Шарлатан илья пригожин. Реферат: Рецензия на книгу Порядок из хаоса

Авторы книги «Порядок из хаоса» показывают, что в машинный век традиционная наука уделяет основное внимание устойчивости, порядку, однородности и равновесию. Она изучает главным образом замкнутые системы и линейные соотношения, в которых малый сигнал на входе вызывает малый отклик на выходе. Пригожинская парадигма особенно интересна тем, что она акцентирует внимание на аспектах реальности, наиболее характерных для современной стадии ускоренных социальных изменений: разупорядоченности, неустойчивости, разнообразии, неравновесности, нелинейных соотношениях, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе.

Работы Пригожина, образуют новую, всеобъемлющую теорию. В сильно упрощенном виде суть этой теории сводится к следующему. Некоторые части Вселенной действительно могут действовать как механизмы. Таковы замкнутые системы, но они в лучшем случае составляют лишь малую долю физической Вселенной. Большинство же систем, представляющих для нас интерес, открыты - они обмениваются энергией или веществом (можно было бы добавить: и информацией) с окружающей средой. К числу открытых систем, без сомнения, принадлежат биологические и социальные системы, а это означает, что любая попытка понять их в рамках механистической модели заведомо обречена на провал.

Пригожим И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. - М.: Прогресс, 1986. - 432 с.

Скачать краткий конспект в формате или

Если воспользоваться терминологией Пригожина, то можно сказать, что все системы содержат подсистемы, которые непрестанно флуктуируют. Иногда отдельная флуктуация или комбинация флуктуаций может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент (в точке бифуркации) принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности

Факты, обнаруженные и понятые в результате изучения сильно неравновесных состояний и нелинейных процессов, в сочетании с достаточно сложными системами, наделенными обратными связями, привели к созданию совершенно нового подхода, позволяющего установить связь фундаментальных наук с «периферийными» науками о жизни и, возможно, даже понять некоторые социальные процессы. (Факты, о которых идет речь, имеют не меньшее, если не большее, значение для социальных, экономических или политических реальностей. Такие слова, как «революция», «экономический кризис», «технологический сдвиг» и «сдвиг парадигмы», приобретают новые оттенки, когда мы начинаем мыслить о соответствующих понятиях в терминах флуктуации, положительных обратных связей, диссипативных структур, бифуркаций и прочих элементов концептуального лексикона школы Пригожина.)

Подчеркивая, что необратимое время не аберрация, а характерная особенность большей части Вселенной, Пригожин и Стенгерс подрывают самые основы классической динамики. Для авторов выбор между обратимостью и необратимостью не является выбором одной из двух равноправных альтернатив. Обратимость (по крайней мере если речь идет о достаточно больших промежутках времени) присуща замкнутым системам, необратимость - всей остальной части Вселенной.

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. Каким образом из хаоса может возникнуть структура? Неравновесность - поток вещества или энергии - может быть источником порядка. Но существует и другой, еще более фундаментальный вопрос. Классическая или квантовая физика описывает мир как обратимый, статичный. Налицо явное противоречие между статической картиной динамики и эволюционной парадигмой термодинамики. Что такое необратимость? Что такое энтропия?

ВВЕДЕНИЕ. ВЫЗОВ НАУКЕ

От каких предпосылок классической науки удалось избавиться современной науке? Как правило, от тех, которые были сосредоточены вокруг основополагающего тезиса, согласно которому на определенном уровне мир устроен просто и подчиняется обратимым во времени фундаментальным законам. Подобная точка зрения представляется нам сегодня чрезмерным упрощением. Поскольку окружающий нас мир никем не построен, перед нами возникает необходимость дать такое описание его мельчайших «кирпичиков» (т.е. микроскопической структуры мира), которое объясняло бы процесс самосборки.

Мы обнаружили, что в природе существенную роль играет далеко не иллюзорная, а вполне реальная необратимость, лежащая в основе большинства процессов самоорганизации. Обратимость и жесткий детерминизм в окружающем нас мире применимы только в простых предельных случаях. Необратимость и случайность отныне рассматриваются не как исключение, а как общее правило.

