Случайность и необходимость

Спаривание происходит при содействии сложного компонента, рибосомы. Последняя играет роль своеобразного «верстака», на котором собираются различные составляющие механизма. Матричная РНК считывается последовательно; к сожалению, процесс, позволяющий рибосоме двигаться триплет за триплетом вдоль полинуклеотидной цепи, пока изучен не до конца. В свою очередь, каждый триплет образует на поверхности рибосомы пару с соответствующей матричной РНК, несущей закодированную этим триплетом аминокислоту. На каждой стадии фермент катализирует образование пептидной связи между аминокислотой, которую несет РНК, и предшествующей аминокислотой в конце уже сформированной полипептидной цепи. Таким образом, последняя удлиняется на одну единицу. После этого рибосома перемещается к следующему триплету, и процесс повторяется.

На рисунке выше показан механизм, посредством которого передается информация, соответствующая (произвольно выбранной) последовательности ДНК. Предполагается, что матричная РНК транскрибируется на нити ДНК, отмеченной звездочкой. Хотя в реальности транспортные РНК образуют пары с мРНК одна за другой, на рисунке этот процесс представлен как одновременный.

4. Некоторые замечания касательно второго закона термодинамики

О значении второго закона, об энтропии, об «эквивалентности» отрицательной энтропии и информации было написано так много, что изложить этот вопрос в нескольких коротких абзацах едва ли возможно. Тем не менее несколько общих замечаний будут нелишними.

В своей первоначальной форме (сформулированной Клаузиусом в 1850 году как обобщение принципа Карно) второй закон предполагает, что в энергетически изолированной системе все температурные различия будут стремиться к самопроизвольному выравниванию. Или – что то же самое – в системе с изначально однородной температурой различия в тепловом потенциале возникать не могут. Отсюда необходимость расходовать энергию на охлаждение холодильника, например.

В изолированной и замкнутой системе с однородной температурой, где нет никакой разницы потенциалов, не может происходить никаких (макроскопических) явлений. Система инертна. В этом смысле мы говорим, что второй закон определяет неизбежную деградацию энергии в такой изолированной системе, как вселенная. Энтропия – термодинамическая величина, служащая мерой деградации энергии системы. Следовательно, согласно второму закону, любое явление, в чем бы оно ни заключалось, неизбежно сопровождается возрастанием энтропии в системе, в которой оно происходит.

Именно развитие кинетической теории материи (или статистической механики) позволило выявить глубинный и широкий смысл второго закона. «Деградация энергии» или возрастание энтропии является статистически предсказуемым следствием случайного движения и столкновения молекул. Возьмем, к примеру, два замкнутых сосуда с разными температурами, сообщающихся друг с другом. «Горячие» (т. е. быстрые) и «холодные» (т. е. медленные) молекулы в процессе своего движения будут переходить из одного сосуда в другой, что в итоге приведет к исчезновению разницы температур между сосудами. Из этого примера видно, что возрастание энтропии в такой системе связано с увеличением хаоса: быстрые и медленные молекулы, первоначально разделенные, теперь смешаны. В результате столкновений общая энергия системы статистически распределяется между всеми молекулами. Более того, два сосуда, поначалу заметно отличавшиеся друг от друга (по температуре), становятся эквивалентными. До смешивания система могла производить работу, ибо содержала разность потенциалов между сосудами. Как только внутри системы возникает статистическое равновесие, никаких макроскопических явлений в ней происходить не может.

Если возрастание энтропии в системе означает соизмеримое увеличение хаоса, то возрастание степени упорядоченности соответствует уменьшению энтропии или, как иногда говорят, возрастанию отрицательной энтропии (или «негэнтропии»). Однако степень упорядоченности в системе выражается (при определенных условиях) на другом языке – языке информации. С этой точки зрения степень упорядоченности системы равна объему информации, необходимой для описания этой системы. Отсюда гипотеза, выдвинутая Сцилардом и Леоном Бриллюэном, об эквивалентности «информации» и «негэнтропии» (см. стр. 81, «Демон Максвелла»). Хотя эта идея кажется чрезвычайно плодотворной, она тем не менее может привести к неоднозначным обобщениям или ассимиляциям. Как бы то ни было, одно из фундаментальных положений теории информации, а именно что передача сообщения неизбежно сопровождается некоторым рассеиванием содержащейся в нем информации, правомерно рассматривать как теоретический эквивалент второго закона термодинамики.