Самоорганизация материальных систем

Общая диалектическая идея саморазвития материального мира получала свою эмпирическую и теоретическую конкретизацию постепенно. Причем «сверху вниз»: от высших форм движения материи — к низшим. Сначала тенденцию самопроизвольного нарастания сложности и порядка обнаружили в обществе (просветители, Гегель, Маркс), затем ту же закономерность зафиксировали в живой природе (Ламарк, Дарвин). И только в XX в. ту же способность признали и за всем остальным материальным миром, начиная с элементарных частиц и заканчивая Метагалактикой, или Вселенной в целом.

В классической науке и недиалектической философии вплоть до середины XX в. господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию. Ну кто же не знает, что вода всегда течет под уклон, а любая предоставленная самой себе материальная вещь неизбежно разрушается? Теоретический базис под эти «здравомыслящие» соображения подвела классическая термодинамика — наука о взаимопревращениях различных видов энергии. Ею было установлено, что во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует выделенная самой природой направленность. И легче всего различный виды энергии переходят в самую простую ее форму — тепловую. Теплота же, как известно, может «перетекать» только в одну сторону — от горячего тела к холодному, стремясь к состоянию термодинамического равновесия.

Знаменитое второе начало термодинамики гласит: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Энтропия — это мера беспорядка системы. Физический смысл возрастания энтропии сводится к третьему, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это — наиболее простое и одновременно наиболее вероятное состояние системы, или состояние термодинамического равновесия, при котором движение частиц хаотично. Максимум энтропии означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу.

Но если возрастание энтропии — фундаментальный закон природы, и, следовательно, материальный мир может эволюционировать только к хаосу, то как же наша Вселенная смогла возникнуть и сорганизоваться до ее нынешнего упорядоченного состояния? И если этот закон столь фундаментален, почему же ему не подчиняется живая природа, демонстрирующая стремление прочь от термодинамического равновесия и хаоса, т.е. непрерывный рост сложности и организованности своих структур (уменьшение энтропии)? Частично ответ на эти вопросы заключается в том, что второе начало термодинамики действительно только для закрытых систем, которые не обмениваются веществом или энергией с внешней средой. Но живые организмы — системы открытые, существующие за счет обмена веществ. Поэтому уменьшение в них энтропии (при формировании организма, например) компенсируется ее увеличением во внешней среде.

Американский физик С. Хоукинг проделал любопытный подсчет. Если мы запомнили каждое слово в книге из двухсот страниц, то наша память записала около двух миллионов единиц информации. Именно на столько единиц увеличился порядок в нашем мозгу (уменьшилась энтропия). Но за время чтения книги мы переработали не менее 1000 ккал упорядоченной энергии в виде пищи в неупорядоченную в виде рассеянного в атмосфере тепла. Эта распыленная тепловая энергия увеличила беспорядок во Вселенной В 10²⁰ раз больше, чем увеличился порядок в нашем мозгу. Таким образом, уменьшение энтропии в маленьком фрагменте материального мира дает существенный ее рост для более широкой системы, и второе начало термодинамики в целом не страдает. " А как быть со Вселенной в целом? Ей-то где увеличивать беспорядок, чтобы образовать свои разномасштабные структуры? Современная наука полагает, что такой внешней средой для нашей Вселенной является вакуум, нарушение упорядоченных структур которого и привело когда-то к ее возникновению.

Таким образом был обойден запрет на возрастание порядка для обширного класса систем. Стало ясно, что материальные объекты в принципе способны осуществлять работу против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться. Но объявить эту способность законом, т.е. всеобщей характеристикой материального мира, решилась только синергетика — наука о самоорганизации систем. Это междисциплинарное научное направление, разработка которого началась несколько десятилетий назад (И. Пригожий, Г. Хакен), претендует на роль новой научной парадигмы.