дети хаоса, и глубоко в основе каждого измене­ния скрыт распад. Складывается впечатление, что изначально сущест­вует только процесс рассеяния, деградации; всё захлёстывают волны хаоса, не имеющего причин и объяснений. В этом процессе есть только непрерывное движение к непонятой цели, хотя и в этом движении воз­можны различные направления, выбор которых, как может показаться, диктуется случаем.
Естественные процессы — это всегда процессы, сопровождаю­щие диссипацию энергии.
Отсюда становится понятным, почему горя­чий объект охлаждается до температуры окружающей среды, почему упорядоченное движение уступает место неупорядоченному и, в част­ности, почему механическое движение вследствие трения полностью переходит в тепловое. Иными словами, любые проявления асимметрии так или иначе сводятся к рассеянию энергии. И в физике, и в химии фактором, вызывающим естественные изменения, является случайное, бесцельное, ненаправленное рассеяние энергии.
Противоестественное может возникнуть в ходе естественных процессов. Если мы сумеем осуществить один процесс за другим, то, скажем, первый из них может быть созидательным, приводя к локаль­ному понижению энтропии (именно это происходит, к примеру, при охлаждении объекта до температуры более низкой, чем в окружающем пространстве). Однако одновременно где-либо должен происходить другой процесс (непрерывно связанный с первым), в ходе которого возникает, по крайней мере, такое количество энтропии, чем компен­сируется ее уменьшение. Наличие связи между двумя процессами мо­жет привести к тому, что один из них пойдёт в противоестественном направлении, если только в ходе другого процесса создаётся достаточ­ная степень беспорядка — так, чтобы суммарный хаос в мире при этом возрастал.
Если хоть где-нибудь мы вмешиваемся и что-то меняем в естественном ходе событии в одном месте, мы должны «запла­тить» за это — в другом!
Как правило, в большем размере.
Поясним это на простом примере. Видимо найдутся люди, которые не сомневаются в том, что если летом, в жаркую погоду, в комнате во­друзить холодильник, то в комнате станет прохладнее. Нет, не станет. Станет жарче. Внутри холодильника температура действительно ста­нет ниже комнатной, а вот на радиаторе, за холодильником, станет выше. Понять это нетрудно, потому что мы постоянно имеем дело с теплом и температурой. А вот с энтропией вроде нет. Энтропия — более абстрактное понятие. Ведёт себя энтропия иначе: уменьшается, когда мы уходим от равновесия и увеличивается, когда мы «скатываемся» к равновесию (к хаосу).
Энтропия — мера хаоса, беспорядка, тесно связанная с направлением течения тепла и температурой, а следо­вательно, с энергией. А если точнее, то с качеством энергии. Где-то на электростанции мы сожгли топливо и тем самым значительно увели­чили хаос для того, чтобы в холодильнике незначительно исправить положение, подняться над хаосом на несколько градусов. Пусть Вас не смущает, что температура при этом уменьшается, здесь не важно, в какую сторону от равновесия мы уходим. И в том и в другом случае, при удалении от равновесия, энтропия уменьшается. Тепловое равно­весие соответствует максимуму энтропии. Состояние равновесия Все­ленной и есть её наиболее вероятное состояние.
Локальные уменьшения хаоса воспринимаются как появление оп­ределённой структуры, но неизменно сопровождаются соответствую­щим увеличением хаоса где-либо в другом месте. В процессе перехода к хаосу могут происходить превращения различных веществ и даже возникнуть организмы. Оказалось, что бесцельный поток энергии спо­собен созидать жизнь и сознание. Именно здесь открывается истинная роль хаоса. Он перестаёт быть орудием слепого и бесцельного рассея­ния энергии, проявляя себя как созидательное начало, обусловливаю­щее зарождение самого человеческого сознания, о чём мы будем под­робнее говорить позднее. Здесь мы подчеркнём лишь тог факт, что, как ни удивительно, осмысление всего этого началось только с появления идеи парового двигателя.
Обычная термодинамика занимается закрытыми системами, где ни вещество, ни энергия не «просачиваются» ни в систему, ни из неё. Жи­вой организм представляет собой открытую систему, в которой веще­ство в виде пищи, питья, воздуха усваивается извне, а «отходы» в своё время выводятся из системы.

