Критическая масса. Как одни явления порождают другие

В конце известной книги Курта Воннегута Колыбель для кошки происходит нечто совершенно неизбежное по сюжету, но все равно невообразимое: «И послышался звук, словно медленно закрывались громадные врата величиной с небо — как будто тихо затворили райские врата. Это был Великий А-Бумм»¹. Немыслимый звук издавало замерзающее море, мгновенно превращающееся в массу льда. Разумеется, речь в книге идет не об обычном льде, который мог бы сковать планету от полюса до полюса при ее медленном остывании. Море в книге Воннегута превращается в фантастический лед-девятпь, гипотетическую форму льда, остающуюся стабильной даже при ста градусах Цельсия, причем для такого превращения достаточно крошечного кристалла этого вещества, попавшего в Мировой океан.

Писатель уловил наиболее характерную особенность замерзания, а именно его внезапность. Многие вещества могут находиться лишь в двух состояниях: в жидком и подвижном до некоторой температуры (выше его точки плавления) и твердом и жестком ниже этой температуры. Среднего не дано, так что вода, например, не становится вязкой и тягучей перед превращением в лед, и каждый переход означает Великий А-Бумм. Точно так же не существует промежуточных состояний между водой и паром, есть вода, есть пузырьки пара в воде и есть пар над водой[27]. Всегда есть поверхность, на которой вода сразу скачком превращается в пар.

Все такие превращения между твердым, жидким и газообразным состояниями давно получили название фазовых переходов, и именно они дали ученым недостающее звено между кинетической теорией газов и молекулярным описанием строения других форм материи. Лед, вода и водяной пар состоят из одинаковых частиц — молекул воды, трио атомов Н₂0[28]. Но они по-разному организованы: в газе — свободны, независимы и энергично двигаются, в твердом теле — жестко связаны и почти неподвижны, в жидкости — толкаются подобно людям в толпе.

Максвеллу и Больцману удалось понять и объяснить микроскопический механизм поведения газов, но оставалось неясным, как статистическая механика сможет объяснить закономерности поведения твердых тел и жидкостей. Иными словами, физики не могли объяснить разнообразные наблюдаемые А-Буммы на основе кинетической теории газов. Ученые XIX века прекрасно знали из опыта, что из охлажденного газа можно получить жидкость, которая при дальнейшем охлаждении превратится в твердое тело. Проблема состояла в теоретическом объяснении этого простого факта, так как, строго следуя кинетической теории газов, охлаждение газа должно приводить лишь к уменьшению средней скорости молекул, т.е. к сжатию «колокола» распределения Максвелла — Больцмана и смещению его пика влево, в сторону меньших скоростей. При этом не должны наблюдаться никакие резкие превращения, за исключением, естественно, предельного перехода к абсолютному нулю температур (или -273 °С), когда частицы теряют всю энергию и перестают двигаться. При этом теория не содержала никаких правил или ограничений, связанных с упорядочением положений частиц, например, в форме правильной кристаллической решетки льда, не говоря уже о том, что переход в твердую фазу, очевидно, происходил задолго до достижения абсолютного нуля. Существование промежуточной жидкой фазы вообще оставалось непонятным.

Эта глава посвящена фазовым переходам, которые, возможно, являются центральной проблемой социальной физики. Именно таким переходам соответствуют неожиданные и резкие изменения в социальной сфере, которым многие социологи, по незнанию или из пристрастия к метафорам, дают необычные названия. В качестве примеров можно привести, например, теорию катастроф Рене Тома или концепцию точки касания Малькольма Глэдвелла² в анализе тенденций современной архитектуры, норм поведения и моды (см. гл. 13). Постмодернистский архитектор Чарльз Дженкс пишет в этой связи о «созидательной силе и удивительных возможностях природы, связанных с фазовыми переходами, т. е. с резкими скачками организации материи и пространства», оправдывая этими терминами современную архитектуру, основанную на «нарушениях симметрии» и кажущейся неустойчивости³. Получившая широкую известность теория Томаса Куна⁴ о смене парадигм в развитии науки также представляет собой лишь один из упрощенных вариантов фазового перехода. Однако фазовые переходы вовсе не сводятся к удобной аллегории любых резких трансформаций, а действительно описывают изменения в общественной жизни, и физическая теория может быть использована для описания и понимания механизмов таких процессов.