По своему характеру наша Вселенная плюралистична, комплексна. Структуры могут исчезать, но могут и возникать. Одни процессы при существующем уровне знаний допускают описание с помощью детерминированных уравнений, другие требуют привлечения вероятностных соображений. По существовавшей ранее традиции фундаментальные процессы было принято считать детерминированными и обратимыми, а процессы, так или иначе связанные со случайностью или необратимостью, трактовать как исключения из общего правила. Ныне мы повсюду видим, сколь важную роль играют необратимые процессы, флуктуации. Модели, рассмотрением которых занималась классическая физика, соответствуют, как мы сейчас понимаем, лишь предельным ситуациям. Их можно создать искусственно, поместив систему в ящик и подождав, пока она не придет в состояние равновесия. Искусственное может быть детерминированным и обратимым. Естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости. Это замечание приводит нас к новому взгляду на роль материи во Вселенной. Материя - более не пассивная субстанция, описываемая в рамках механистической картины мира, ей также свойственна спонтанная активность.

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». Понятие энтропии для того и было введено, чтобы отличать обратимые процессы от необратимых: энтропия возрастает только в результате необратимых процессов. Замечательная особенность рассматриваемых нами процессов заключается в том, что при переходе от равновесных условий к сильно неравновесным мы переходим от повторяющегося и общего к уникальному и специфичному.

В двух первых частях нашей книги мы рассматриваем два противоборствующих взгляда на физический мир: статический подход классической динамики и эволюционный взгляд, основанный на использовании понятия энтропии. Конфронтация вневременного подхода классической механики и эволюционного подхода стала неизбежной. Острому столкновению этих двух противоположных подходов к описанию мира посвящена третья часть нашей книги.

Имеется ли в структуре динамических систем нечто специфическое, позволяющее им «отличать» прошлое от будущего? Какова необходимая для этого минимальная сложность? Уже Больцман понимал, что между вероятностью и необратимостью должна 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 случайным образом. Стрела времени является проявлением того факта, что будущее не задано.

Наш повседневный жизненный опыт показывает, что-между временем и пространством существует коренное различие. Мы можем передвигаться из одной точки пространства в другую, но не в силах повернуть время вспять. Мы не можем переставить прошлое и будущее. Как мы увидим в дальнейшем, это ощущение невозможности обратить время приобретает теперь точный научный смысл. Допустимые («разрешенные») состояния отделены от состояний, запрещенных вторым началом термодинамики, бесконечно высоким энтропийным барьером.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ИЛЛЮЗИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО

Глава 1. ТРИУМФ РАЗУМА

Ньютон не пытался объяснить гравитацию - существование всемирного тяготения было принято Ньютоном как неоспоримый факт. Аналогичным образом любая другая дисциплина должна строиться таким образом, чтобы за ее исходную точку был принят некоторый центральный необъяснимый факт. Ободренные авторитетом Ньютона медики сочли возможным обновить виталистскую концепцию и говорить о «жизненной силе», использование которой придало бы описанию жизненных явлений столь желанную последовательность и систематичность. Этой же цели призвано служить сродство - особая, сугубо химическая сила, якобы проявляющаяся при взаимодействии молекул.

Все остальное - не более чем изящная словесность (причем зачастую словесность ньютоновская): гармония, безраздельно царящая в мире звезд, избирательное сродство и столь же избирательная враждебность, порождающие видимость «общественной жизни» химических соединений, представали как явления, распространяющиеся и на человеческое общество. Неудивительно поэтому, что тот период казался золотым веком классической науки. Не подлежит сомнению, однако, что золотой век классической науки миновал. Ныне мы начинаем более отчетливо видеть пределы ньютоновской рациональности. Возникает новая, более последовательная концепция науки и природы.

Новое начало. В первой части нашей книги мы описали, с одной стороны, диалог с природой, который сделала возможным классическая наука, а с другой стороны, ненадежное положение науки в системе культуры в целом. Существует ли вывод из создавшегося довольно затруднительного положения? В этой главе мы обсудили некоторые попытки достижения альтернативных способов познания. Мы рассмотрели также позитивистскую точку зрения, которая отделяет науку от реальности.

