Судьба цивилизации. Путь Разума

температуры. Но это свойство мы не можем (а может быть, и не умеем) выводить из свойств молекул водорода и кислорода, нам более или менее известных. Это значит, что мы не можем построить конечной логической процедуры, связывающей свойства воды и свойства молекул водорода и кислорода.
Еще более удивительный пример нам демонстрирует открытие свойств сверхпроводимости таких классических диэлектриков, как некоторые керамические материалы. Умеем ли мы объяснить появление подобных свойств, опираясь только на знание свойств компонентов этих диэлектриков? Во всяком случае, современная квантовая химия делать подобную редукцию еще не научилась. Вот почему при синтезе веществ, обладающих заданными свойствами, наука больше опирается на аналогию, чем на строгий научный анализ.
И таким примерам нет числа. Особенно, когда мы переходим в сферу живого вещества и общественных отношений. Свести феномен жизни только к физико-химическому взаимодействию элементов, составляющих живой организм, по-видимому, невозможно! Так же, как и объяснить поведение толпы свойствами всех тех людей, которые в нее входят. Точно так же и свойства разума несводимы к свойствам нейронов, из которых состоит мозг. Хотя бы потому, что нейроны почти всех живых существ примерно одинаковы, а мыслить может один лишь человек.
Итак, существуют развивающиеся системы, свойства которых мы не можем предсказать заранее, мы ничего не знаем о том, в какой степени эти свойства определяются особенностями элементов, составляющих эти системы. И мы не можем “рафинировать” эту трудность, т.е. сказать, почему мы этого не можем. Мы действительно не понимаем, почему, зная свойства отдельных людей, мы не можем, например, прогнозировать действия толпы, из них составленной. И последнее, вероятно, самое существенное.
Мне кажется, что причина лежит не столько в слабости логического аппарата, т.е. в отсутствии хорошо разработанной теории. Может оказаться, что эти причины гораздо более глубокие: для логического анализа нам недостает исходных посылок, правдоподобных гипотез. Другими словами, я не могу исключить, что, опираясь только на свойства исходных элементов и известные нам взаимодействия, вывести свойства новых образований вообще нельзя!
Может быть, эти неизвестные нам свойства являются в принципе системными свойствами, столь же индивидуальными, как и свойства атома водорода. Другими словами, существуют ситуации, когда принцип редукционизма в его классической форме (т.е. сводимости свойств системы к свойствам отдельных элементов с помощью конечно шаговой логической процедуры) не выполняется. И систему приходится изучать сразу как некую целостность.
Для объяснения этого феномена нужны новые соображения. А может быть, и новый взгляд на Универсум!

5. Второй закон термодинамики. Проблемы баланса энергии и эволюция

Одним из наиболее ярких (и доступных для наблюдения) примеров возникновения специфических системных свойств являются ситуации, связанные со вторым законом термодинамики. Этот закон (который часто называют вторым началом термодинамики) связан с принципиальной необратимостью потоков тепла - от более нагретого к более холодному. Нам неизвестны случаи, когда более теплое тело нагревалось за счет охлаждения более холодного. На основе этого принципа Лазарь Карно впервые объяснил, что любая тепловая машина не может быть использована для превращения тепла, например, в механическую работу, если не существует перепада температур, если нет холодильника. Это факт и стал называться вторым началом термодинамики.
Позднее была введена некоторая числовая характеристика термодинамического состояния системы - энтропии (Клаузиус, 1865). Ее принято обозначать буквой S . Если обозначить через dS величину энтропии в элементарном объеме, через dQ - количество тепла, которое приходит или уходит из этого элементарного объема, то
dQ
dS = - (1),
T
где T - абсолютная температура. Энтропия всей системы равна сумме энтропий всех ее элементарных объемов.
Оказалось, что имеет место следующий замечательный факт: в любой замкнутой системе (т.е. системе, в которой нет источников тепла и тепло никуда не отводится) энтропия S может либо оставаться постоянной (если в системе нет диссипации энергии), либо возрастать. Оказалось, что этот факт тождественен второму началу термодинамики. Он следует из него, и именно его и называют вторым законом термодинамики. Этот факт утверждает, что в любых реальных системах, где происходит рассеивание энергии, процесс идет в сторону установления теплового равновесия: все замкнутые системы обречены на тепловую смерть - на выравнивание температур!
Этот факт допускает наглядную интерпретацию, когда мы изучаем движение молекул в некотором замкнутом объеме газа. Предположим, что в начальном состоянии движения молекул мы наблюдаем некоторую упорядоченность, например вихрь заданной интенсивности. Если наблюдаемый объем газа изолирован - находится в термостате, например, то с течением времени движение молекул приобретает все более и более неупорядоченный, хаотический характер: вихрь размывается и остается чисто тепловое движение молекул, соответствующее той температуре, которую обеспечивает термостат. Этот факт не только следует из теории - он наблюдается в эксперименте. И энтропия изучаемой системы, как это следует из теории, возрастает. Вот почему иногда говорят, что вместе с ростом энтропии растет и мера хаоса. Именно поэтому меру неупорядоченности системы (меру ее внутреннего хаоса) принято отождествлять со значением скалярной величины, именуемой энтропией S .
В конце прошлого века более фундаментальное изучение феномена энтропии было проведено Больцманом, одним из самых глубоких мыслителей прошлого века. Он построил статистическую теорию термодинамики и установил, что энтропию можно определить как логарифм числа возможных состояний системы. Использование энтропии по Больцману делает второй закон особенно наглядным.
В силу описанных причин второй закон термодинамики, т.е. закон о возрастании (точнее - неубывании) энтропии принято интерпретировать как закон о постепенной деградации, разрушении организации (организованности) и неизбежном утверждении хаоса в любой замкнутой системе. Это закон имеет абсолютный характер: не существует ни одного примера его нарушения.
Заметим, что при этом понятие хаоса отождествляется с представлением о чисто тепловом движении молекул.
Выше я уже обсуждал современные законы (принципы отбора), среди которых особенно выделяются законы сохранения как самостоятельные, не имеющие никаких исключений. Но понятие энтропии имеет смысл лишь для некой совокупности частиц, например газа, занимающей некоторый объем, - бессмысленно говорить об энтропии отдельной частицы. Энтропия является некоторой скалярной характеристикой этого объема, подобной температуре, давлению, скорости потока газа и т.д. Поэтому и второй закон термодинамики является типичным системным законом, результатом некоторой сборки. Отсюда и неизбежный вопрос о том, как связаны свойства отдельных молекул и их взаимодействия с результатом, т.е. со свойством возникающей в результате сборки системы и присущим ей свойством роста энтропии.
Со вторым законом термодинамики связан один феномен, содержание которого до сих пор не очень понято.
Еще в 40-х годах в своей знаменитой книге “Что такое жизнь с точки зрения физики” Эрвин Шредингер поставил вопрос о том, за счет чего происходит развитие живого мира. За счет чего живет и развивается такое же количество вещества и энергии, какое он получает извне? И сам же на него ответил: