Идущие по пустыне: время

По отношению к физическому телу человека нельзя применить второй закон термодинамики, поскольку он создан для изолированных систем. А человек – это живая, открытая система. Возможность подпитки и сброса энергии позволяет организму человека адаптироваться к постоянно изменяющимся внешним условиям. А это есть не что иное, как неравновесность.

В организме поддерживается физическое и химическое неравновесие, на котором основана работоспособность любых живых систем; в нем постоянно совершается работа, направленная на поддержание своей упорядоченности, и он, организм, постоянно находится в неравновесном стационарном состоянии.

В процессе развития каждого организма, а также в процессе эволюции постоянно образуются новые структуры и достигается состояние с более высокой степенью упорядоченности. А это означает, что энтропия (неупорядоченность) живой системы с возрастом должна возрастать весьма незначительно.

Способность живых организмов поддерживать на определенном уровне состояние своего внутреннего порядка есть ни что иное, как борьба с ростом энтропии, или борьба за свое существование.

Создатель теории неравновесной термодинамики И. Пригожин в 1947 году, доказав теорему о неравновесных процессах, предложил критерий эволюции, который гласит: «Производство энтропии для необратимых процессов в открытой системе стремится к минимуму» [1].

Иными словами, Пригожин показал, что при внешних условиях, препятствующих равновесному состоянию, энтропия открытой системы увеличивается, а если препятствия отсутствуют – энтропия достигает абсолютного минимума.

Что это означает? Это означает, что в открытой системе возможны процессы, идущие не с возрастанием, а с уменьшением энтропии, что означает увеличение информации в системе и переход ее к более упорядоченному состоянию. От беспорядка к порядку! И в соответствии с теоремой Пригожина, для открытых систем в стационарном состоянии производство энтропии минимально!

Для живых систем это означает следующее. В течение времени жизни живой системы ее элементы постоянно подвергаются распаду, возникает неупорядоченность. Для компенсации распада (неупорядоченности) должна совершаться внутренняя работа в форме процессов синтеза элементов взамен разложившихся. А это означает, что внутренняя работа является процессом с отрицательной энтропией – негэнтропией.

Негэнтропийный процесс противодействует увеличению энтропии системы, которое связано с процессом распада, и создает упорядоченность. За счет чего происходит негэнтропийная внутренняя работа системы? Что является источником этой энергии? Для организмов-автотрофов[47] это энергия солнечного света, представляющая электромагнитные излучения с низкой энтропией. Автотрофы – это зеленое живое вещество планеты, использующее солнечный свет и космическое излучение, в хлоропластах которого реализуется синтез органического вещества.

Для организмов-гетеротрофов[48] это энергия в виде химических связей поглощаемых высокоструктурированных органических веществ с низкой энтропией. В этом случае поглощаемые пищевые вещества обладают большей упорядоченностью (меньшей энтропией), чем выделяемые продукты обмена. Организмы-гетеротрофы переносят упорядоченность (негэнтропию) из питательных веществ в самих себя. Классический гетеротроф – человек.

Таким образом, обмен веществ с точки зрения термодинамики необходим для противодействия увеличению энтропии, обусловленному необратимыми процессами в живой системе. Производство энтропии при этом (следуя теореме Пригожина) минимальное. Это и позволяет нам жить достаточно долго.

Но живой организм присутствует в окружающей среде, из которой берутся питательные вещества и в которую отдаются продукты обмена веществ. Что представляет собой эта сложная система «живой организм плюс среда»? Наука считает, что в отношении нее правомерно действие второго закона термодинамики: энтропия этой системы всегда только возрастает. Это означает, что живая система создает внутри себя упорядоченность за счет того, что уменьшает упорядоченность в окружающей среде.

Оказывается, это не так.

– Мы хотим уточнить. Наука считает, что если рассматривать только живую систему, то правомерны законы неравновесной термодинамики, а если рассматривать систему «человек плюс среда», то правомерны законы классической термодинамики. Но как выяснилось, упорядоченность в окружающей среде растет. Значит, для системы «человек плюс среда» тоже действуют законы неравновесной термодинамики. Так?

Аструс: Рассматривать законы классической термодинамики при рассмотрении системы «человек плюс среда» не совсем верно.

– Классическая термодинамика утверждает, что энтропия мироздания все время растет.

Аструс: Не совсем закономерно, не совсем верно. В жизни термодинамика флуктуативна.

– Это уже неравновесная термодинамика. Так неравновесная термодинамика правомерна как к живой системе, так и к системе «человек плюс среда»?

Аструс: Правомерна.

– И негэнтропия в этой совместной системе растет.

Аструс: Да.