Для древних природа была источником мудрости. Средневековая природа говорила о боге. В новые времена природа стала настолько безответной, что Кант счел необходимым полностью разделить науку и мудрость, науку и истину. Этот раскол существует на протяжении двух последних столетий. Настала пора положить ему конец. Что касается науки, то она созрела для этого. Первым шагом к возможному воссоединению знания, как нам сейчас представляется, стало создание в XIX в. теории теплоты, открытие законов, или «начал», термодинамики. Именно термодинамика претендует на роль хронологически первой «науки о сложности».

ЧАСТЬ ВТОРАЯ. НАУКА О СЛОЖНОСТИ

Глава 4. Энергия и индустриальный век

Тепло - соперник гравитации. С момента появления теории теплопроводности математика, физика и ньютоновская наука перестали быть синонимами. В физике сосуществуют две универсалии: тепло и гравитация. Более того, как был вынужден признать позднее Конт, эти две универсалии - антагонисты. Гравитация действует на инертную массу, которая подчиняется гравитации, не испытывая ее действия иным путем, кроме как через движение, которое приобретает или передает. Тепло преобразует вещество, определяет изменения состояния и вызывает изменения внутренних свойств. Закон Фурье описывает постепенное установление равновесия. Теплопроводность приводит к все большему выравниванию распределения температуры до тех пор, пока распределение во всем теле не станет однородным. Всякий знает, что выравнивание температуры - процесс необратимый.

Принцип сохранения энергии. В 1847 г. Джоуль понял, что связи, обнаруженные между выделением или поглощением тепла, электричеством и магнетизмом, протеканием химических реакций, а также биологическими объектами, носят характер «превращения». Идея превращения, опирающаяся на постулат о количественном сохранении «чего-то» при его качественных изменениях, обобщает то, что происходит при механическом движении. Как мы уже знаем, полная энергия сохраняется, в то время как потенциальная энергия переходит, превращается в кинетическую, и наоборот. Джоуль определил общий эквивалент для физико-химических трансформаций, что позволило измерить сохраняющуюся величину. Впоследствии эта величина стала известна как «энергия». Сохранение энергии при самых различных преобразованиях, претерпеваемых физическими, химическими и биологическими системами, стало путеводным принципом в исследовании новых процессов. Самый важный вклад термодинамики в естествознание - понятие необратимости.

Тепловые машины и стрела времени. Мир космология Томсона описывала как машину, в которой тепло превращается в движение лишь ценой определенных необратимых потерь и бесполезной диссипации (рассеивания). Соответственно уменьшались различия в природе, способные производить механический эффект. Мир использует эти различия при переходе от одного превращения к другому и стремится к конечному состоянию теплового равновесия - «тепловой смерти».

Рождение энтропии. В 1865 г. Клаузиус ввел новое понятие - энтропия. Первоначально Клаузиус намеревался четко разграничить понятия сохранения и обратимости. В отличие от механических превращений, для которых обратимость и сохранение совпадают, при физико-химическом превращении энергия может сохраняться даже в том случае, если преобразование необратимо. Это, в частности, относится к трению, когда движение превращается в тепло, нам необходимо выйти за рамки закона сохранения энергии и найти способ, позволяющий выразить различие между «полезными» обменами энергией в цикле Карно и «диссипированной» энергией, теряемой необратимо. Именно такую возможность и предоставляет введенная Клаузиусом новая функция, получившая название «энтропия» и обычно обозначаемая буквой S .

Для изолированных систем будущее всегда расположено в направлении возрастания энтропии. Какая система может быть изолирована лучше, чем наша Вселенная? Эта идея легла в основу космологической формулировки первого и второго начал термодинамики, предложенной Клаузиусом в 1865 г.: энергия мира постоянна; энтропия мира стремится к максимуму. Возрастающая энтропия перестает быть синонимом потерь. Теперь она относится к естественным процессам внутри системы. Под влиянием этих процессов система переходит в термодинамическое «равновесие», соответствующее состоянию с максимумом энтропии.

