Читать онлайн «Век бифуркации. Постижение изменяющегося мира». Страница 34

Далекие горизонты будущего подчеркивают альтернативы, которые открываются перед человечеством, Регресс до полного исчезновения человечества или эволюция до нового плато существования; ставки всегда были высоки, но они никогда не были так высоки, как сейчас. Ответственность также никогда не была столь высокой. Осознав эволюцию, мы должны теперь сделать ее сознательной. Если мы того захотим, то следующий шаг в развитии человеческого общества можно совершить сознательно. В последнее десятилетие XX века у нас есть средства и возможность планировать нашу судьбу.

Новые теории эволюционирующих систем берут начало из общей теории систем Людвига фон Берталанфи, кибернетики Норберта Винера и теории информации Клода Шеннона. Основные понятия и теории развивались в различных областях естественных и социальных наук, а также в философии. Они достигли зрелости с появлением неравновесной термодинамики Ильи Пригожина и последних успехов математического моделирования хаоса и преобразований в динамических системах.

Все эти науки позволяют нам по-новому взглянуть на природу реальности. Согласно новой точке зрения, человек и общество в этом мире являются не чужаками, а неотъемлемыми частями огромной волны эволюции, начавшейся 18 миллиардов лет назад с большого взрыва и теперь затронувшей явления жизни, культуры и сознания. Новые науки описывают динамические особенности этой эволюции и ее основные этапы. Если вообще существует прочный базис для достижения следующей ступени в эволюции человечества и для того, чтобы попытаться направить эволюцию в наших общих интересах, то новые науки, несомненно, находятся в особенно благоприятном положении для того, чтобы сделать это. Знакомство с их ключевыми понятиями составляет неотъемлемую часть грамотности в наше время[4].

Материя во Вселенной кластеризуется во все более и более сложные образования, части которых действуют согласованно (когерентно) и разделяют общую судьбу. Такие образования называются системами. Не все существующие в мире системы одинаковы, хотя имеются общие категории, не укладывающиеся в рамки традиционного деления естественных и социальных наук. Новые категории относятся не к «физической системе», «химической системе», «биологической системе» и т. д., а к состояниям равновесным, близким или далеким от равновесия (слабо или сильно неравновесным). Сильно неравновесные системы стали известны недавно; тем не менее они составляют категорию систем, которые развиваются в физическом и химическом, равно как и в биологическом и человеческом мире. Что же касается двух остальных категорий систем — равновесных и слабо неравновесных, то они известны уже более ста лет.

В равновесных системах потоки энергии и вещества выровняли различия в температуре и концентрации; элементы системы неупорядочены и случайно перемешаны, а сама система однородна и динамически инертна. В слабо неравновесных системах, находящихся вблизи равновесия, но не в своем равновесии, существуют небольшие различия в температуре и концентрации; внутренняя структура не хаотична, и сами системы не инертны. Такие системы стремятся сместиться к равновесию, как только устраняются связи, удерживавшие их в неравновесном состоянии. Слабо неравновесные системы достигают равновесия, когда прямые и обратные реакции статистически компенсируют друг друга, в результате чего различия концентрации в целом исчезают (это явление известно как закон действия масс, или закон Гульдберга-Вааге). Исчезновение различий концентрации означает химическое равновесие, а достижение равномерной температуры означает тепловое равновесие. В то время как в неравновесном состоянии системы выполняют работу и, следовательно, производят энтропию, в равновесном состоянии они не выполняют работы и производство энтропии прекращается. В состоянии равновесия производство энтропии, силы и потоки (скорости необратимых процессов) равны нулю, в то время как вблизи равновесия производство энтропии мало, силы слабы, а потоки являются линейными функциями от сил. Таким образом, состояние вблизи равновесия есть состояние линейного неравновесия, описываемое линейной термодинамикой в терминах статистически предсказуемой тенденции к максимальной диссипации свободной энергии и наивысшему уровню энтропии. Системы в слабо нелинейном состоянии в пределе переходят в состояние, характеризуемое наименьшей свободной энергией и максимальной энтропией, совместимыми, с граничными условиями (при любых начальных условиях).

