Космос - «мир, вселенная и мироздание» (др. греческий), первоначальное значение - «порядок, гармония, красота».
Впервые термин Космос для обозначения Вселенной был применён Пифагором...









Интересные сайты:




Феномен человека на фоне универсальной эволюции

Глава III Энтропия и беспорядок

Попытки решения

3.2.7. Третья модификация концепции Шрёдингера и других: дихотомия система/среда ускоряет рост энтропии

Концепция Шрёдингера и др., если ее взять как целое, включая две очерченные выше модификации, удовлетворяет сегодня большинство ученых, которые полагают, что дихотомия система/среда, характеризующая открытые системы с их потоками энтропии изнутри наружу, снимает все противоречия между эволюционным усложнением и ростом энтропии. «Мнимое противоречие между возрастанием сложности в ходе биологической эволюции и возрастанием энтропии в эволюции изолированной физической системы легко снимается. В биологии мы имеем дело с открытыми системами, далекими от равновесия» [Волькенштейн, 1984. С. 430].

В некоторых работах, однако, такое противоречие искусственно создается, когда их авторы высказываются в том плане, что живые и социальные системы, не нарушая закона возрастания энтропии, противодействуют ему, оттягивая смерть организма или разрушение того или другого социального объекта. «Организм непрерывно создает порядок из порядка, — пишет М. В. Волькенштейн, — в смысле самовоспроизведения и порядок из беспорядка в силу обмена веществ... Здание, предоставленное самому себе, разрушается... Разумная деятельность живого организма — человека — направлена на преодоление второго начала. Человек... не увеличивает, а уменьшает энтропию» [Волькенштейн, 1965. С. 30] .

Это противодействие, утверждается здесь, не приводит к нарушению закона возрастания энтропии только из-за своей малости: «Если рассматривать солнечную систему как изолированную (что, конечно, весьма далеко от истины), то энтропия ее непрерывно увеличивается за счет излучения Солнца. На фоне этого грандиозного процесса уменьшение энтропии во всех живых организмах ничтожно мало» [Там же. С. 34].

Аналогичным образом Л. А. Блюменфельд, оценив количество содержащейся в многоклеточном организме информации в битах и перейдя путем ее умножения на постоянную Больцмана к оценке «понижения энтропии при построении организма человека за счет упорядоченности» в энтропийных единицах (э.е.) [Блюменфельд, 1977. С. 26], заключает: «Таким образом, упорядочение биологической организации человеческого тела не превышает 301,5 э. е., причем подавляющий вклад в эту упорядоченность вносит упорядоченное распределение аминокислотных остатков в молекулах белков. Такое понижение энтропии при возникновении сложностей биологической организации — человеческого тела — с легкостью компенсируется тривиальнейшими физическими и химическими процессами. Так, например, повышение энтропии на 300 э. е. обеспечивается испарением 170 см3 воды или окислением 900 г. глюкозы.

Рассмотренные оценки показывают, что возникновение и усложнение биологической организации термодинамически происходит практически бесплатно. Энтропия совокупности 1013 различных одноклеточных организмов почти не отличается от энтропии человека, состоящего из 1013 клеток.

Все разговоры об „антиэнтропийных тенденциях" биологической эволюции, об исключительной упорядоченности живой материи основаны на явном недоразумении... любая биологическая система упорядочена не больше, чем кусок горной породы того же веса» [Гам же. С. 26-27].

Следует решительно сказать, что оценки Блюменфельда и др. не имеют отношения к действительности, потому что в них вычисляется число вариантов, которыми может реализоваться данная структура при перестановке составляющих ее «кубиков» (клеток, молекул биополимеров и т. д.) при условии их невзаимодействия, что в статистической физике соответствует модели идеального газа, коим живой организм совершенно определенно не является. Другими словами, в подобных выкладках рассчитывается изменение энтропии без учета взаимодействий, которые здесь более чем существенны, изменяя всю картину (см. разд. 3.3.5).

Противодействуя, в рамках рассматриваемой концепции, закону возрастания энтропии, живые и социальные системы не могут не тормозить суммарный рост энтропии: «...жизнь равнозначна замедлению деградации, следующей из второго принципа» [Шамбадаль, 1967. С. 265]. Отсюда с необходимостью следует вывод о том, что органический и социальный миры не являются неизбежными этапами универсальной эволюции. Этот вариант концепции Шрёдингера и др., таким образом, смыкается с точкой зрения Тринчера и др. (см. разд. 3.2.3), которой эта концепция не приемлет.

Вариант концепции Шрёдингера и др., о котором мы здесь говорим, внутренне не обязателен для нее, более органичной представляется прямо противоположная точка зрения, согласно которой живые системы благодаря дихотомии система/среда ускоряют суммарный рост энтропии.