Обратимые преобразования принадлежат классической науке в том смысле, что определяют возможность воздействия на систему, управления системой. Динамическим объектом можно управлять, варьируя начальные условия. Аналогичным образом термодинамическим объектом, определяемым в терминах обратимых преобразований, можно управлять, изменяя граничные условия. Необратимость проявляется в форме неуправляемых изменений, происходящих в тех случаях, когда система выходит из-под контроля.

Необратимые процессы можно рассматривать как последние остатки самопроизвольной внутренней активности, проявляемой природой, когда человек с помощью экспериментальных устройств пытается обуздать ее. Таким образом, «отрицательное» свойство - диссипация - показывает, что в отличие от динамических объектов термодинамические объекты управляемы не до конца. Иногда они «выходят из повиновения», претерпевая самопроизвольное изменение.

Рассмотрим приращение энтропии dS за короткий интервал времени dt . В случае идеальной и реальной тепловой машины ситуация совершенно различная. В первом случае dS можно полностью выразить через теплообмен между машиной и окружающей средой. Можно поставить специальные опыты, в которых система будет отдавать тепло вместо того, чтобы поглощать его. Соответствующее приращение энтропии при этом лишь изменит знак. Такую составляющую полного приращения энтропии мы обозначим d e S . Она обратима в том смысле, что может быть и положительной, и отрицательной. В реальных машинах мы сталкиваемся с совершенно иной ситуацией. В них, помимо обратимого теплообмена, происходят необратимые процессы: тепловые потери, трение и т.д. Они приводят к увеличению энтропии, или производству энтропии, внутри системы. Увеличение энтропии, которое мы обозначим d i S , не может изменять знак при обращении теплообмена с внешним миром. Как все необратимые процессы (например, теплопроводность), производство энтропии всегда происходит в одном и том же направлении. Иначе говоря, величина d i S может быть только положительной или обращаться в пуль в отсутствие необратимых процессов.

Для термодинамической системы все изменения не эквивалентны. В этом и состоит физический смысл разложения dS = d e S + d i S . Самопроизвольное изменение d i S , направленное к равновесию, отличается от изменения d e S , определяемого и управляемого варьированием граничных условий (например, температуры окружающей среды). В случае изолированной системы равновесие выступает в роли притягивающего множества, или «аттрактора», неравновесных состояний. Следовательно, наше первоначальное утверждение допускает обобщение: эволюция к состоянию-аттрактору отличается от всех других изменений, в особенности от изменений, обусловленных варьированием граничных условий.

В природе невозможны те процессы, при которых природа дает меньшее предпочтение конечному состоянию, чем начальному. Предельный случай представляют обратимые процессы; в них природа испытывает одинаковое предпочтение как к начальному, так и к конечному состоянию, и поэтому переход из одного состояния в другое может происходить в обоих направлениях. Сколь чуждым выглядит такой язык по сравнению с языком динамики! В динамике система изменяется вдоль заданной раз и навсегда траектории, не забывая начальную точку (так как начальные условия определяют всю траекторию при любых значениях времени). В случае же изолированной системы все неравновесные ситуации порождают эволюцию к равновесному состоянию одного и того же типа. К моменту достижения равновесия система забывает свои начальные условия, т.е. способ, которым она была приготовлена.

Мы сталкиваемся, таким образом, с двумя принципиально различными описаниями: динамикой, применимой к миру движения, и термодинамикой, наукой о сложных системах, наделенных внутренней способностью эволюционировать в сторону увеличения энтропии.

Принцип порядка Больцмана. Второе начало термодинамики содержит два принципиально важных элемента: 1) «негативный», выражающий запрет на некоторые процессы, т.е. их невозможность (тепло может распространяться от горячего источника к холодному, но не от холодильника к нагревателю); 2) «положительный», конструктивный. Второй элемент является следствием первого: запрет на некоторые процессы позволяет нам ввести функцию (энтропию), монотонно возрастающую для изолированных систем. Энтропия ведет себя как аттрактор для изолированных систем.

Проблемы перехода от микроскопического уровня к макроскопическому оказались необычайно плодотворными для физики в целом. Первым вызов принял Больцман. Тонкая физическая интуиция подсказывала ему, что необходимо выработать какие-то новые понятия, которые позволили бы обобщить физику траекторий, распространив ее на системы, описываемые термодинамикой. Следуя по стопам Максвелла, Больцман принялся искать концептуальные новации в теории вероятности.

Больцман первым понял, что необратимое возрастание энтропии можно было бы рассматривать как проявление все увеличивающегося молекулярного хаоса, постепенного забывания любой начальной асимметрии, поскольку асимметрия приводит к уменьшению числа комплексов по сравнению с состоянием, отвечающим максимальному значению вероятности Р . Придя к такому выводу, Больцман решил отождествить энтропию S с числом комплексов: каждое макроскопическое состояние энтропия характеризует числом способов, которым оно может быть достигнуто. Знаменитое соотношение Больцмана S= k* lnP выражает ту же идею количественно. Коэффициент пропорциональности k в этой форме - универсальная постоянная, известная под названием «постоянная Больцмана». Результаты Больцмана означают, что необратимое термодинамическое изменение есть изменение в сторону более вероятных состояний и что состояние–аттрактор есть макроскопическое состояние, соответствующее максимуму вероятности.

Забывание начальных условий возможно потому, что, как бы ни эволюционировала система, она, в конечном счете, перейдет в одно из микроскопических состояний, соответствующих макроскопическому состоянию хаоса и максимальной симметрии, поскольку именно такие макроскопические состояния составляют подавляющее большинство всех возможных микроскопических состояний. Коль скоро наиболее вероятное состояние достигнуто, система отклоняется от него лишь на небольшие расстояния и на короткие промежутки времени. Иначе говоря, система лишь флуктуирует около состояния–аттрактора.

Карно и Дарвин. Равновесные структуры можно рассматривать как результат статистической компенсации активности микроскопических элементов (молекул, атомов). На глобальном уровне равновесные структуры, по определению, инертны. По той же причине они «бессмертны»: коль скоро равновесная структура образовалась, ее можно изолировать и поддерживать бесконечно долго без дальнейшего взаимодействия с окружающей средой. Но при изучении биологической клетки или города мы сталкиваемся с совершенно другой ситуацией: эти системы не только открыты, но и существуют только потому, что они открыты. Их питают потоки вещества и энергии, которые поступают из внешнего мира. Мы можем изолировать кристалл, но если города и клетки отрезать от окружающей среды, они погибнут.

Как, например, совместить дарвиновскую эволюцию (статистический отбор редких событий) со статистическим исчезновением всех индивидуальных особенностей, всех редких событий, о котором говорит Больцман? Интерпретация Больцмана влечет за собой забывание начальных условий, «разрушение» начальных структур, тогда как дарвиновская эволюция ассоциируется с самоорганизацией, с неуклонно возрастающей сложностью.

Равновесная термодинамика была первым ответом физики на проблему сложности природы. Этот ответ получил свое выражение в терминах диссипации энергии, забывания начальных условий и эволюции к хаосу. Какое значение имеет эволюция живых существ в мире, описываемом термодинамикой и все более беспорядочном? Какова связь между термодинамическим временем, обращенным к равновесию, и временем, в котором происходит эволюция к все возрастающей сложности?

Глава 5. Три этапа в развитии термодинамики

Поток и сила. Приращение энтропии допускает разложение в сумму двух членов: члена d e S , связанного с обменом между системой и остальным миром, и члена d i S , описывающего производство энтропии вследствие необратимых процессов внутри системы. Второй член всегда положителен, за исключением термодинамического равновесия, когда он обращается в нуль. Для изолированной системы (d e S = 0 ) состояние равновесия соответствует состоянию с максимумом энтропии.

Могут ли химические процессы дать нам ключ к постижению различия между поведением кристалла и клетки? Нельзя не отметить принципиальное концептуальное различие между физикой и химией. В классической физике мы можем, по крайней мере, представлять себе обратимые процессы, такие, как движение маятника без трения. Пренебрежение необратимыми процессами в динамике всегда соответствует идеализации, но, по крайней мере, в некоторых случаях эта идеализация разумна. В химии все обстоит совершенно иначе. Процессы, изучением которых она занимается (химические превращения, характеризуемые скоростями реакций), необратимы. По этой причине химию невозможно свести к лежащей в основе классической или квантовой механики идеализации, в которой прошлое и будущее играют эквивалентные роли.