К третьей возможной категории относятся сильно неравновесные системы, далекие от теплового и химического равновесия. Такие системы нелинейны и проходят через неопределенные фазы. Они не стремятся к минимальной свободной энергии и максимальной удельной энтропии, но усиливают определенные флуктуации и переходят в новый динамический режим, который радикально отличается от стационарных равновесных или слабо неравновесных состояний.

На первый взгляд кажется, будто системы в сильно неравновесном состоянии противоречат знаменитому второму началу термодинамики. Действительно, как могут системы повышать свой уровень сложности и организации и увеличивать свою энергию? Второе начало термодинамики утверждает, что организация и структура любой изолированной системы стремятся исчезнуть, уступая место однородности и случайности. Современные ученые знают, что развивающиеся системы не изолированы и поэтому второе начало термодинамики не полностью описывает происходящие в них процессы, точнее то, что происходит между системами и окружающей их средой. Системы, относящиеся к третьей категории, всегда с необходимостью являются открытыми системами, поэтому изменение энтропии в них не определяется однозначно необратимыми внутренними процессами. Протекающие в таких системах внутренние процессы не подчиняются второму началу термодинамики: свободная энергия, единожды затраченная, не способна более выполнять работу. Но энергия, необходимая для совершения работы, может быть «импортирована» открытыми системами из окружающей среды: через границы открытой системы может осуществляться перенос свободной энергии (или отрицательной энтропии)[5]. Когда две величины — свободная энергия внутри системы и свободная энергия, поступающая через границы системы из окружающей среды, — находятся в равновесии и компенсируют друг друга, система переходит в неизменное (т. е. стационарное) состояние. Поскольку в динамической среде два члена уравнения Пригожина редко компенсируют Друг друга в течение сколько-нибудь продолжительного времени, системы в реальном мире в лучшем случае «метастабильны»: они имеют тенденцию флуктуировать относительно своих стационарных состояний, а не неподвижно пребывать в этих состояниях без всяких вариаций.

Эти основные понятия были применены в ряде областей науки, апробированы и разработаны различными способами. Исследования, непосредственно относящиеся к эволюционным понятиям, можно грубо разделить на две категории: эмпирические исследования, опирающиеся на наблюдение и эксперимент, и теоретические исследования, проводимые на формальных — математических — моделях поведения систем.

Исходным пунктом эмпирических исследований явилось наблюдение, согласно которому при подходящих условиях постоянный и интенсивный поток энергии, проходящий через систему, вынуждает ее переходить в состояния, характеризуемые более высоким уровнем свободной энергии и более низким уровнем энтропии. Как предсказал Илья Пригожий в 60-х годах и как подтвердил своими экспериментами, выполненными еще в 1968 г., биолог Гарольд Моровиц, поток энергии, проходящий через неравновесную систему в состоянии, далеком от равновесия, приводит к структурированию системы и ее компонент и позволяет системе принимать, использовать и хранить все возрастающее количество свободной энергии. Одновременно происходит увеличение сложности системы и убывание ее удельной энтропии.

Существенной мерой в ходе эволюции является не тотальный прирост свободной энергии в системе, а прирост плотности потока свободной энергии, который система поддерживает, сохраняет и затем использует. «Плотность потока энергии» есть мера свободной энергии, приходящейся за единицу времени на единицу объема; например, эрг/сек. см3. Восходя по шкале сложности систем, мы обнаруживаем, что величина плотности потока энергии возрастает. В сложной химической системе плотность потока свободной энергии выше, чем в одноатомном газе; в живой системе — выше, чем в любой сложной химической системе. Это различие указывает на основное направление эволюции, поток, сметающий на своем пути все препятствия, который определяет стрелу времени как в физическом, так и в органическом мире.