Критическая масса. Как одни явления порождают другие

Но почему, собственно говоря, симметрия нарушается! Ведь традици онно порядок и наличие регулярных узоров в образце всегда связывание с симметрией, а хаос и беспорядок — с ее отсутствием. Ответ заключаете в том, что хаос может обладать собственной симметрией. Система, в которо: каждая частица двигается случайным образом, может проявлять в целом при знаки более высокой симметрии, чем система с упорядоченным движением частиц. При хаотическом движении всех частиц жидкости ни одно из пространственных направлений не является выделенным, однако в случае ячеек Бенара направление вихрей явно и очевидно делает одну из осей координат выделенной за счет вращения самих ячеек. Таким образом, превращение однородной жидкости в систему вращающихся валиков приводит к потере, или нарушению, симметрии. То же справедливо и для магнетиков, когда выстроенные определенным образом спины атомов выделяют некоторое преимущественное направление.

Переход металла в магнитное состояние можно сравнить с бифуркацией, заставляющей систему осуществить выбор между двумя устойчивыми состояниями. В модели Изинга, в которой каждый спин может быть направлен только в одном из двух направлений (вверх или вниз), при полном упорядочении системы таких спинов могут существовать лишь два эквивалентных состояния с противоположной намагниченностью (см. рис. 4.2). Аналогичный выбор возникает в системах с фазовым переходом «жидкость — газ» и во многих других системах. Во всех таких случаях системы в критическом состоянии становятся сверхчувствительными к воздействию собственных флуктуаций, и позднее мы увидим, что именно это придает их поведению в окрестности критической точки удивительное своеобразие, которое можно назвать даже индивидуальностью.

Вышесказанное вовсе не означает существования двух разных статистических механик — равновесной и неравновесной, существующих как бы параллельно и независимо. Истина в этом случае представляется одновременно и более простой, и более глубокой. Два разных типа превращения систем — фазовые переходы и бифуркации — имеют сходство потому, что в их основе лежит одно и то же: изменение коллективного поведения, обусловленное локальным взаимодействием множества отдельных элементов или частиц. Для любых систем такого типа (равновесных и неравновесных) существуют специфические условия, при которых эти локальные взаимодействия вдруг делают некоторую часть системы чрезвычайно чувствительной к изменениям в других частях, т. е. каждая частица как бы вдруг узнает о поведении других и обретает некое, чисто человеческое «чувство локтя». Именно это приводит к неожиданному и глобальному формированию нового устойчивого состояния.

ФОРМЫ КУЛЬТУР

Читатель наверняка уже догадался, что следующим логическим шагом в построении социальной физики должно стать уподоблеЬие частиц или элементов системы отдельным людям в общественной структуре. Разумеется, этот шаг слишком смел и даже может показаться какой-то интеллектуальной забавой или просто нелепой идеализацией, однако я постараюсь облегчиті этот сложный «скачок», описав несколько более простых систем, позволяющих хотя бы на время забыть о связанных с ним сложных проблемах например, о свободе воли и т. п.

Рассмотрим для начала простейшие формы жизни — бактерии, которые вообще не имеют никаких признаков мозга или нервной системы, вследствие чего любой человек согласится, что для этих организмов проблема свободь воли не возникает, хотя они, безусловно, могут быть отнесены к живы\ организмам. Бактериальные клетки растут в виде упорядоченных колони? (причем, естественно, этот процесс является существенно неравновесным) и хотя они обладают лишь примитивными «средствами связи» между собой это не мешает им демонстрировать довольно сложные и разнообразные формы коллективного поведения.

В начале 1980-х годов японский ученый Мицугу Мацусита обнаружил что колонии бактерий образуют настолько сложные паттерны, что можнс говорить о существовании бактериальной физики. Скорее всего такой удачный «прорыв» Мацуситы в биологию удался потому, что ранее он долгие годы успешно занимался изучением различных неравновесных процессоі роста в неживых системах — как говорил Луи Пастер, «фортуна благово лит подготовленным умам». Поэтому, увидев узоры структур, образуемы? колониями Bacillus subtilis (рис. 5.3), Мацусита сразу понял, что находите* перед ним.

Рис. 5.3. При определенные условиях колонии бактериі Bacillus subtilis могут обра зовывать сложные, развет вленные структуры, называ емые фракталами, которые появляются и при некоторые процессах роста неживы: систем.