Порядок из хаоса илья пригожин изабелла стенгерс. Илья Пригожин

Книга Порядок из хаоса вышла на русском языке в 1986 году. Получилось так, что в те времена я ее не прочитал и наверстать упущенное удалось только сейчас. Должен сказать, что мне нравились идеи Пригожина: диссипативные системы в сильно неравновесном состоянии, самоорганизация и все такое. Я даже видел Пригожина — он делал доклад в МГУ. Правда, Пригожин решил, что он хорошо владеет русским и стал делать доклад по-русски. При этом никто не решился переводить с русского на русский.

В книге затронуто много тем. Большое внимание уделено диссипативным системам, флуктуациям, аттракторам и бифуркциям. Я остановлюсь только на одной теме: противопоставлении механики и термодинамики. Эта тема в настоящее время как-то ускользает из внимания. Сегодня можно часто услышать, что квантовая механика и общая теория относительности несовместима между собой, однако про противоречие между механикой и термодинамикой практически ничего не слышно.

Противоречие заключается в следующем. Макросистема состоит из атомов, которые подчинаются уравнениям механики, при этом уравнения механики обратимы относительно времени. На уровне макросистемы существует энтропия, которая задает стрелу времени, то есть, второй закон термодинамики запрещает обращение по времени на уровне макросистемы. Возникает вопрос, каким образом исходя из уравнений механики, обратимых по времени, можно объяснить появление энтропии, которая задает стрелу времени. Есть три возможных решения:

• Уравнения механики абсолютно правильны, а появление стрелы времени и энтропии связано с особенностями восприятия природы человеком. Энергия объективна, а энтропия субъективна.
• Энтропия объективна, следовательно термодинамика приводит к необходимости коррекции уравнений механики.
• Убедить себя в том, что хотя на уровне микромира все обратимо во времени, увеличение степеней свободы с необходимостью приводит к возникновению принципиального нового свойства — энтропии — и, соотвественно, стрелы времени.

В книге Пригожина и Стенгерс отношения между механикой и термодинамикой рассмотрены в рамках истории двух дисциплин. Мне понравился этот подход, он хорошо показывает, как мнения людей менялись по ходу времени.

Из истории появления законов Ньютона мне понравился такой эпизод:

‘Нидэм рассказывает об иронии, с которой про­свещенные китайцы XVIII в. встретили сообщения иезуитов о триумфах европейской науки того времени. Идея о том, что природа подчиняется простым позна­ваемым законам, была воспринята в Китае как непре­взойденный пример антропоцентрической глупости.’

Вот, почему китайцы пропустили научно-техническую революцию. Цитата Вольтера прекрасно выражает идею истинного ньютонианца:

‘…все управляется незыблемыми законами … все заранее предустановлено … все необходимо обусловле­но… Есть люди, которые, испуганные этой истиной, до­пускают лишь половину ее, подобно должникам, вруча­ющим кредиторам половину своего долга с просьбой от­срочить выплату остального. Одни события, говорят та­кие люди, необходимы, другие - нет. Было бы странно, если бы часть того, что происходит, была бы должна происходить, а другая часть не должна была бы проис­ходить… Я непременно должен ощущать неодолимую потребность написать эти строки, вы - столь же не­одолимую потребность осудить меня за них. Мы оба одинаково глупы, оба - не более чем игрушки в руках предопределения. Ваша природа состоит в том, чтобы творить дурное, моя - в том, чтобы любить истину и опубликовать ее вопреки вам.’

Пригожину и Стенгерс не нравится такая позиция — они придерживаются второго решения, что термодинамика с необходимостью говорит о том, что законы механики должны быть скорректированы. В книге с удовольстием описывается открытие закона теплопереноса Фурье. Это был первый сильный удар по ньютонианцам, поскольку уравнение Фурье в отличие от уравнений механики необратимо по времени. Сторонники механики пытались изменить закон Фурье, но ничего не получилось, тепло осталось жить по своим законам. Далее последовало открытие второго начала термодинамики и началось обсуждение того, как разрешить возникнувшее противоречие.

В книге подробно рассматриваются работы Людвига Больмана, который хотел показать, что законы механики на уровне микромира совместимы с появлением энтропии на уровне макросистемы (третье решение). Однако критика Пуанкаре, Цермело и Лошмидта показала, что построения Больцмана непоследовательны. Больцман признал критику и поменял свою точку зрения — он стал сторонником первого решения, когда стрела времени и энтропия связываются с особенностями восприятия мира человеком.

Следует сказать, что со времени выхода книги мало что изменилось. В настоящее время можно встретить все три позиции. Первая позиция о субъективности энтропии особенно часто встречается у физиков, которые отождествляют энтропию в уравнении Больцмана с информацией в уравнении Шэннона.

Карло Ровелли в книге Порядок времени выбрал путь Больцмана. Время не принадлежит фундаментальной реальности и вселенной, а связано с особенностями восприятия. Шон Кэрролл в книга Большая картина: К происхождению жизни, смысла и самого космоса излагает третье решение. Вначале было малоэнтропийное состояние, далее получаются более вероятные состояния, соотвествующие повышению энтропии. Ли Смолин в книге Возвращение времени по сути близок ко второму решению.

Я бы сказал, что в книге слишком большое внимание уделяется классической статистической механике и слишком мало квантовой механики. В статистической механики, основанной на классической механики, с самого начала возникало много парадоксов и расхождений с экспериментальными результатами. Можно сказать, что это неявно свидетельствовало, что классическая механика неприминима к описанию микромира. С другой стороны, при переходе к квантовой механике возникает общий вопрос, каким образом из волновой функции на уровне микромира получается классическая макросистема. Может быть проблема интерпретации квантовой механики и противоречие между термодинамикой и механикой каким-то образом связаны между собой.

Отмечу, что в книге много интересных цитат. Ниже несколько особенно понравившихся мне цитат.