Диссипативпые структуры — структуры, образующиеся в резуль­тате рассеяния (диссипации) энергии. К ним относятся некоторые не­долговечные структуры, которые распадаются, как только прекращает­ся поток энергии или вещества. Часть из них являются по своей приро­де физическими, другие — биологическими; все они возникают из хаоса — «праха» и вновь обращаются в «прах». Одной из первых описанных структур подобного вида была ячеистая структура, образующаяся в жидкости при наличии конвекции между двумя горизонтальными плоскостями, нижняя из которых нагрета сильнее, чем верхняя. Когда разность температур становится достаточно большой, возникает неус­тойчивость Бенуа, и жидкость обнаруживает структуру. Структура поддерживается благодаря достаточному потоку энергии, и когда он прекращается, структура сразу же распадается. Морозные узоры на стекле — естественный результат, по существу, тех же процессов. Вы­скажем крамольную мысль о том, что, возможно, и загадочное дейст­вие сквозняка имеет в основе своей тот же эффект.
Диссипативные структуры встречаются в химии. Образование та­ких структур обусловлено тем, что некоторые химические реакции приводят к периодическим изменениям концентраций реагирующих веществ, причем эти изменения могут происходить как во времени, гак и в пространстве. При изменении во времени одно вещество сменяется другим, потом вновь восстанавливается, но лишь затем, чтобы в оче­редной раз исчезнуть. Подобные процессы по существу лежат в основе явления жизни, их называют автоколебательными процессами. Хими­ческие реакции такого типа впервые обнаружены Белоусовым и Жа- ботинеким. К реакциям, обладающим периодичностью в пространст­ве, относят возникновение клеточной структуры тела (называемое в биологии морфогенезом). Биение сердца является периодическим во времени процессом, который поддерживается целым комплексом ос­циллирующих химических реакций.
Вывод таков, что последовательность отдельных процессов, в каж­дом из которых энтропия лишь уменьшается (в то время как хаос во Вселенной увеличивается), может приводить к возникновению струк­тур высокой степени сложности. В этом случае мы не должны делать вывод о том, что этот объект является воплощением целенаправленно­го замысла. Он мог возникнуть естественно в результате последова­тельности процессов, каждый из которых сам по себе не преследует никакой конкретной цели, а протекает в естественном направлении по мере того как Вселенная погружается в хаос.
Такие атрибуты Вселенной, как сложность, устойчивость и кажу­щаяся целенаправленность, — суть проявления феноменов, управляе­мых не слишком жёсткой системой правил (законов). Следствием та­ких процессов могут быть столь сложные явления, как жизнь и созна­ние. В мире нет ничего более удивительного, чем сознание и разум человека; тем более вызывает удивление то, что, как может оказаться, в своей основе они обусловлены весьма простыми явлениями.
В живых системах мы имеем дело с упорядоченностью более высокого порядка. Понятие упорядоченности как некоего скоррели- рованного движения атомов не отражает в полной мере суть про­цесса организации живой материи. Это не просто упорядочен­ность как статистический паттерн, а паттерн организации (структура и процесс), воплощение сложной функции, аргумента­ми которой являются фундаментальные законы природы. Не только воплощение наследуемого замысла в виде термодинамиче­ски обособленной системы в состоянии, далёком от равновесия, но и развитие, и совершенствование её в прогрессивном направлении. Короче говоря, это и есть истинное сознание.
Сознание живой системы берёт начало с реализации первого ус­тойчивого биохимического цикла (петли) е обратной связью, самоог­раниченного. самосохраняющегося и самовозобновляющегося. Созна­ние организует развитие и поддерживает существование субклеточных структур, клеток, органов, организмов, видов и т.д.
Живой организм — многоуровневая термодинамическая система — порядок, рождённый us хаоса и существующий среди хаоса.
«Всё во Вселенной обладает сознанием, — утверждает Тайная док­трина. — Вселенная вырабатывается и устремлена изнутри наружу». «Всё действительное — разумно, всё разумное — действительно», — так говорил Гегель.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.