Хаос. Создание новой науки

В журнале Nature велась непрекращающаяся дискуссия о том, следует ли климат Земли странному аттрактору. Экономисты пытались распознать странные аттракторы в трендах фондовой биржи, но пока безуспешно. Ученые, посвятившие себя динамике, надеялись использовать инструментарий хаоса для объяснения полностью развившейся турбулентности. Альберт Либхабер, работавший уже в Чикагском университете, поставил свои элегантные эксперименты на службу турбулентности, создав емкость с жидким гелием, которая размерами в тысячи раз превосходила крохотную ячейку 1977 года. Никто не знал, обнаружатся ли простые аттракторы в таких опытах, порождающих беспорядок как в пространстве, так и во времени. Бернардо Губерман заявлял по этому поводу: «Если бы вы опустили детектор в бурную реку и сказали: „Глядите, вот странный аттрактор низкой размерности!“, – мы смотрели бы на это чудо, сняв шляпы»[399].

Хаос стал совокупностью идей, убедившей ученых в том, что все они – участники одного начинания. И физики, и биологи, и математики – все поверили, что простые детерминистские системы могут порождать сложность, а системы, слишком сложные для традиционной математики, подчиняются простым законам. Поверили они и в то, что главная их задача, независимо от сферы деятельности, состояла в постижении самой сложности.

«Давайте еще раз приглядимся к законам термодинамики, – писал Джеймс Лавлок, автор гипотезы Геи. – Действительно, на первый взгляд их смысл кажется равнозначным предостережению, начертанному на вратах Дантова ада…»[400] Однако здесь есть одно но.

Второй закон термодинамики – та плохая новость из мира науки, которая твердо обосновалась даже в далеких от науки областях культуры. Все вокруг стремится к беспорядку. Любой процесс перехода энергии из одной формы в другую должен сопровождаться потерей некоторой ее части в виде теплоты, стопроцентная эффективность преобразования невозможна. Вселенная подобна улице с односторонним движением. Энтропия должна постоянно возрастать как в самой Вселенной, так и в любой гипотетической изолированной системе внутри нее. Как ни формулируй второй закон термодинамики, ничего особенно привлекательного не получится. И в термодинамике так оно и есть. Но в областях интеллектуальной деятельности, далеких от науки, второй закон живет собственной жизнью, принимая на себя ответственность за разделение общества, экономический спад, снижение культурного уровня и множество других проявлений эпохи упадка. Кажется, что сейчас такие вторичные, метафорические воплощения второго закона термодинамики выглядят особенно вводящими в заблуждение. В нашем мире процветает сложность, а тем, кто надеется с помощью науки получить общее представление о свойствах природы, лучше послужат законы хаоса.

Каким-то образом по мере движения Вселенной к конечному равновесию в лишенном характерных черт пекле максимальной энтропии появляются удивительные структуры. Вдумчивые физики, изучающие закулисье термодинамики, понимают, насколько волнующим является вопрос, который один из них сформулировал следующим образом: «Как бесцельный поток энергии может привносить жизнь и сознание в наш мир?»[401] Частью проблемы служит расплывчатое понятие энтропии, вполне приемлемое и хорошо определенное для целей термодинамики, когда речь идет о нагреве и температуре, однако чертовски сложное для того, чтобы его можно было ассоциировать с мерой беспорядка. Ученые и так сталкиваются с трудностями, вычисляя меру порядка в воде, когда она замерзает, образуя кристаллические структуры и рассеивая энергию. И уж никак не подходит термодинамическая энтропия для определения изменяющейся степени оформленности и бесформенности в процессе создания аминокислот и микроорганизмов, самовоспроизводящихся растений и животных или сложных информационных систем вроде мозга. Безусловно, эти эволюционирующие островки упорядоченности должны подчиняться второму закону термодинамики. Однако более важные законы, законы созидания, устроены как-то иначе.

Природа создает узоры, схемы, закономерности. Одни из них упорядоченны в пространстве, но беспорядочны во времени, другие – наоборот. Некоторые являются фрактальными, обнаруживая структуры, повторяющие сами себя в различных масштабах, некоторые порождают устойчивые или колеблющиеся состояния. Специальные разделы физики и науки о материалах занимаются изучением механизмов образования таких узоров, позволяя ученым моделировать скопления частиц в кластерах, распространение электрических разрядов извилистыми трещинами, рост кристаллов при образовании льда и остывании металлических сплавов. Динамика таких процессов кажется азбучной – изменение формы в пространстве и времени, – но только в наше время появились инструменты, сделавшие возможным ее постижение. И теперь мы вправе спросить у физика: «Почему снежинки не похожи друг на друга?»