Вселенная Разумная

Дом, например, являющийся упорядоченной системой из кирпичей, в конце концов, если его не ремонтировать (=изолированная система), рухнет — мы, разумеется, не считаемся со временем, которое уйдет на этот эксперимент. Но вероятность того, что из груды кирпича однажды самопроизвольно возникнет Сухарева башня или храм Христа Спасителя, практически равна нулю.

Таким образом, обобщая, можно сказать, что Второе начало термодинамики, или закон возрастания энтропии, говорит о выравнивании энергетических уровней различных систем, о стремлении систем к беспорядку, деградации, о торжестве Хаоса над Космосом.

Но наука XIX века оставила нам в наследство еще одну великую теорию, теорию, блестяще подтверждающуюся колоссальным фактическим материалом, даже самим фактом существования как пишущего, так и читающего эти строки, но тем не менее являющуюся полной противоположностью теории Клаузиуса-Томсона. Это теория эволюции Дарвина, сформулированная практически одновременно (1859 г.) со Вторым началом термодинамики. Теория Дарвина утверждает, что в мире происходит непрерывное возникновение все более сложно организованных живых структур и систем, говорит о постоянном созидании, организации, структурировании.

Однако при всей своей видимой противоположности эти две великие теории не конкурируют между собой, поскольку одна из них сформулирована для изолированных систем, а другая — для открытых.

В окружающем нас мире по сути дела не существует изолированных систем — и рост энтропии любой, казалось бы, полностью изолированной от окружающей среды системы всего лишь вопрос времени. Металл сжатой пружины устает и подвергается коррозии, сосуд, в котором заключен сжатый газ, разрушается, вода стекает с возвышенностей в низины. Даже протону, совсем недавно казавшемуся олицетворением стабильности, современная физическая теория отводит пусть даже колоссальный по нашим меркам, но тем не менее конечный срок жизни.

Разрабатываемая до недавнего времени термодинамика ограничивалась рассмотрением изолированных, замкнутых систем и областью явлений, близких к равновесию, систем, для которых соотношения между термодинамическими параметрами связаны линейными соотношениями: одинаковым изменениям независимой величины должны строго отвечать одинаковые изменения зависимой. В рамках этой термодинамики вопрос об упорядочивании, об организации структур не ставился, да и не мог быть поставлен.

Только около сорока лет назад некоторые физики в разных странах начали предпринимать попытки изучения неравновесных систем и неравновесных процессов. Наибольших успехов в создании новой термодинамики достигли Герман Хакен и «брюссельская школа» во главе с И. Р. Пригожиным, ставшие основоположниками нового научного направления, названного авторами соответственно «синергетикой» и «нелинейной термодинамикой неравновесных процессов». Далее я буду пользоваться термином Пригожина, сокращая его: «нелинейная термодинамика».

Известно, что в ходе обратимых, то есть идущих без изменения собственной энтропии системы процессов, могут образовываться равновесные структуры-устойчивые состояния, типичным примером которых является кристалл. Пригожий, исследовавший термодинамическими методами явления флуктуаций и устойчивости, поставил и решил задачу о возможности возникновения устойчивых структур, названных им «диссипативными», в условиях, далеких от равновесия, в нелинейной области, где на одинаковые приращения независимой переменной одна и та же функция может откликнуться по-разному, в зависимости от того, какому значению независимой переменной придается приращение. Неравновесное состояние системы можно, наверное, определить и как состояние динамическое, как состояние интенсивного обмена системы энергией и массой с окружающей средой.

Само существование упорядоченности за пределом устойчивости не является чем-то новым. Ярким примером этого класса явлений считается конвекционная неустойчивость Бенара или ячейка Бенара.

Опыт, демонстрирующий образование ячеек Бенара, элементарно прост: если в сковороде разогревать слой растительного масла, то через какое-то время жидкость разобьется на правильные сотовидные ячейки, то есть в открытой системе после подвода энергии образуется некоторая структура, возникает упорядочивание.

Ячейка Бенара совсем не уникальный пример возникновения упорядоченных структур за пределом устойчивости: в литературе описаны многочисленные периодические диссипативные процессы при протекании химических, электро- и биохимических реакций, которые являются примером временного упорядочивания.