Никола Кайтез - Философия энтропии. Негэнтропийная перспектива

В природе нет четкого ориентира, чтобы отличить равновесие от неравновесия. Макроскопические структуры возникают в результате комплексного нелинейного взаимодействия большого числа микроскопических элементов. Стабильность возникающих структур обеспечивается балансом нелинейности и диссипации энергии. Активность материи связана с неравновесными условиями. Особенность эволюции сложных систем в том, что любое единичное действие или локальная интервенция имеет коллективный аспект, который может привести к неожиданным глобальным изменениям.

Парадокс ( парадокс Пригожина ) состоит в том, что упорядоченная система существует благодаря неравновесию [44]. С философской точки зрения в этом есть элементы диалектического понимания мира. Неравновесие создает и порядок, и энтропию, что обеспечивает движение материи во времени. Равновесные системы не обеспечивают существование. Когда энтропия сделает свое дело, наступит равновесие, в котором больше не будет ничего, в том числе и энтропии. Но суть не в том, чтобы энтропия была побеждена ценой уничтожения жизни, а в том, чтобы жизнь победила вопреки энтропии.

Рождение структур возможно только среде, способной к самоорганизации. Элементы этой среды должны быть выведены из состояния равновесия внешними потоками энергии [45].

Любая сложная, организующая себя система, да и любая природа, познается через понимание целей, целесообразности, активности (уровня организации, эффективности) системы. Подобно Гегелю и Марксу, Пригожин, хотя и совсем с другой точки зрения, осознал, что время – ключ к пониманию природы. Субстанция все чаще понимается как ряд, серия, поток нестабильных объединений, а не как предмет в своей статической среде.

Существует своего рода взаимодействие между существованием и возникновением , диалог между субстанцией и энергией. Пригожин показал, что в диалектическом мире постоянное равновесие не только невозможно, но и нежелательно. Общий его вывод можно сформулировать следующим образом: системы в состоянии неравновесия склонны к самоорганизации на неком высшем уровне, но эта самоорганизация также неравновесна и открыта для еще более сложной самоорганизации. Этот вывод очень важен. Классическая термодинамика занималась только одним процессом: ростом энтропии, ростом беспорядка. Но ясно, что этот процесс имеет своего естественного антагониста: повторяемость порождает творчество, смерть порождает жизнь. Энтропия и негэнтропия могут пониматься как две стороны одной медали.

Существует два типа самоорганизации. Один достигается путем новой комбинации элементов системы или изменения их числа (образование галактик, химических структур). Другой – это качественно новое появление жизни. Жизнь – это высшая форма спонтанного регулирования и контроля сложных структур, обусловленная согласованным поведением элементов системы в условиях постоянного потока энергии, материи и информации. Живые структуры функциональны, процессы в них подчинены общей программе, закодированы и целесообразны. Ни в одной живой системе, будь то клетка или стая саранчи, нет ни полной случайности, ни бессмысленности. В то время как неживая природа ведет себя расточительно, в живой природе существует строгий режим экономии.

Все системы, включенные в эволюционную цепь, подчинены одной цели, руководствуясь одними и теми же принципами построения и функционирования, в них существуют похожие реакции и свойства, ими управляет единый центр. Эволюционные системы гармонично связаны между собой, подчиняются общим законам природы, ведут себя сходным образом в сходных условиях.

Нельзя отрицать, что живой организм является энергетической системой, где действуют законы термодинамики. В биосистемах существуют процессы, когда энергия переходит с более организованного на менее организованный уровень (например, во время дыхания энергетически богатые соединения углеводорода распадаются на более простые низкоэнергетические субстанции, воду и диоксид углерода, а освободившаяся энергия используется для текущей деятельности), что согласуется со вторым началом термодинамики. Но не все свойства живых систем присущи неживым объектам, т. е. энергетический обмен в них качественно иной и требует другого подхода. Для неживых структур важна только физическая, энергетическая сторона порядка. Биологические структуры гораздо сложнее, поэтому для них не подходит использование механистически редуцированных энтропийных единиц в качестве меры упорядоченности.

Итак, биологическая теория настаивает на существовании непрерывного структурирования, создания, упорядоченности, а физическая – на нарушении порядка, выравнивании различий, упрощении. Получается, что не существует физической теории эволюции открытой системы. Напрашивается вопрос, возможна ли синтетическая теория полузакрытых эволюционных систем, комбинирующая и объединяющая достижения и открытия двух теорий эволюционных систем – физической и биологической. Бор и Шредингер предупреждали, что законы физики и биологии нельзя смешивать чисто механически, хотя они дополняют другу друга. Шредингер предполагал присутствие физических законов нового типа в живой системе. Намечены контуры новой физики – попытка создания неклассической термодинамики открытых систем. Но плотность великой цепи бытия такова, что ни одна из теорий все еще не дает ответа на многие пограничные вопросы.

Существует только один тип физических законов, но в разных термодинамических ситуациях – вблизи или вдали от равновесия. Уничтожение структуры происходит при термодинамическом равновесии; рождение структуры требует нарушения границ стабильности.

Правда, эксперименты показывают, что критерии Пригожина действительны не для всех реакций и процессов. Поиски продолжаются. Все больше сближаются физические, химические и биологические науки, используя математические модели. Но даже сейчас ясно, что установление энергетической координации в биосистемах – исключительное изобретение Природы, если не обнаружение важного божественного предиката. Энергетическая координация обеспечивает беспрецедентное сохранение, транспортировку и трансформацию энергии. Поэтому биосистемам необходим порядок. Чем меньше порядка, тем меньше энергетической координации, и больше энтропии. Состояние для развития жизни является оптимальным, когда рост и потеря свободной энергии находятся в динамическом равновесии.

Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания позитивных обратных связей, действующих в открытой системе, над негативными обратными связями. Функционирование динамически стабильных, но адаптивных систем (гомеостаз в живых организмах и автоматических устройствах), ориентируясь на обратные сигналы от рецепторов или сенсоров о статусе системы, дополнительно приспосабливается к новому положению, отличающемуся от исходного состояния исполнительного механизма. При самоорганизации аккумулируется и усиливается общая позитивная реактивность системы, что может привести к возникновению нового порядка и новых структур, образованных из элементов предыдущей, разрушенной системы. Таковы, например, механизмы фазовых переходов субстанций. Рождение новых уровней организации материи сопровождается нарушением симметрии. При понимании эволюционных процессов необходимо абстрагироваться от симметрии времени, характеризующей полную определенность в классической механике. Проблема соотношения статического и динамического уровня самоорганизации похожа на проблему соотношений структурного и экзистеально-исторического (диалектического) подхода [46].