Чтение онлайн

Во всех случаях, от мифологии и до современной науки, налицо интуитивное понимание порядка и беспорядка, но отсутствует разработка логической определённости этих понятий, их формальных границ и эволюционного содержания. Дело здесь не только в определениях по роду и видовому отличию, которые лишь очерчивают границы понятий. Важно обеспечить чёткость в содержательных характеристиках этих понятий, договориться, что считать порядком, возникающим из хаоса, а что хаосом, принимающим видимость порядка. Это особенно сложная задача, если учесть соотносительность процессов, выражаемых этими понятиями, их взамопереход, их противоречивое единство. С этой точки зрения всякий порядок есть хаос, принявший форму определённого расположения, перемещения и преобразования структур, а всякий хаос есть порядок неопределённого расположения, перемещения и преобразования структур. Во всех случаях порядок есть свойство структуры, а хаос – видимость бесструктурности или неопределённое, невыстроенное, немобилизованное структурирование.

Выявление порядка или хаоса требует оценки состояния тех или иных структур. По существу, всякое исследование направлено на выявление того или иного порядка, его выделение из того или иного хаоса через обнаружение закономерностей – главных характеристик всякого порядка. Порядок есть закономерное, законосообразное состояние структур. Временной порядок называется последовательностью и характеризует развёртывание и протекание эволюционных процессов.

В естествознании изучение порядка началось в процессе создания и развития классической механики на основе опытно-экспериментальных методов исследования. Мировой порядок предстал перед наукой как раз навсегда заведенные природой или Творцом механические часы, приводимые в движение пружиной всемирного тяготения. Однако классическая механика в XIX веке испытывала значительные трудности в объяснении тепловых процессов. Было неизвестно, какой порядок механического движения вызывает нагревание и воспринимается как теплота. Одни учёные считали, что тепло вызывается хаотическими столкновениями мельчайших, невидимых частиц, другие – что это результат попадания особой жидкости – теплорода. С середины XIX века усилиями многих учёных всё более проясняется истина о том, что тепло порождается беспорядочными движениями частиц и что определённое количество тепла может переходить в определённое количество механического движения и обратно. Именно это достижение позволило Юлиусу Майеру в первоначальной форме сформулировать закон сохранения энергии. Затем Людвиг Гельмгольц, проведя серию опытов по взаимопревращениям механических, тепловых, электрических, магнитных и химических явлений, дал на этой основе строгое определение понятия энергии и общую формулировку закона сохранения энергии.

В соответствии с этим законом было определено природное, материальное происхождение всякой энергии и всякого движения: никакая энергия не возникает из ничего или из святого духа и не исчезает в никуда, при любых физических и химических процессах общее количество энергии сохраняется, она лишь переходит из одной формы в другую в эквивалентных количествах. Отсюда прямо следовало, что всякий порядок в природе образуется в ней самой, имеет материальные источники, коренится в движении материи, поскольку энергия является не чем иным, как мерой количества движения. Всякий порядок в природе есть результат самоупорядочения природных процессов и должен быть объясняем из протекания этих процессов. Каким образом происходит это упорядочение, было совершенно неизвестно. Более того, понимание глубинной общности механической и тепловой энергии привело к полному отказу от теории теплорода, а это в свою очередь показало, что единственно возможным источником теплоты является беспорядочное, ничем не направленное движение частиц внутри разогревающегося вещества.

Ещё в 1827 г. английский ботаник Роберт Броун, разглядывая в микроскоп движение частичек пыльцы, плавающих на поверхности воды, обнаружил их хаотическое перемещение, названное в его четь броуновским движением. Физическое объяснение броуновского движения заключалось в том, что частицы пыльцы перемещаются соответственно столь же хаотически перемешивающимся частицам внутри жидкости. Так впервые была наглядно показана сама возможность хаотического движения частиц. Такие движения можно было изучать только методами теории вероятностей и математической статистики, чем и занялось новое направление физических исследований, получившее название статистической физики. Предполагалось, что отдельные частицы в хаотическом движении перемещаются по законам классической механики, по аналогии с соударяющимися бильярдными шарами. Совокупность же очень большого числа частиц, находящихся в таком движении, невозможно отследить в их отдельных механических проявлениях, а можно лишь описать усреднённые состояния вещества как итоги общего взаимодействия этих частиц. Особые успехи статистическая физика имела при исследовании газов, само название которых происходит от слова «хаос». Благодаря таким исследованиям были рассчитаны плотность, давление, температура и другие параметры состояния различных газов. Эти параметры затем проверялись в ходе дальнейших экспериментов.

Одновременно продолжались эксперименты с тепловыми процессами, которые привели к определению трёх законов термодинамики. Эти три закона наряду с тремя законами Ньютона стали рассматриваться как наиболее фундаментальные закономерности, лежащие в основе порядка природы. Но этот порядок вытекал из «анархии» хаотического движения частиц. Такой подход к обнаружению порядка в природе поставил под вопрос саму возможность существования порядка, особенно после того, как Рудольв Клаузиус ввёл понятие энтропии, а Уиллард Гиббс, заложивший основы химической термодинамики и завершивший формирование статистической физики, показал более высокую вероятность хаоса по сравнению с порядком в изолированных термодинамических системах. Когда же Людвиг Больцман вывел свою знаменитую формулу, связывающую энтропию с термодинамической вероятностью, проблема превосходства хаоса над порядком стала казаться разрешимой только на основе представления о неизбежном угасании всякого порядка.

В результате крупнейшие авторитеты в сфере термодинамики Р. Клаузиус и У. Томпсон (Кельвин) выступили с теорией неизбежности тепловой смерти Вселенной, которая разделялась значительным большинством физиков и представителей других естественнонаучных дисциплин конца XIX – первой половины XX веков. Было и немало попыток обосновать необязательность фатальной гибели Вселенной, но они не выглядели настолько убедительными. При этом следует отметить, что погружение Вселенной в хаос рассматривалось в теории тепловой смерти как результат утраты разнообразия, а не роста хаотического разнообразия, как следствие выравнивания температур, плотностей вещества и других различий в физических параметрах, а не хаотического увеличения этих различий. Вселенной классической термодинамики угрожала всеобщая уравниловка на молекулярном уровне, а не хаотическая отчуждённость самих космических систем.

Такое одностороннее понимание хаоса сохранилось и в последующих попытках физического объяснения взаимодействий хаоса и порядка. Порядок продолжал рассматриваться в связи с повышением разнообразия физических, химических, биологических и социальных систем. Недостаточно учитывалась возможность хаотического разнообразия, вследствие чего стихийные и разрушительные проявления неоднообразия автоматически зачислялись в порядок, в образование порядка из хаоса.

Следует также иметь в виду, что с созданием теории Дарвина идея эволюции через философско-мировоззренческие установки начинает проникать с разной скоростью в естественнонаучные и гуманитарные дисциплины. Эволюционным мировоззрением была проникнута термодинамическая концепция Больцмана, главным импульсом деятельности которого в науке была попытка распространить дарвиновскую концепцию эволюции на физику тепловых процессов. Теория тепловой смерти Вселенной была теорией исторической, и, значит, в какой-то мере теорией эволюционной. В ней история природы понималась как процесс случайного возникновения разнообразия посредством флуктуаций, которые обречены на поглощение всеобщей тенденцией к теплопотерям и утрате энергетической самостоятельности. Такая картина эволюции от случайного и локального порядка к закономерному и всеобщему хаосу основывалась исключительно на законах термодинамики, вытекая из второго закона и абстрагировалась от всех прочих физико-химических процессов, протекающих во Вселенной. С появлением модели расширяющейся Вселенной популярность модели тепловой смерти стала медленно, но неуклонно снижаться. Расширяющаяся, распространяющаяся Вселенная выглядела очень разнообразной, наполненной энергией и как будто не торопилась умирать.

Но подлинным научным мессией, спасшим нашу Вселенную от тепловой смерти обеспечившим ей в научных представлениях долгую и полную приключений жизнь, стал выдающийся бельгийский учёный русского происхождения Илья Пригожин. Пригожин совершил поистине коперниканский переворот в классической термодинамике, и там, где царило унылое и пессимистически окрашенное превращение порядка в хаос, восторжествовало энергичное и насыщенное оптимизмом образование порядка из хаоса. Пригожин создал, а затем в течение всей своей долгой жизни (1917–2003) совершенствовал и пропагандировал неравновесную термодинамику, или термодинамику открытых систем.

Неотвратимости распространения хаотического равновесия в изолированных системах Пригожин противопоставил исследование неравновесных открытых систем. При этом он опирался на работы предшественников, исследовавших образование и поддержание порядка в физических системах, находящихся в состояниях равновесия или вблизи равновесия. Теория слабонеравновесных состояний и их взаимоотношений с равновесными состояниями начала развиваться ещё во второй половине XIX века, когда в 1884 г. французский химик Анри Ле Шателье на основе анализа химических явлений, а в 1887 г. немецкий физик Карл Браун на основе ряда физических процессов выдвинули и обосновали положение, получившее в науке название принципа Ле Шателье – Брауна. Согласно этому принципу, выведение из равновесия в состояние вблизи равновесия любой открытой системы, как правило, приводит к внутренней перестройке её структуры, направленной к восстановлению исходного состояния, а при невозможности такого возврата – к переводу системы в ближайшее равновесное состояние. В 1931 г. норвежский физик Ларс Онзангер обосновал теорию стационарных неравновесных состояний, объяснявшую динамику состояний различных систем, находящихся вблизи равновесия. Эта теория, в частности, позволила объяснить так называемый термоэлектрический эффект, т. е. феномен возникновения электрического тока в замкнутой цепи из двух проводников, контакты между которыми подвергаются выведению из равновесия посредством создания разницы температур. В 1968 г. норвежскому учёному за разработку этой теории была присуждена Нобелевская премия.

Уже в 1946 г. И. Пригожин, взяв за основу теорию Онзангера и принцип Ле Шателье – Брауна, сделал значительный шаг вперёд, показав, что новое равновесное состояние, которое возникает при выведении открытых систем из состояния устойчивого равновесия при невозможности вернуться в прежнее состояние, характеризуется минимальным производством энтропии. Таким образом, уже в близком состоянии к состоянию устойчивого равновесия в открытых системах возникают некие внутренние структуры, препятствующие разрушению упорядочения системы и минимизирующие нарушение порядка. Фактически Пригожин в какой-то мере вернулся к идее теплорода, введя понятие потока энтропии по аналогии с потоком жидкости. Пригожин ввёл в научный обиход уравнение баланса энтропий, в соответствии с которым производство энтропии подчиняется второму закону термодинамики и является положительным, но в открытых системах энтропия может удаляться в окружающую среду.

Тем самым было теоретически обосновано положение о том, что нарастание энтропии в открытых системах, включая и нашу Вселенную, не обязательно должно приводить к необратимому накоплению беспорядка. Напротив, если в системе выведение беспорядка в окружающую среду превышает сумму производства беспорядка внутри системы и его поступления из окружающей среды, то в этом случае сальдо баланса энтропий будет положительным, упорядоченность системы будет повышаться, как и её способность противостояния хаосу. Как видим, Пригожин в своих исходных теоретических предпосылках оперирует количественными характеристиками беспорядка, как если бы это было некое вещество, производимое внутри системы, импортируемое или экспортируемое в окружающую среду. Он отвлекается от качественных характеристик порядка или беспорядка, что позволяет лишь установить принципиальную возможность сохранения и даже повышения уровня упорядоченности, но не позволяет установить внутренних механизмов развития упорядоченности.