Г.Т. Миллер приводит простую пищевую цепь, состоящую из травы, кузнечиков, лягушек, форели и человека. Человеку требуется для питания ежегодно около 300 форелей; 300 форелей в свою очередь поедают ежегодно около 30 000 лягушек; лягушкам нужно 27 млн кузнечиков; кузнечики съедают примерно 1000 тонн травы. На примере этой цепи Миллер демонстрирует чрезвычайную расточительность живой природы в расходовании энергии. Около 80-90 % энергии, говорит он, просто теряется в каждом пищевом звене, что приводит к громадному суммарному обесцениванию энергии и, следовательно, к росту энтропии [Miller, 1971. Р. 291]. Миллера поддерживает Дж. Рифкин [Rifkin, 1981].

Весьма оригинальна точка зрения Р. Фокса. Рост упорядоченности в живых организмах, уверен он, перекрывается упрощением комплексов воды в клетках, суммарный же рост энтропии без этого упорядочения был бы меньше. «Как известно, вода является основным молекулярным компонентом клетки, выполняющим функции растворителя» [Фокс, 1992. С. 98]. «Вода участвует во всех биологических процессах самосборки. Субъединицы, диспергированные в клетке, будь то белки или полинуклеотиды, окружены структурированной водой; молекулы воды связаны водородными связями со многими химическими группами, а также с другими молекулами воды» [Там же. С. 99]. «Увеличение упорядоченности означает очевидное уменьшение энтропии... однако при этом не обязательно возникает противоречие со вторым началом термодинамики, поскольку биологические системы не относятся к классу изолированных систем... упорядочение системы субъединиц при самосборке действительно происходит, но при этом имеет место значительно большее разупорядочение ансамбля молекул воды» [Там же. С. 101]. Доказательств этого странного утверждения Фокс не приводит.

Э. Янч [Jantsch, 1980] последовательно рассматривает разные этапы эволюции материи в рамках синергетической модификации концепции Шрёдингера и др. При этом и рождение звезд и галактик, и появление и развитие жизни на Земле он связывает с убыстрением роста энтропии (подробнее о его концепции см. в разд. 5.2.2).

А.И. и А.А. Зотины, мысля органический мир как термодинамическую систему, представляют его ускоренную эволюцию как результат ускоренного движения к состоянию равновесия: «...в общем случае система любой степени сложности в процессе изменений движется к состоянию равновесия. В то же время в термодинамике неравновесных процессов существует... принцип наискорейшего спуска, согласно которому движение открытой системы к равновесию происходит самым быстрым путем. Отсюда вытекает, что движение сложной системы к равновесию или стационарному состоянию должно сопровождаться появлением подсистем, которые двигаются в противоположном направлении, и это движение сопровождается увеличением диссипативных функций подсистемы... Появление таких подсистем (таких организмов) ускоряет движение системы в целом (биосферы) к состоянию равновесия» [Зотин, Зотин, 1999. С. 253-254].

Зотины вполне традиционно понимают энтропию как меру беспорядка, так что движение органического мира к равновесию должно было бы означать, по Зотиным, его упрощение, чего не наблюдается, биосфера в ходе эволюции усложняется. Зотины ошибаются, органический мир в ходе эволюции не приближается к равновесию, но удаляется от него.

Подведем итоги нашего обсуждения концепции Шрёдингера и др. Как говорилось, она сегодня наиболее распространена, чему способствовало развитие синергетики и двух других модификаций концепции. Мы видели, однако, что эта концепция оставляет без ответа более чем существенный вопрос о том, куда же сбрасывают беспорядок системы, служащие для усложняющихся систем средой? Другими словами, она не отвечает на главный вопрос: откуда же, в конце концов, берется тот порядок, который затем потребляется эволюционирующими системами? Что заставляет наблюдаемый мир усложняться в ходе эволюции, если этого так «не хочет» закон возрастания энтропии?

В связи с этим, следует сказать, что из концепции Шрёдингера и др. таинственным образом испарилась идея самоорганизации, поскольку усложнение инициируется здесь исключительно средой. Это расходится, например, с тем фактом, что органическая эволюция обгоняет по темпам эволюцию неорганической среды, а социальная эволюция — эволюцию неорганической и органической среды. Остается непонятным, кроме того, чем внутренние взаимодействия в системе хуже ее взаимодействий со средой, тем более что дихотомия внутреннее/внешнее весьма условна — при (мысленном) расширении системы внешнее становится внутренним.

Безусловно дихотомия система/среда является одним из важнейших факторов эволюции в сторону усложнения, однако роль этого фактора, судя по всему, иная, чем это мыслится в концепции Шрёдингера и др. (см. разд. 5.5). Необходимость уточнения эволюционной роли среды и побуждает, мне кажется, ученых двигаться за пределы концепции Шрёдингера и др.





Назад     Содержание     Далее















Друзья сайта: