Никола Кайтез - Философия энтропии. Негэнтропийная перспектива

Учитывая принцип комплементарности Бора, Шредингер установил глубинную связь законов органического и неорганического мира. Речь идет о существовании феноменов такой сложности, что для их полного анализа необходимо применить два одновременно взаимоисключающих и взаимодополняющих комплекса понятий (или даже две парадигмы), совокупность которых исчерпывает информацию об этих явлениях, как о целом [29].

Шредингер, уравнения которого описывают субатомные, атомные, молекулярные и макроскопические системы, а, может быть, даже вселенную, размышлял следующим образом: в природе существует два типа упорядоченности – статическая и динамическая. В некоторых случаях порядок обусловлен термодинамическим равновесием. В других – порядок связан с переносом энтропии в окружающую среду. Живые организмы, способные по природе к трансформации в более сложные, организованные и функционально координированные структуры, отличающиеся информационной и энергетической мощью, по сути, постоянно увеличивают свою энтропию и таким образом приближаются к ее максимальному уровню. Они могут избежать этого только постоянным извлечением негативной энтропии из внешней среды. Любой живой организм стремится к приятному и полезному, избегая неприятного и вредного. Жизнь уменьшает энтропию окружающей среды и/или увеличивает содержание информации об окружающей среде. В контакте с внешним миром (инстинктивно или осознанно, непосредственно или опосредовано) жизнь стремится к поддержанию своей системы на определенном уровне.

Живые системы экспортируют энтропию, чтобы поддерживать собственную энтропию на низком уровне. Т. е., если между двумя системами существует связь, возможен и переход энтропии из одной системы в другую, а ее вектор определен величиной термодинамических потенциалов. Экспорт энтропии может предотвратить ее дальнейший рост в самой системе, что способствует появлению и поддержанию стабильного состояния текучего равновесия. Живые организмы поддерживают приемлемо низкий уровень беспорядка внутри себя путем извлечения порядка из окружающей среды. Они берут новую материю и энергию, выбрасывая использованную материю и неиспользуемую энергию. Беспорядок не аккумулируется, а транспортируется наружу. Организующие сами себя системы существуют автономно, а прочие существуют только в том случае, если их организует иная система. Живая система – это любая система, способная самостоятельно поддерживать и увеличивать степень своей упорядоченности в среде с меньшей степенью упорядоченности.

В системе с малым числом молекул флуктуация уничтожает порядок. Поэтому живыми являются организмы макроскопических размеров. Физическая и стереохимическая характеристика информации – это конфигурация молекул. Длительное существование информации лежит в основе молекулярной кибернетики. ДНК имеет форму кристалла, и эти кристаллы, замечает Шредингер, апериодические: их составляет никогда не повторяющийся ряд (атомов), а число комбинаций обеспечивает кодирование немыслимого количества информации. Подобно азбуке Морзе, способной отобразить целый язык, используя только два знака, ДНК апериодические кристаллы используют четыре знака, комбинацией которых можно записать всю информацию, используемую организмом для строения протеинов, контроля метаболизма и т. д. В отличие от периодических кристаллов, воспроизводящихся путем повторения одного образца атомов, живые системы (в частности, апериодические кристаллы) способны изменять порядок информации перед воспроизведением. Т. о. жизнь может эволюционировать, изобретательно используя новые и целесообразные образцы. Апериодические кристаллы являются модусом существования, изобретенным природой для обеспечения эволюции живых существ и переноса информации с генерации на генерацию.

Физика исследует периодические кристаллы, а материальные носители жизни – это хромосомные нити, по сути являющиеся апериодическими кристаллами. В основе жизни заложены крепко «упакованные» структуры, с максимальным числом внутримолекулярных контактов [30]. Хромосомные структуры отличаются избыточностью, поскольку апериодическая система (характеризующая структуру организма, клеток и биологических макромолекул – протеинов) содержит гораздо большее количество полезной информации, чем эквивалентная периодическая система. Своей способностью поддерживать собственную структуру гены обязаны именно тому, что они существуют как апериодические кристаллы. Структура апериодического кристалла – это генетический код. Как твердые, высокоупорядоченные тела, апериодические кристаллы подчиняются законам термодинамики. Все это надежно доказывает, что жизнь – это сложный вид организации материи и что появление и развитие жизни – негэнтропийный феномен [31].

Эволюционные системы характеризует отсутствие равновесия, спонтанное образование новых микроскопических (локальных) объединений, изменчивость на макроскопическом уровне, образование новых свойств системы. При переходе от неупорядоченной системы к упорядоченной все системы в развитии ведут себя одинаковым образом в том смысле, что для описания разнообразных аспектов их эволюции достаточно одного единственного математического аппарата синергетики. Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются энергией, материей и информацией с окружающей средой, обеспечивая процесс локального порядка и самоорганизации. В ярко выраженных неравновесных состояниях системы оказываются под влиянием внешних факторов, не влияющих на систему в менее неравновесном состоянии: в неравновесных условиях относительная независимость элементов системы уступает место корпоративному поведению элементов – в состоянии, близком к равновесию, элемент взаимодействует только с соседним; вдали от равновесия «видит» целую систему как единое целое, т. ч. единообразие в поведении элементов становится заметным. В состоянии, далеком от равновесия, включаются механизмы, направляющие краткосрочные режимы к какому-либо долгосрочному режиму [32].

В тридцатые годы прошлого века Эрвин Бауэр исследовал термодинамические свойства живой субстанции. Он создал интегральную концепцию жизни и ее проявлений (обмена материи, роста, развития, восприимчивости, наследственного разнообразия, эволюции). Он утверждал, что спонтанное движение живых систем опровергает принцип термодинамического равновесия, поскольку живые системы никогда не находятся в состоянии равновесия, осуществляя за счет своей свободной энергии постоянную работу, направленную против равновесия.