Теории всего на свете

Порой из‑за энтропии в процесс подобного копирования вкрадываются ошибки, но такой «наведенный» беспорядок в системах, способных к воспроизводству, подвержен автокоррекции. Ведь «хуже» организованные системы по определению менее эффективны в самовоспроизводстве, а потому вымываются из популяции. Однако ошибки копирования, увеличивающие функциональную упорядоченность (а значит, и репродуктивную способность), становятся все более распространенными. Так и работает маховик неизбежного естественного отбора при воспроизводстве живых организмов.

Живые организмы применяют фокус с использованием различных энтропийных систем отсчета самыми многообразными путями, иной раз весьма хитроумными. Однако главное здесь – то, что факторы, естественным образом увеличивающие неупорядоченность (а значит, смещающие систему в сторону максимально вероятных состояний) для одной системы отсчета в рамках одной физической области, могут быть использованы для уменьшения неупорядоченности в другой системе отсчета. Естественный отбор выбирает и связывает между собой различные группы объектов, управляемых энтропией (скажем, клетки, органы, мембраны), причем каждой из этих групп свойственна определенная энтропийная система отсчета. Когда связываются между собой подходящие группы объектов, они проделывают работу по воспроизводству, задействуя процессы возрастания энтропии одних разновидностей для того, чтобы снижать энтропию других разновидностей, да так, чтобы это приносило пользу данному организму. К примеру, диффузия кислорода из легких в кровоток и далее в клетки происходит благодаря энтропии химического смешивания: идет сдвиг в сторону более вероятных, высокоэнтропийных состояний, однако при этом повышается упорядоченность с точки зрения способствования воспроизводству.

Энтропия вынуждает предметы падать, но жизнь изобретательна и частенько заставляет падающие предметы опускаться строго на нужное место.

Почему всё происходит

Питер Аткинс

Почетный профессор химии Оксфордского университета; автор книги Reactions: The Private Life of Atoms («Реакции: личная жизнь атомов»)

Существует чудесное по своей простоте мнение: события происходят, потому что ситуация ухудшается. Здесь есть прямая связь со вторым началом термодинамики и тем фактом, что все естественные изменения сопровождаются возрастанием энтропии. При этом я понимаю эти слова так: материя и энергия имеют тенденцию беспорядочно рассеиваться. Молекулы газа находятся в неустанном движении (которое можно с большой степенью точности назвать случайным) и стремятся занять весь предоставленный им объем. Хаотическое тепловое движение атомов в бруске раскаленного металла приводит в движение их соседей, и энергия распространяется все дальше, так что брусок постепенно остывает. Все естественные изменения, по сути, представляют собой проявление этого несложного процесса – беспорядочного рассеяния.

Однако такое восприятие естественных изменений приводит нас к потрясающему выводу: рассеяние может и создавать порядок, рождать некую структуру. Требуется лишь устройство, которое встроится в процесс рассеяния, подобно тому как ревущую струю воды используют в созидательных целях. Точно так же можно использовать и дисперсионный поток. Говоря в целом, по мере развития мира в нем растет неупорядоченность, однако на локальном уровне многие структуры (соборы, мозг, динозавры, собаки, благочестивые и греховные деяния, стихи, проповеди) способны побороть хаос, пускай на время и в ограниченном пространстве.

Возьмем, к примеру, двигатель внутреннего сгорания. Искра воспламеняет углеводородное топливо, в результате чего возникают более мелкие молекулы – воды и углекислого газа, – склонные к рассеянию. В процессе такого рассеяния они дают толчок поршню. Одновременно энергия, высвобождаемая при сгорании топлива, распространяется в окружающем пространстве. Конструкция двигателя использует силу этого рассеяния, и благодаря целому ряду механизмов-посредников подобную энергию можно использовать для того, чтобы построить из кирпичей собор. Таким образом, рассеяние энергии привело к созданию некой локальной структуры, хотя в целом мир при этом чуть больше погрузился в неупорядоченность.

Наш обед – тоже своего рода топливо. В процессе его метаболической переработки высвобождаются молекулы и энергия, которая затем распространяется. Аналог осей, валов и шестерен автомобиля – целая сеть биохимических реакций у нас внутри, а вместо кирпичей, из которых строится собор, у нас аминокислоты, которые соединяются вместе, образуя затейливую структуру белка. Еда позволяет нам расти. Мы тоже представляем собой пример локального противостояния хаосу, но лишь благодаря тому, что в других-то местах неупорядоченность при этом возрастает.