Описание ученого, данное Альбертом Эйнштейном в поздравительной речи на 60-летие Макса Планка (Мотивы научного исследования ):

‘Большинство из них - люди странные, замкнутые, уединенные; несмотря на эти общие черты, они в дей­ствительности сильнее разнятся друг от друга, чем изгнанные. Что привело их в храм?… одно из наиболее сильных побуждений, ведущих к искусству и науке, - это жела­ние уйти от будничной жизни с ее мучительной жестко­стью и безутешной пустотой, уйти от уз вечно меняю­щихся собственных прихотей. Эта причина толкает лю­дей с тонкими душевными струнами от личных пережи­ваний в мир объективного видения и понимания. Эту причину можно сравнить с тоской, неотразимо влекущей горожанина из шумной и мутной окружающей среды к тихим высокогорным ландшафтам, где взгляд далеко проникает сквозь неподвижный чистый воздух и на­слаждается спокойными очертаниями, которые кажут­ся предназначенными для вечности.

Но к этой негативной причине добавляется и позитивная. Человек стремится каким-то адекватным спосо­бом создать в себе простую и ясную картину мира для того, чтобы оторваться от мира ощущений, чтобы в из­вестной степени попытаться заменить этот мир создан­ной таким образом картиной.’

Стихи Джона Дони (1572-1631), в которых он оплакивал аристотелевский мир, разрушеный коперниковской революцией:

‘Новые философы все ставят под сомнение,
Стихия грозная - огонь - изъят из обращения.
Утратил разум человек - что не было, что было,
Не Солнце кружит круг Земли, Земля -вокруг светила.
Все люди честно признают: пошел весь мир наш прахом,
Когда сломали мудрецы его единым махом.
Повсюду новое ища (сомненье - свет в окошке),
Весь мир разрушили они до камешка, до крошки.’

В заключение цитата Чарльза Пирса по отношению к тепловой смерти вселенной:

‘Вы все слышали о диссипации энергии. Обнаружено, что при любых трансформациях энергии часть ее превращается в тепло, а тепло всегда стремится выровнять температуру. Под воздействием собственных необходимых законов энергия мира иссякает, мир движется к своей смерти, когда повсюду перестанут действовать силы, а тепло и температура распределяется равномерно…

Но хотя ни одна сила не может противостоять этой тенденции, случайность может и будет препятствовать ей. Сила в конечном счете диссипативна, случайность в конечном счете концентративна. Диссипация энергии по непреложным законам природы в силу тех же законов сопровождается обстоятельствами, все более и более благоприятными для случайной концентрации энергии. Неизбежно наступит такой момент, когда две тенденции уравновесят друг друга. Именно в таком состоянии, несомненно, находится ныне весь мир.’

Информация

Илья Пригожин, Изабелла Стенгерс, Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой , Москва, Прогресс, 1986.

Discontinuity , 1894-1912.- Oxford : Clarendon Press , N. Y .: Oxford University Press , 1978) ОБЫЕМ ЙЪСЭОЩЕ БТЗХНЕОФЩ, УЧЙДЕФЕМШУФЧХА-ЭЙЕ П ФПН, ЮФП рМБОЛ РТЙДЕТЦЙЧБМУС УФБФЙУФЙЮЕУЛПК ФТБЛФПЧЛЙ ОЕПВ-ТБФЙНПУФЙ, РТЕДМПЦЕООПК вПМЯГНБОПН.

7 Mehra J., Rechenberg H. The Historical Development of Quantum Theory. Vol. 1-4. - N. Y.: Springer, 1982.

8 пФОПУЙФЕМШОП ЛПОГЕРФХБМШОЩИ ПУОПЧ ОЕДБЧОП РТЕДМПЦЕООЩИ ЬЛУРЕТЙНЕОФБМШОЩИ РТПЧЕТПЛ ЗЙРПФЕЪЩ П УЛТЩФЩИ РЕТЕНЕООЩИ Ч ЛЧБО-ФПЧПК НЕИБОЙЛЕ УН.: d " Espagnat ч. Conceptual Foundations of Quantum Mechanics . 2nd aug. ed.-Reading, Mass.: Benjamin, 1976. уН . ФБЛЦЕ d"Espagnat B. The Quantum Theory and Reality, Scien-tific American, 1979, vol. 241, p. 128-140.

9 пФОПУЙФЕМШОП РТЙОГЙРБ ДПРПМОЙФЕМШОПУФЙ УН ., ОБРТЙНЕТ : d"Es ТБ gnat ч . Conceptual Foundations of Quantum Mechanics. 2nd aug. ed.-Reading, Mass.: Benjamin, 1976; Jammer M. The Philo-sophy of Quantum Mechanics.-N. Y.-John Wiley and Sons, 1974; Petersen A. Quantum Mechanics and Philosophica Tradition.- Cambridge, Mass.: MIT Press, 1968; George у ., Prigogine I. Coherence and Randomness in Quantum Theory. Physica, 1979, vol. 99A, p. 369-382.

10 Rosenfeld L. The Measuring Process in Quantum Mecha-nics. Supplement of the Progress of Theoretical Physics, 1965, p. 222.

11 пФОПУЙФЕМШОП ЛЧБОФПЧПНЕИБОЙЮЕУЛЙИ РБТБДПЛУПЧ, ЛПФПТЩЕ У РПМОЩН ПУОПЧБОЙЕН НПЦОП ОБЪЧБФШ ЛПЫНБТБНЙ ЛМБУУЙЮЕУЛПЗП ТБЪХ-НБ, РПУЛПМШЛХ ЧУЕ ПОЙ: Й ЛПЫЛБ ыТЕДЙОЗЕТБ, Й "РТЙСФЕМШ" чЙЗОЕТБ, Й НОПЦЕУФЧЕООЩЕ НЙТЩ ьЧЕТЕФФБ - РТЙЪЧБОЩ ПЦЙЧЙФШ ЙДЕА-жЕОЙЛУ ЪБНЛОХФПК ПВЯЕЛФЙЧОПК ФЕПТЙЙ ОБ ЬФПФ ТБЪ Ч ЧЙДЕ ХТБЧОЕОЙС ыТЕДЙОЗЕТБ. уН. ЛОЙЗЙ Д"ьУРБОШЙ Й дЦЕННЕТБ, ХЛБЪБООЩЕ Ч РТЙНЕЮБ-ОЙЙ 9 Л ЬФПК ЗМБЧЕ.

