Под знаком необратимости (Очерки о теплоте)

Хотя «обмен деталей» в механическом крабе хорошо поясняет суть обмена веществ в живом организме, он не проливает никакого света на сомнения Шредингера. Ведь атомы в отличие от деталей краба не ломаются и не изнашиваются. Заменять их просто так, ради торжества принципа едва ли целесообразно. Очевидно, в обмене веществ должен быть какой-то другой глубокий и важный смысл. Какой же?

Оказывается, «обмен деталей» гораздо более совершенный метод сохранения первоначальной структуры и формы организма, чем изготовление его из самых прочных материалов и самых надежных деталей. В сущности, прочность и стойкость употребляемых веществ не играют в самообновляющемся организме особой роли, ибо не от них зависит его целостность. Секрет структуры и формы записан на магнитной пленке, запрятанной глубоко в теле механического краба и не подвергающейся тем грубым внешним воздействиям, которые деформируют и истирают конструктивные детали — панцирь, ноги, инструменты и т. д.

Поэтому если в результате несчастного случая краб потеряет какую-нибудь деталь — не беда. Ведь через минуту, через час, через день она все равно была бы в порядке «обмена деталей» отброшена и заменена новой. А раз так, то крабу надо только подождать минуту, час, день, и на место потерянной детали автоматически станет точно такая же новенькая…

Но если надежность отдельной детали не дает предела долговечности всего крабьего организма, то что может помешать нам сделать такой организм вечным? Что может положить предел бесконечному «обмену деталей», бесконечному самообновлению?

Выше, описывая самообновляющегося краба, мы сделали оговорку, что его жизнь гарантирована, если запись на магнитной ленте точна и технологический блок в порядке. В самом деле, мы уже знаем, что на стыке реального физического процесса и его математической модели возникает страшный призрак: точность измерений и расчетов. Этот призрак должен возникнуть и при сборке новых крабов и при «обмене деталей» в организме отдельного краба. Краб может заменить сам себе любую деталь, но он не может заменить себе магнитную ленту, на которой закодировано его устройство, и не может заменить себе технологический блок, который, собственно, и производит операцию самообновления. Эти два элемента можно ограждать от вредных (воздействий, можно глубоко запрятывать, но их нельзя заменить. Более того, их в принципе нельзя защитить от износа. Можно свести износ к минимуму, но нельзя устранить его полностью.

Постоянное считывание записи, необходимое для «обмена деталей», приводит к тому, что на магнитной ленте постепенно накапливаются царапины, разбалтывается лентопротяжный механизм, вырабатываются зазоры в узлах инструментального блока. Монтаж новых деталей производится все менее точно. Краб постепенно разбалтывается, утрачивает точность движений и формы. Короче говоря, краб стареет. И единственная причина этого неумолимого процесса — износ магнитной ленты и инструментального блока…

Все это прекрасно и интересно, но какое отношение все это имеет к необратимости, термодинамике и энергии? Какое отношение все это имеет к жизни?

Теперь мы можем ответить на эти вопросы, ибо настала пора разобраться, чем же приходится расплачиваться за такой остроумный, необычный и эффективный способ самозащиты организма, как «обмен деталей».

Когда краб смотрит, слушает, ходит и вообще действует, в его внутренностях происходят необратимые изменения, которые, как мы знаем, обязательно сопровождаются выделением теплоты, генерированием энтропии. Отсоединение одной детали и установка на ее место новой тоже необратимый процесс, и как таковой требует выделения теплоты. Таким образом, цена самообновления путем непрерывного «обмена деталей»— могучий источник теплоты в теле краба. Бели его панцирь сделан из хорошего теплоизолятора, температура внутри повышается до тех пор, пока не перегорит и не выйдет из строя оборудование. Чтобы избежать этого, краб должен охлаждаться, отводить в окружающую среду генерирующуюся внутри его теплоту. Такой отвод /возможен лишь тогда, когда температура краба выше температуры окружающей среды. Другими словами, чтобы действовать и жить, краб обязательно должен быть теплым!

Насколько? Насколько его температура должна быть выше температуры окружающей среды?

Оказывается, чтобы размеры краба получились минимальными, его рабочая температура должна быть как можно ближе к температуре разрушения. Но что это за температура? Разрушение какой детали краба будет служить ограничением нагрева? Очевидно, таким ограничением будет служить температура разрушения наименее стойкой детали — электроизоляции, смазки или магнитной ленты. Нет смысла устанавливать в механизм краба узлы и детали, способные хорошо работать при 200–300 °C, если запись на магнитной ленте стирается при 100 °C. Минимальные размеры могут быть достигнуты лишь тогда, когда предельно допустимая рабочая температура всех деталей и узлов одинакова. Именно это и достигается в живой клетке. Именно это и выполняется в живом организме!