Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии

Физика имеет полное право считаться основой естествознания, ведь предметом ее изучения является материя, а так как весь окружающий нас мир материален, то и подчинен он законам, открытым физиками. Однако подобное представление о физике существовало отнюдь не всегда — по крайней мере, среди биологов. Приверженцы витализма выдвигали свою точку зрения: они считали, что всем живым существам свойственна присущая только им совершенно особая жизненная сила. Сегодня, после того как химические процессы удалось описать в терминах физических теорий (касающихся природы химических связей и строения атома), уже едва ли найдутся люди, сомневающиеся в том, что ту же операцию возможно проделать и с процессами биологическими. Подчеркнем — в принципе, так как за этой, на первый взгляд, простой фразой скрывается, как мы позднее увидим, целый комплекс весьма непростых проблем.

Остановимся пока на прежнем — довольно, надо сказать, наивном — утверждении о применимости физических законов к биологии. Еще несколько лет назад, принимая всерьез тезис о том, что биология непосредственно сводима к физике, можно было очень быстро запутаться в возникающих при этом противоречиях. Тогда любой физик на вопрос о том, согласуется ли идея самозарождающейся жизни с основополагающими законами физики, должен был бы честнейшим образом ответить «нет». Почему? Да потому, что основной закон физики — а точнее, термодинамики — гласит, что наш мир последовательно и неумолимо оказывается во власти хаоса: все упорядоченные функциональные процессы должны в конце концов прекратиться, а все порядки — нарушиться и распасться.

Единственный выход из этого тупика многим (и среди них немало компетентных физиков) виделся в том, чтобы рассматривать возникновение в природе упорядоченных структур и состояний как некую грандиозную флуктуацию, вероятность которой, согласно теории, настолько ничтожна, что такой флуктуации и случиться-то не должно было. Идея была поистине абсурдной, однако — как тогда казалось — в рамках так называемой статистической физики единственно приемлемой.

Почему физики столь твердо верили в разрастающийся хаос, будет подробно рассказано в главе 2. Мы увидим, что именно физика и создала первую лазейку, ход для отступления от строгих законов, сделав исключение из правил для таких структур, как, например, кристаллы. Но кристаллы, как известно, не являются живыми существами — они принадлежат миру неживой природы, а происходящие в них процессы не имеют ничего общего с процессами жизнедеятельности. Таким образом, утверждая, что биологические процессы основаны на физических законах, но само возникновение жизни противоречит основополагающим физическим законам, физика зашла в тупик. Выбраться из заколдованного круга помог счастливый случай. Обнаружилось, что у физиков имеется в распоряжении превосходная модель процесса образования до некоторой степени «живого» упорядочения материи, причем возникающий при этом порядок строго соответствует всем физическим законам и — более того! — оказывается возможен исключительно благодаря существованию этих законов. Речь идет о лазере — новом типе источника света, ставшем в последнее время широко известным. Этот пример демонстрирует возможность самоорганизации в неживой материи и возникновения в результате вполне рациональных процессов. Здесь мы сталкиваемся с совершенно замечательной закономерностью, которая красной нитью проходит по всему, что связано с феноменом самоорганизации.

Отдельные элементы системы организуются, словно управляемые невидимой рукой, с другой же стороны, системы, взаимодействуя друг с другом, непрерывно создают эту невидимую руку (рис. 1.4). Назовем такую организующую невидимую руку «организатором». Однако, похоже, мы снова попали в замкнутый круг?

^{Рис. 1.4. Этот рисунок М.Эшера, изображающий две руки, рисующие одна другую, — иллюстрация фундаментальной проблемы самоорганизации: параметр порядка (одна рука) обуславливает поведение отдельных элементов (другая рука), но при этом его собственное поведение определяется поведением этих самых элементов}

Наш «организатор», по сути, является результатом взаимодействия отдельных элементов системы, однако он же и руководит поведением этих отдельных элементов. Напоминает древнюю задачку: что было раньше — курица или яйцо? (О петухе почему-то даже не вспоминают.)