12 Misr Б ч ., Prigogine I., Courbage M. Lyapunov Va-riable; Entropy and Measurement in Quantum Mechanics. 1979, vol. 76, p. 4768-4772; Prigogine I., George C. The. Second Law as a Selection Prin-ciple: The Microscopic Theory of Dissipative Processes in Quantum Systems. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1983, vol. 80, p. 4590--4594.

l3 Minkowski H. Space and Time. The Principles of Relativi-ty.-N. Y.: Dower Publications, 1923. [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: MЙОЛПЧУЛЙК з. рТПУФТБОУФЧП Й ЧТЕНС.-ч УВ.: рТЙОГЙР ПФОПУЙФЕМШОПУФЙ. з. б. мПТЕОГ, б. рХБОЛБТЕ, б. ьКОЫФЕКО, з. нЙОЛПЧУЛЙК.- M .-м.: пофй, 1936, У. 181.]

14 уБИБТПЧ б. д. рЙУШНБ Ч цХТОБМ ЬЛУРЕТЙНЕОФБМШОПК Й ФЕПТЕФЙЮЕУЛПК ЖЙЪЙЛЙ, 1967, Ф. 5, ЧЩР. I, У, 32-35.

зМБЧБ 8

1 љ Lewis G. N. The Symmetry of Time in Physics. Science, 1930, vol. 71, p. 570.

2 Eddingt П n A. S. The Nature of the Physical World. - N. Y.: Macmillan, 1948, p. 74.

3 Gardner M. The Ambidextrous Universe: Mirror Asymmetry and Time-Reversed Worlds.-N. Y.: Charles Scribner"s Sons, 1979, p. 243. [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: зБТДОЕТ M. ьФПФ РТБЧЩК, МЕЧЩК НЙТ. - M.: нЙТ, 1967. уЕТЙС "ч НЙТЕ ОБХЛЙ Й ФЕИОЙЛЙ".]

4 Planck M. Treatise on Thermodynamics.-N. Y.: Dover Pub-

lications , 1945, p . 106. [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: рМБОЛ M. мЕЛГЙЙ РП ФЕТ-НПДЙОБНЙЛЕ нБЛУБ рМБОЛБ.-урВ., 1900, У. 91-92,]

5 чЩУЛБЪЩЧБОЙЕ вЕТОБ РТЙЧЕДЕОП Ч ТБВПФЕ: Denbigh л. How Subjective Is Entropy ? Chemistry in Britain. 1981, vol. 17, p. 168- 185.

6 уН ., ОБРТЙНЕТ : лБУ M. Probability and Related Topics in Phy-sical Sciences. - L.: Interscience Publishers, 1959. [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: л Б Г M. чЕТПСФОПУФШ Й УНЕЦОЩЕ ЧПРТПУЩ Ч ЖЙЪЙЛЕ. - M.: нЙТ, 1965.]

7 Gibbs J. W. Elementary Principles in Statistical Mechanics. - N. T: Dover Publications,љ 1960, Ch. XII.љљ [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: зЙВВУ д Ц. ч. пУОПЧОЩЕ РТЙОГЙРЩ УФБФЙУФЙЮЕУЛПК НЕИБОЙЛЙ, ТБЪ-ТБВПФБООЩЕ УП УРЕГЙБМШОЩН РТЙНЕОЕОЙЕН Л ТБГЙПОБМШОПНХ ПВПУОПЧБ-ОЙА ФЕТНПДЙОБНЙЛЙ. зМ. XII. п ДЧЙЦЕОЙЙ УЙУФЕН Й БОУБНВМЕК УЙУФЕН Ч ФЕЮЕОЙЕ ВПМШЫЙИ РТПНЕЦХФЛПЧ ЧТЕНЕОЙ.-ч ЛО.: зЙВВУ дЦ. ч. фЕТНПДЙОБНЙЛБ.љ уФБФЙУФЙЮЕУЛБС НЕИБОЙЛБ.-M.:љ оБХЛБ,љ 1982, У. 463. уЕТЙС "лМБУУЙЛЙ ЕУФЕУФЧПЪОБОЙС".]

