Рудольф Баландин - Баландин - От Николы Теслы до Большого Взрыва. Научные мифы

Бельгийский физикохимик, лауреат Нобелевской премии Илья Пригожин и Изабелла Стенгерс в книге «Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой» (1986) пишут:

«В доставшемся нам научном наследии имеются два фундаментальных вопроса, на которые нашим предшественникам не удалось найти ответ. Один из них — вопрос об отношении хаоса и порядка. Знаменитый закон возрастания энтропии описывает мир как непрестанно эволюционирующий от порядка к хаосу. Вместе с тем, как показывает биологическая или социальная эволюция, сложное возникает из простого. Как такое может быть? Каким образом из хаоса может возникнуть структура?»

Ответу на эти вопросы они посвятили данную книгу. А мы попытаемся обсудить поставленные вопросы.

Согласно 2-му началу термодинамики в изолированных системах с наибольшей вероятностью происходит рассеивание энергии. Она переходит в примитивную тепловую форму. Мерой этого процесса является энтропия.

Следовательно, во Вселенной должны преобладать процессы, направленные в сторону повышения энтропии. Так проявляется, как полагают теоретики, стихийное стремление природы к равновесию. Сложные системы должны в этом случае переходить в более простые, а появление кристалла или, тем более, организма должно вроде бы расцениваться как нечто невероятное, граничащее с чудом.

Однако подобные чудеса происходят постоянно: из расплавленной магмы или растворов рождаются кристаллы, живые существа создают себе подобных. Биосфера до появления цивилизации, глобального техногенеза не деградировала, а развивалась, создавая все более сложные системы.

Закрадывается сомнение: может быть, все дело в том, что теория деградации энергии выведена при изучении механических процессов? Возможно, природа живет как-то иначе, не подчиняясь законам техновещества или даже им наперекор?

Для такого вывода есть веские основания.

2-е начало термодинамики утвердилось в начале XIX века, когда Сади Карно продолжил и обобщил исследования теории тепловых машин, которые вел его отец Лазар. Затем теорию идеальных тепловых машин завершил Р. Клаузиус. И в середине века, когда перешли от идеальных машин к реальным, выяснилось, что механическая работа непременно сопровождается потерей тепла.

У. Томсон распространил этот закон на небесные тела, из которых одни излучают энергию, другие ее поглощают, а затем тоже отдают в виде тепла в окружающее космическое пространство. Со временем во Вселенной должно наступить тепловое равновесие. Это означает прекращение всякого движения, кроме хаотичных тепловых перемещений атомов и молекул. Такова — схематично — теория тепловой смерти Вселенной.

Правда, в XX веке ученые пришли к мысли, что Вселенная расширяется, а через некоторое время, когда иссякнет энергия Большого взрыва, она вновь начнет сжиматься гравитационными силами, пока не станет очередным сгустком первоматерии. В таком случае можно порадоваться, что до тепловой смерти дело не дойдет, хотя бы только по причине опережающего гравитационного коллапса. Тем, кто уверовал в бессмертие своей души, это обстоятельство не прибавит оптимизма.

В общем, первое и второе начала термодинамики в 1865 году Клаузиус сформулировал так:

Энергия мира постоянна.

Энтропия мира стремится к максимуму.

В дальнейшем Л. Больцман толковал 2-е начало как неизбежность перехода систем в более вероятное состояние и выразил такое соотношение в виде формулы. Когда достигнуто наиболее вероятное состояние стабильности, равновесия, симметрии, то система может испытывать некоторые колебания, отклоняясь от «идеала», но будет обязательно тяготеть к нему. Чем больше такое отклонение, тем оно менее вероятно.

Предельно устойчивыми могут быть два противоположных состояния. Первое — при минимальной температуре по абсолютной шкале Кельвина, соответствующей 273°С. Эта температура и принята из тех соображений, что при ней не происходит броуновского движения атомов, они замирают в полном покое. У них максимальна потенциальная энергия и минимальна кинетическая. При высоких температурах ситуация противоположна: атомы и молекулы разрывают свои связи и стремятся к хаосу, который мы отождествляем с состоянием газа или плазмы.

Упорядоченность структур при температуре абсолютного нуля сопоставима со смертью. Считать, что это и есть «полный порядок», можно лишь с иронией. Живой организм, придя в полное равновесие с окружающей средой, становится покойником. Существует выражение: жизнь человека — медленный, но верный путь к смерти.

Однако в действительности жизнь противостоит как полной упорядоченности твердого кристалла или тела при температуре абсолютного нуля, так и полному хаосу броуновского движения, полной свободе составных элементов.

Можно сделать вывод: господство предельно продуманных упорядоченных мертвых технических систем — переход к максимальной упорядоченности. Опасность термоядерной войны, деградация — другая крайность, также отвечающая полному равновесию, но уже с максимальной энтропией, отсутствием всякого порядка. Все это, вроде бы, вполне соответствует тому направлению процессов, которое определяется 2-м началом термодинамики.

Но то, что мы видим вокруг, не подтверждает этого. Мы созданы биосферой и существуем в ней, где в гармоничном динамическом взаимодействии находятся три сферы (твердая, жидкая, газовая) с лучистой энергией, идущей от плазменного тела. Приближается к абсолютному нулю температур космическое пространство. Но наряду с ним существует космический энергонасыщенный вакуум.

Теоретически в мире должен устанавливаться беспорядок или полный покой. Практически ничего подобного в мире нет. Все живые существа (за исключением техногенного человека) противостоят тепловой смерти Вселенной. Почему так происходит? Какие силы, процессы, явления способствуют этому?

Религиозное мировоззрение давно нашло ответ: в мире присутствует Сверхсущество, определяющее всеобщий порядок. Без Его воли и разума воцарился бы хаос. Однако доказать или опровергнуть такую идею нельзя. Она остается вне научной мысли, в области умозрений.

Большинство ученых не желает мириться с постулатом о тепловой смерти Вселенной. Если ее признать без оговорок, то коренные проблемы естествознания и философии — эволюции, создания все более сложных систем, появления человека и развития цивилизации — останутся вне науки.

...В упомянутой книге И. Пригожина и И. Стенгерс сказано: «Ни один из вкладов в сокровищницу науки, внесенных термодинамикой, не может сравниться по новизне со знаменитым вторым началом термодинамики, с появлением которого в физику впервые вошла «стрела времени». Введение односторонне направленного времени было составной частью более широкого движения западноевропейской мысли... Понятие энтропии для того и было введено, чтобы отличать обратимые процессы от необратимых: энтропия возрастает только а результате необратимых процессов».