8 оБРТЙНЕТ, у. чБФБОБВЕ РТПЧПДЙФ ТЕЪЛПЕ ТБЪМЙЮЙЕ НЕЦДХ НЙ-ТПН УПЪЕТГБЕНЩН Й НЙТПН, Ч ЛПФПТПН НЩ ДЕКУФЧХЕН ЛБЛ БЛФЙЧОЩЕ БЗЕОФЩ. рП ХФЧЕТЦДЕОЙА чБФБОБВЕ, ОЕРТПФЙЧПТЕЮЙЧПЕ ПВЯСУОЕОЙЕ ЧПЪТБУФБОЙС ЬОФТПРЙЙ ОЕЧПЪНПЦОП ЧОЕ УЧСЪЙ У ЧПЪДЕКУФЧЙСНЙ, РТПЙЪ-ЧПДЙНЩНЙ ОБНЙ ОБ НЙТ. оП Ч ДЕКУФЧЙФЕМШОПУФЙ ЧУС ОБЫБ ЖЙЪЙЛБ НП-ЦЕФ ТБУУНБФТЙЧБФШУС ЛБЛ ОБХЛБ П НЙТЕ, ОБ ЛПФПТЩК НЩ ЧПЪДЕКУФЧХ-ЕН, РПЬФПНХ РТПЧПДЙНБС чБФБОБВЕ ДЕНБТЛБГЙПООБС МЙОЙС НЕЦДХ НЙ-ТПН УПЪЕТГБЕНЩН Й НЙТПН ЛБЛ БТЕОПК БЛФЙЧОЩИ ДЕКУФЧЙК ОЕУРПУПВ-ОБ РТПСУОЙФШ ЧЪБЙНПУЧСЪШ НЕЦДХ НЙЛТПУЛПРЙЮЕУЛПК ДЕФЕТНЙОЙУФЙЮЕ-УЛПК УЙННЕФТЙЕК Й НБЛТПУЛПРЙЮЕУЛПК ЧЕТПСФОПУФОПК БУЙННЕФТЙЕК. чПРТПУ РП-РТЕЦОЕНХ ПУФБЕФУС ВЕЪ ПФЧЕФБ. лБЛЙН ПВТБЪПН НЩ НПЦЕН, ОБРТЙНЕТ, РТЙДБФШ УНЩУМ ХФЧЕТЦДЕОЙА П ФПН, ЮФП УПМОГЕ љ ОЕПВТБФЙНП УЗПТБЕФ? уН .: Watanabe S. Time and Probabilistic View of the World.-In.: The Voices of Time. /Ed. J. Fraser.-N. Y.: Braziller, 1966.

9 дЕНПО нБЛУЧЕММБ ЧРЕТЧЩЕ РПСЧЙМУС Ч ТБВПФЕ : Maxwell J. у . Theory of Heat.-L.: Longmans, 1971, Ch. XXII. уН . ФБЛЦЕ ; Daub E. Maxwell"s Demon; Heimann P. Molecular Forces. Statistical Representation and Maxwell"s Demon. - In.: Studies in History and Philosophy of Science, 1970, vol. 1. ьФПФ ФПН ГЕМЙЛПН РПУЧСЭЕО нБЛУЧЕММХ.

10 чП ltzmann L. Populare Schriften.-Braunschweig-Wiesbaden: Vieweg, 1979. [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: вПМШГНБО м. уФБФШЙ Й ТЕЮЙ.-M.: оБХЛБ, 1970, У. 6.] лБЛ РПДЮЕТЛЙЧБМ ьМШЛБОБ (Elkana Y . чП ltzmann " s Scientific Research Program and Its Alternatives .- In .: Interaction Between Science and Philosophy .- Atlantic , Highlands , N. J .: Humanities Press , 1974), ДБТЧЙОПЧУЛБС ЙДЕС ЬЧП-МАГЙЙ ПУПВЕООП ПФЮЕФМЙЧП ЧЩ ТБЦЕОБ ЧП ЧЪЗМСДБИ вПМШГНБОБ ОБ ОБ-ХЮОПЕ ЪОБОЙЕ, Ф. П. Ч ПФУФБЙЧБОЙЙ вПМШГНБОПН НЕИБОЙУФЙЮЕУЛЙИ НП-ДЕМЕК, РПДЧЕТЗОХФЩИ ЬОЕТЗЕФЙУФБНЙ ТЕЪЛПК ЛТЙФЙЛЕ. уН., ОБРТЙНЕТ, МЕЛГЙА "чФПТПК ЪБЛПО НЕИБОЙЮЕУЛПК ФЕПТЙЙ ФЕРМБ", У ЛПФПТПК вПМШГ-НБО ЧЩУФХРЙМ Ч 1886 З. (Boltzmann L . The Second Law of Ther - modynamics .- In .: Theoretical Physics and Philosophical Problems . / Ed . B . McGuinness .- Dordrecht : D . Reidel , 1974. [тХУУЛЙК РЕТЕЧПД: вПМШГНБО м. чФПТПК ЪБЛПО НЕИБОЙЮЕУЛПК ФЕПТЙЙ ФЕРМБ.-ч ЛО.: вПМШГНБО м. уФБФШЙ Й ТЕЮЙ.-M.: оБХЛБ, 1970, У. 3-28.])

11 вПМЕЕ РПДТПВОП ВПМШГНБОПЧУЛБС ЙОФЕТРТЕФБГЙС ЬОФТПРЙЙ ТБУ - УНПФТЕОБ Ч ЛО.: Prigogine I. From Being to Becoming-Time and Complexity in the Physical Sciences. - San Francisco: W. H. Freeman

Илья Романович Пригожин - бельгийской физико-химик, основатель брюссельской школы исследователей в области физической химии и статистической механики, основоположник общей теории диссипативных систем. Его научное творчество тесно связана с философией, с производством инновационных идей на грани науки и философии. К ним относятся, например, новое осмысление идеи времени, пересмотр роли и места науки в культуре, а также самой парадигмальной природы науки. Обогащая методологию науки новой парадигмой, проецируя его на современный изменчивый мир с присущей ему темпоральністю, нестабильностью, неровно-важностью, Г. Пригожин сделал важный вклад в философское осмысление радикальных изменений, происходящих в современной науке и культуре.

Порядок из хаоса: Новый диалог "ЧЕЛОВЕКА С ПРИРОДОЙ"

Наше видение природы претерпевает радикальные изменения в сторону разнообразия, темпоральності и сложности. Долгое время в западной науке доминировала механическая картина мироздания. Сейчас мы осознаем, что живем в плюралистическом мире. Существуют явления, которые представляются нам детерминированными и обратимыми. Такие, например, движение маятника без трения или Земли вокруг Солнца. Но существуют также и необратимые процессы, которые как бы несут в себе "стрела времени". Например, если слить две такие жидкости, как спирт и вода, то из опыта известно, что со временем, они перемешиваются. Обратный процесс - спонтанное разделение смеси на чистую воду и чистый спирт-никогда не наблюдается. В связи с этим, смешивания спирта и воды - необратимый процесс. Вся химия, по существу, составляет нескончаемый перечень таких необратимых процессов.

Понятно, что, помимо детерминированных процессов, некоторые фундаментальные явления, такие, например, как биологическая эволюция или эволюция человеческих культур, должны содержать некий вероятностный элемент. Даже ученый, глубоко убежденный в правильности детерминированных описаний, вряд ли осмелится утверждать, что в момент Большого взрыва, т. е. возникновения известной нам Вселенной, дата выхода в свет нашей книги была начертана на скрижалях законов природы. Классическая физика рассматривала фундаментальные процессы как детерминированные и обратимые. Процессы, связанные со случайностью или необратимостью, считались досадными исключениями из общего правила. Сейчас мы видим, насколько важную роль играют повсюду необратимые процессы и флюктуации.

Хотя западная наука была стимулом к необычайно творческого диалога между человеком и природой, некоторые последствия влияния естественных наук на общечеловеческую культуру далеко не всегда носили позитивный характер. Например, противопоставление "двух культур" в значительной мере обусловлено конфликтом между вневременным подходом классической науки, который доминировал в подавляющем большинстве социальных и гуманитарных наук. Но за последние десятилетия в естествознании произошли значительные перемены, столь же неожиданные, как рождение геометрии или грандиозная картина мироздания, нарисованная в "Математических началах натуральной философии" И. Ньютона. Мы все глубже осознаем, что на всех уровнях - от элементарных частиц до космологии - случайность и необратимость играют важную роль, значение которой возрастает по мере расширения наших знаний. Наука вновь открывает для себя время. Описания этой концептуальной революции и посвящена наша книга.

Революция, о которой идет речь, происходит на всех уровнях: на уровне элементарных частиц, в космологии, на уровне так называемой макроскопической физики, охватывающей физику и химию атомов или молекул, рассматриваемых либо индивидуально, либо глобально, как это делается, например, при изучении жидкостей или газов. Возможно, что именно на макроскопическом уровне концептуальный переворот в естествознании прослеживается наиболее отчетливо. Классическая динамика и современная химия подвергаются в наше время период качественных изменений. Если бы несколько лет назад мы спросили физика, какие явления позволяет объяснить его наука и какие проблемы остаются открытыми, он, вероятно, ответил бы, что мы еще не достигли адекватного понимания элементарных частиц или космологической эволюции, но распоряжаемся достаточно удовлетворительными знаниями о процессах, которые проходят в масштабах, промежуточных между субмікроспічними и космологическими уровнями. Ныне меньшинство исследователей, к которым принадлежат авторы этой книги и которых с каждым днем становится все больше, не разделяют подобного оптимизма: мы лишь начинаем понимать уровень природы, на котором живем, и именно этому уровню в нашей книге уделено основное внимание.

Для правильной оценки концептуального перевооружения физики, которое происходит, необходимо рассмотреть этот процесс в надлежащей исторической перспективе. История науки - это отнюдь не линейная развертка серии последовательных приближений к некоторой последовательной истины. История науки богата на противоречия, неожиданные повороты. Значительную часть нашей книги мы посвятили схеме исторического развития западной науки, начиная с И. Ньютона, то есть с событий трехвековой давности. Историю науки мы стремились вписать в историю мысли, с тем чтобы интегрировать ее с эволюцией западной культуры на протяжении последних трех веков. Только так мы можем за положительными качествами оценить неповторимость того момента, в который нам выпало жить.

В научном наследстве, которое нам досталось, есть два фундаментальных вопроса, на которые нашим предшественникам не удалось найти ответ. Один из них - вопрос об отношении хаоса и порядка. Известный закон возрастания энтропии описывает мир как непрестанно эволюционирует 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? В ответе на этот вопрос сейчас удалось пройти достаточно далеко. Теперь нам известно, что нерівноваженість - поток вещества или энергии - может быть источником порядка.

Но есть и другое, еще более фундаментальное вопросы. Классическая или квантовая физика описывает мир как обратимый во времени, статический.

В их описании нет места эволюции ни к порядку, ни к хаосу.

Информация, которая изымается из динамики, остается постоянной во времени. Налицо явное противоречие между статической картиной динамики и эволюционной парадигмой термодинамики. Что такое необратимость? Что такое энтропия? Вряд ли найдутся другие вопросы, которые бы так же часто обсуждались в ходе развития науки. Лишь теперь мы начинаем достигать той степени понимания и того уровня знаний, которые позволяют в той или иной мере ответить на эти вопросы. Порядок и хаос - сложные понятия. Единицы, используемые в статистическом описании, который дает динамика, отличаются от единиц, которые требуются для создания эволюционной парадигмы, что характеризуется ростом энтропии. Переход от одних единиц к другим приводит к новому пониманию материи. Материя становится "активной", она порождает необратимые процессы, а они в свою очередь, организуют материю.

От мысли классической науки удалось избавиться современной науке? Как правило, от тех, что были сосредоточены вокруг базисной тезиса, согласно которому на определенном уровне мир устроен просто и подчиняется обратимым во времени фундаментальным законам. Похожая позиция в настоящее время является очень примитивной. Разделять такую позицию означает уподобляться тем, кто видит в зданиях лишь нагромождение кирпича. Но с той же кирпичей можно построить и фабричный корпус, и дворец, и храм. Лишь рассматривая здание как единое целое, мы можем воспринимать его как продукт эпохи, культуры, общества, стиля. Есть еще одна вполне очевидная проблема: поскольку мир, который нас окружает, никем не создан, перед нами возникает необходимость дать такое описание его мельчайших "кирпичиков" (т. е. микроскопической структуры мира), который бы объяснил процесс самосозидания.

Применен классической наукой поиск истины сам по себе не может быть прекрасным примером той раздвоенности, которая четко прослеживается на протяжении всей истории западноевропейской мысли. Традиционно неизменный мир идей считался, если воспользоваться выражением Платона, "просветленным солнцем умодосяжним". В том самом смысле научную рациональность было принято усматривать лишь в вечных и неизменных законах. Все временное и преходящее рассматривалось как иллюзия. Ныне подобные взгляды считаются ошибочными. Мы выяснили, что в природе существенную роль играет далеко не иллюзорная, а вполне реальная необратимость, лежащая в основе большинства процессов самоорганизации. Обратимость и жесткий детерминизм, в мире что нас окружает, применяются только в простых предельных случаях. Необратимость и случайность отныне рассматриваются не как исключение, а как общее правило.

В наши дни основной акцент научных исследований переместился с субстанции на отношение, связь, время.

Такая резкая смена перспективы абсолютно не является результатом принятия необоснованного решения. В физике нас принуждают к нему непредсказуемые открытия. Кто же мог ожидать, что многие (если даже не все) элементарные частицы окажутся нестабильными? Кто бы мог подумать, что с экспериментальным подтверждением гипотезы о Вселенной, которая расширяется, у нас возникнет возможность прослеживать историю мира, что нас окружает, как единого целого?

До конца XX века. мы научились глубже понимать смысл двух великих революций в естествознании, которые оказывают решающее влияние на формирование современной физики: создание квантовой механики и теории относительности.

Обе революции начались с попыток исправить классическую механику путем введения в нее только что изобретенных универсальных постоянных. Ныне ситуация изменилась. Квантовая механика дала нам теоретическую основу для описания бесконечных преобразований одних частиц в другие. Аналогично общая теория относительности стала тем фундаментом, опираясь на который мы можем проследить тепловую историю Вселенной на ее ранних стадиях.

По своему характеру наша Вселенная плюралистический, комплексный. Структуры могут исчезать, но могут и возникать. Одни процессы на определенном уровне знаний допускают описание с помощью детерминированных уравнений, другие требуют применения вероятных соображений.

Как можно преодолеть явное противоречие между детерминированным и случайным? Ведь мы живем в едином мире. Как будет показано далее, мы только теперь начинаем заслуженно оценивать значение всего ряда проблем, связанных с необходимостью и случайностью. Кроме того, мы предоставляем совершенно другого, а иногда вовсе противоположному, чем классическая физика, значение разным наблюдением и описанным нами явлениям. Мы уже упоминали о том, что по традиции, которая существовала ранее, фундаментальные процессы было принято считать детерминированными и обратимыми, а процессы, так или иначе связанные со случайностью или необратимостью, трактовать как исключения из общего правила. Сейчас мы повсюду видим, насколько важную роль играют необратимые процессы, флуктуации. Модели, рассмотрением которых занималась классическая физика, соответствуют, как мы теперь понимаем, лишь предельным ситуациям. их можно создавать искусственно, поместив систему в ящик и дождавшись, пока она не достигнет состояния равновесия.

Искусственное может быть детерминированным и обратимым. Естественное непременно содержит элементы случайности и необратимости. Это замечание приводит нас к новому взгляду на роль материи во Вселенной. Материя - не пассивная субстанция, описываемая в рамках механистической картины мира, ей также свойственна спонтанная активность. Отличие нового взгляда на мир от традиционного такая глубокая, что, как уже упоминалось в предисловии, мы можем с полным основанием говорить о новом диалоге человека с природой.

Два потомки теории теплоты по прямой линии - наука о превращении энергии из одной формы в другую и теория тепловых машин - совместными усилиями привели к созданию первой "неклассической науки" - термодинамики. 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 одностороннего направленного времени было частью более широкого движения западноевропейской мысли. XIX ст. по праву может быть назван веком эволюции: биология, геология и социология уделять все большее внимание изучению процессов возникновения новых структурных элементов, увеличения тяжести. В отношении термодинамики, то в ее основе лежит различие между двумя типами процессов: обратимыми процессами, не зависящими от направления времени, и необратимыми процессами, зависимыми от направления времени. С примерами обратимых и необратимых процессов мы ознакомимся в дальнейшем. Понятие энтропии для того и было введено, чтобы отличать обратимые процессы от необратимых: энтропия возрастает только в результате необратимых процессов.

в Течение XIX века. в центре внимания было исследование конечного состояния термодинамической эволюции. Термодинамика XIX века. была равновесной термодинамикой. На неравновесные процессы смотрели как на второстепенные детали, возмущения, мелкие несущественные подробности, не заслуживающие неспеціальне изучения. В настоящее время ситуация полностью изменилась. Сейчас мы знаем, что вдали от равновесия могут спонтанно возникать новые типы структур. В сильно неравновесных условиях может совершаться переход от беспорядка, теплового хаоса, к порядку. Могут возникать новые динамические состояния материи, отражающие взаимодействие системы с окружающей средой. Эти новые структуры мы назвали диссипативными, стремясь подчеркнуть конструктивную роль диссипативных процессов в их образовании.

В нашей книге приведены некоторые из методов, разработанных в последние годы для описания того, как возникают и эволюционируют диссипативные структуры. При изложении их мы впервые встретимся с такими ключевыми словами, как "нелинейность", "неустойчивость" "флуктуация", что проходят через всю книгу, как лейтмотив. Эта триада стала проникать в наши взгляды на мир и за пределами физики и химии.

При обсуждении противоположности между естественными и гуманитарными науками мы процитировали слова Исайи Берлина. Специфическое и уникальное Берлин противопоставлял том, что повторяется, и общем. Замечательная особенность рассматриваемых нами процессов заключается в том, что при переходе от равновесных условий к сильно неравновесным мы переходим от того, что повторяется, и общего к уникальному и специфическому.

Действительно, законы равновесия имеют большую общность: они универсальны. Что же касается поведения материи вблизи состояния равновесия, то ему свойственна "повторяемость". В то же время вдали от равновесия начинают действовать различные механизмы, соответствующие возможности возникновения диссипативных структур различных типов. Например, вдали от равновесия мы можем наблюдать возникновение химического часов - химических реакций с характерной когерентною периодическим изменением концентрации реагентов. Вдали от равновесия наблюдаются также процессы самоорганизации, приводящие к образованию неоднородных структур - неравновесных кристаллов.

Следует особо подчеркнуть, что такое поведение сильно неравновесных систем довольно неожиданная. Действительно, каждый из нас интуитивно представляет себе, что химическая реакция протекает примерно так: молекулы "плавают" в пространстве, сталкиваются и, перестраиваясь в результате столкновения, превращаются в новые молекулы. Хаотическое поведение молекул можно уподобить картине, которую рисуют атомісти, описывая движение пылинок, танцующих в воздухе. Но в случае химического часов мы сталкиваемся с химической реакцией, которая протекает совсем не так, как нам подсказывает интуиция. Несколько упрощая ситуацию, можно утверждать, что в случае химического часов все молекулы изменяют свое химическое тождество одновременно, через правильные промежутки времени. Если представить себе, что молекулы исходного вещества и продукта реакции окрашены соответственно в синий и красный цвета, то мы увидели бы, как изменяется их цвет в ритме химического часов.

Понятно, что такую периодическую реакцию невозможно описать, ввиду интуитивные представления о хаотической поведение молекул. Возник порядок нового, ранее неизвестного плетня. В этом случае уместно говорить о новой когерентность, механизм "коммуникации" между молекулами. Но связь такого типа может возникать только в сильно неравновесных условиях. Интересно отметить, что подобная связь очень распространен в мире живого. Его существование можно принять за саму основу определения биологической системы.

Необходимо также добавить, что тип дисипативної структуры в значительной мере зависит от условий ее образования. Существенную роль в отборе механизма самоорганизации могут играть внешние поля, например, гравитационное поле Земли или магнитное поле.

Мы начинаем понимать, каким образом, исходя из химии, можно построить сложные структуры, сложные формы, в том числе такие, которые способны стать предшественниками живого. В сильно неравновесных явлениях достоверно установлено весьма важное и неожиданное свойство материи: впредь физика с оправданной основанием может описывать структуры как формы адаптации системы к внешним условиям. Со своего рода механизмом передбіологічної адаптации мы встречаемся в простейших химических системах. Антропоморфной языке можно сказать, что в состоянии равновесия материя "слепая", тогда как в сильно неравновесных условиях она обретает способность воспринимать различия во внешнем мире (например, слабые гравитационные и электрические поля) и "учитывать" их в своем функционировании.

Разумеется, проблема возникновения жизни и теперь остается весьма сложной, и мы не ожидаем в недалеком будущем какого-нибудь простого ее решения. Однако при нашем подходе жизнь перестает противостоять "обычным" законам физики, бороться против них, чтобы избежать предполагаемой судьбы - гибели. Наоборот, жизнь предстает перед нами как своеобразное проявление тех самых условий, в которых находится наша биосфера, в том числе нелинейности химических реакций и сильно неравновесных условий, налагаемых на биосферу солнечной радиацией.

Мы подробно обсуждаем понятия, что даст возможность описывать образование диссипативных структур, например понятия теории бифуркаций. Нужно отметить, что вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации. Такие системы как будто "колеблющихся" перед выбором одного из нескольких путей эволюции, и знаменитый закон больших чисел, если понимать его как обычно, перестает действовать. Небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы. Неуклонно напрашивается аналогия с социальными явлениями и даже с историей. Далеки от мысли сравнивать случайность и необходимость, мы считаем, что оба аспекта играют важную роль в описании нелинейных сильно неравновесных систем.

Резюмируя, можно сказать, что в двух первых частях нашей книги мы рассматриваем два противоположных взгляда на физический мир: статистический подход классической динамики и эволюционный взгляд, основанный на использовании понятия энтропии. Конфронтации между такими противоположными подходами не избежать. ее долго сдерживал традиционный взгляд на оборачиваемость как на иллюзию сближения. Время в оставленный без времени Вселенную ввел человек. Для нас неприемлемо такое решение проблемы обратимости, при котором необратимость приближается к иллюзии или является следствием тех или иных приближений, поскольку, как мы теперь знаем, необратимость может быть источником порядка, когерентности, организации.

Конфронтация частичного подхода классической механики и эволюционного подхода стала неизбежной. Остром столкновение этих двух противоположных подходов к описанию мира посвящена третья часть нашей книги. В ней мы подробно рассматриваем традиционные попытки решения проблем необратимости, примененные сначала в классической, а затем и квантовой механике. Особую роль при этом сыграли пионерские работы Больцмана и Гиббса. Однако мы можем с полным основанием утверждать, что проблема необратимости под многими углами зрения осталась нерешенной.

Ныне мы можем с большей точностью судить об истоках понятия времени в природе, и это обстоятельство приводит к далеко идущим последствиям. Необратимость вводится в макроскопический мир вторым началом термодинамики - законом неспадання энтропии. Теперь мы понимаем второе начало термодинамики и на микроскопическом уровне. Как будет показано далее, второе начало термодинамики выполняет функции правила отбора - ограничения начальных условий, распространяющиеся в последующие моменты времени по законам динамики. Тем самым второе начало вводит в наше описание природы новый, который не сводится к чему-нибудь элемент. Второе начало термодинамики не противоречит динамике, но не может быть выведено из нее.

Уже Больцман понимал, что между вероятностью и необратимостью должен существовать тесная связь. Различие между прошлым и будущим и, следовательно, необратимость могут входить в описание системы только в том случае, если система ведет себя достаточно випадно. Наш анализ подтверждает эту мысль. Действительно, что такое "стрела" времени в детермінічному описании природы? В чем ее значение? Если будущее как-то содержится в настоящем, в котором вложенное и прошлое, то что, собственно, означает "стрела" времени? "Стрела" времени является проявлением того факта, что будущее не задано, т. е. того, что, по словам французского поэта Поля Валери, "время является конструкцией".

Наш повседневный жизненный опыт показывает, что между временем и пространством есть коренное отличие. Мы можем передвигаться из одной точки пространства в другую, но не в состоянии повернуть время вспять. Мы не можем переставить прошлое и будущее. Как мы увидим в дальнейшем, это ощущение невозможности обратить время приобретает теперь точного научного значения. Допустимые состояния отделены от состояний, за вторым законом термодинамики, бесконечно широким ентропийним (барьером). В физике есть много других барьеров. Одним из них является скорость света. По современным представлениям, сигналы не могут распространяться быстрее скорости света. Существование этого барьера весьма важно: если бы его не было, причинность рассыпалась бы в прах. Аналогично энтропий-ный барьер является предпосылкой, позволяющей дать точный физический смысл (содержание) связи. Представьте себе, что случилось бы, если бы наше будущее стало прошлым каких-то других людей! <...>

Но, возможно, самый важный прогресс заключается в том, что проблема строения, порядка возникает теперь перед нами в иной перспективе. "Информация" в том виде, в котором она поддается определению в терминах динамики, остается постоянной по времени. Это звучит парадоксально. Если мы смешаем две жидкости, то никакой "эволюции" при этом не произойдет, хотя разделить их, не прибегая к помощи какого-либо внешнего устройства, не представляется возможным. Наоборот, закон неспадання энтропии описывает перемешивание двух жидкостей как эволюцию к "хаоса", или "беспорядок", - до наиболее вероятного состояния. Теперь мы имеем все необходимое для того, чтобы доказать взаимную непротиворечивость обоих описаний: говоря об информации или порядок, необходимо каждый раз переопределять единицы, которые мы определяем. Важный новый факт заключается в том, что теперь мы можем установить точные правила перехода от единиц одного типа к единицам другого типа. Иначе говоря, нам удалось получить микроскопическое формулировку эволюционной парадигмы, выражаемой вторым началом термодинамики. Этот вывод представляется нам важным, ведь эволюционная парадигма охватывает всю химию, а также существенные части биологии и социальных наук. Истина открылась нам недавно. Процесс пересмотра основных понятий, что происходит сейчас в физике, еще далек от завершения. Наша цель заключается вовсе не в том, чтобы осветить признанные достижения науки, ее стабильные и достоверно установленные результаты. Мы хотим привлечь внимание читателя к новых понятий, которые возникли в ходе научной деятельности, ее перспектив и новых проблем. Мы отчетливо осознаем, что находимся лишь в самом начале нового этапа научных исследований.

Мы считаем, что находимся на пути к новому синтезу, новой концепции природы. Возможно, когда-нибудь нам удастся слить воедино западную традицию, которая придает первостепенное значение експериментації и количественным формулировкам, и такую традицию, как китайская, с ее представлениями о спонтанно изменяющийся мир. В начале вступления мы привели слова Жака Моно о одиночестве человека во Вселенной. Вывод, к которому он приходит, гласит: "Древний союз [человека и природы] разрушен. Человек наконец сознает свое одиночество в равнодушной бездне Вселенной, из которой она возникла по воле случая".

Моно, очевидно, прав. Древний союз разрушен полностью. Но мы усматриваем свое предназначение не в том, чтобы плакать по прошлому, а в том, чтобы в невероятном разнообразии современных естественных наук попытаться найти путеводную нить, ведущую к какой-то единой картины мира. Для классической науки такой моделью были часы, для XIX века. - периода промышленной революции - паровой двигатель. Что станет символом для нас? Наш идеал, пожалуй, наиболее полно выражает скульптора - от искусства древней Индии или Центральной Америки до Колумбової суток, до современного искусства. В некоторых наиболее совершенных образцах скульптуры, например в фигуре танцующего Шивы или в миниатюрных моделях храмов Герреро, отчетливо чувствуется поиск трудноуловимого перехода от покоя к движению, от времени остановившегося к времени текущему. Мы уверены в том, что именно эта конфронтация определяет неповторимое своеобразие нашего времени. <...>

Связав ентротопію с динамической системой, мы тем самым возвращаемся к концепции Больцмана: возможность (вероятность) достигает максимума в состоянии равновесия. Структурные единицы, которые мы используем при описании тердинамічної эволюции, в состоянии равновесия ведут себя хаотично. В отличие от этого в слабо неравновесных условиях возникают корреляция и когерентность.

Теперь мы подходим к одному из наших главных выводов: на всех уровнях, будь то уровень макроскопической физики, уровень флуктуаций или микроскопический уровень, источником порядка является неравенство. Неравенство, то есть то, что порождает "порядок из хаоса". Но, как мы уже упоминали, понятие порядка (или беспорядка) сложнее, чем можно было бы думать. Только в крайних случаях, например, в розрідженних газах, оно обретает простого содержания в соответствии с пионерских работ Больцмана.

Сейчас наша уверенность в "рациональности" природы частично подвергается сомнению в результате быстрого роста естествознания в наше время. Как было отмечено в "Предисловие", наше видение природы претерпело существенных изменений. Ныне мы учитываем такие изменения, как множественность, зависимость от времени и сложность. Некоторые изменения, произошедшие в наших взглядах на мир, описанные в этой книге.

Мы искали общие, всеохватывающие схемы, которые допускали бы описание на языке вечных законов, но обнаружили время, события, частицы, подвергаются различным преобразованиям. Занимаясь поиском симметрии, мы с удивлением заметили на всех уровнях - от элементарных частиц до биологии и экологии - процессы, сопровождаются нарушением симметрии. Мы описали в нашей книге столкновение между динамикой с присущей ей симметрией во времени и термодинамикой, для которой характерна односторонняя направленность времени.

На наших глазах возникает новое единство: необратимость есть источником порядка на всех уровнях. Необратимость является тем механизмом, который создает порядок из хаоса.