Линейная термодинамика. Линейная термодинамика описывает стабильное, предсказуемое поведение систем, стремящихся к минимальному уровню активности, совместимому с питающими их потеками. Из того, что линейная неравновесная термодинамика так же, как и равновесная термодинамика, допускает описание с помощью потенциала, а именно производства энтропии, следует, что и при эволюции к равновесию, и при эволюции к стационарному состоянию система «забывает» начальные условия. Каковы бы ни были начальные условия, система рано или поздно перейдет в состояние, определяемое граничными условиями.

Вдали от равновесия. До тех пор пока состояние-аттрактор определяется минимумом потенциала (например, производство энтропии), его устойчивость гарантирована. Правда, флуктуация может вывести систему из этого минимума. Но тогда второе начало термодинамики вынудит систему вернуться в исходный минимум. Таким образом, существование термодинамического потенциала делает систему «невосприимчивой» к флуктуациям. Располагая потенциалом, мы описываем «стабильный мир», в котором системы, эволюционируя, переходят в статичное состояние, установленное для них раз и навсегда. Но когда термодинамические силы, действуя на систему, становятся достаточно «большими» и вынуждают ее покинуть линейную область, гарантировать устойчивость стационарного состояния или его независимость от флуктуации было бы опрометчиво.

В таких состояниях определенные флуктуации вместо того, чтобы затухать, усиливаются и завладевают всей системой, вынуждая ее эволюционировать к новому режиму, который может быть качественно отличным от стационарных состояний, соответствующих минимуму производства энтропии. Такого рода явления хорошо известны в гидродинамике - теории течений. Например, давно известно, что при определенной скорости ламинарное течение может смениться турбулентным.

Долгое время турбулентность отождествлялась с хаосом или шумом. Сегодня мы знаем, что это не так. Хотя в макроскопическом масштабе турбулентное течение кажется совершенно беспорядочным, или хаотическим, в микроскопическом масштабе оно высокоорганизованно. Множество пространственных и временных масштабов, на которых разыгрывается турбулентность, соответствует когерентному поведению миллионов и миллионов молекул. С этой точки зрения переход от ламинарного течения к турбулентности является процессом самоорганизации. Принцип порядка Больцмана устанавливает связь энтропии с вероятностью (числом комплексов Р ). Применимо ли это соотношение в данном случае? Когерентное движение означает, что многие молекулы движутся почти с одинаковыми скоростями (разброс скоростей мал). Такому распределению соответствует столь малое число комплексов Р , что вероятность возникновения самоорганизации почти равна нулю. В сильно неравновесных условиях понятие вероятности, лежащее в основе больцмановского принципа порядка, становится неприменимым: наблюдаемые структуры не соответствуют максимуму комплексов. Тенденция к выравниванию и «забыванию» начальных условий перестает быть общей тенденцией.

Мы ввели новое понятие - диссипативная структура , чтобы подчеркнуть тесную и на первый взгляд парадоксальную взаимосвязь, существующую в таких ситуациях, с одной стороны, между структурой и порядком, а с другой - между диссипацией, или потерями.

За порогом химической неустойчивости. Еще раз подчеркнем, как сильно спонтанное образование пространственных структур противоречит законам равновесной физики и принципу порядка Больцмана. Число комплексов, соответствующих таким структурам, чрезвычайно мало по сравнению с числом комплексов, отвечающих равномерному распределению. Но неравновесные процессы могут приводить к ситуациям, кажущимся немыслимыми с классической точки зрения.

Первое знакомство с молекулярной биологией. Образование колоний коллективных амеб - типичный пример того, что можно было бы назвать «порядком через флуктуации»: возникновение «центра притяжения», испускающего циклическую АМФ, сигнализирует о потере устойчивости нормальной питательной среды, т.е. об исчерпании запаса питательных веществ. То, что при нехватке пищевого ресурса любая амеба может начать испускание химических сигналов - циклической АМФ - и, таким образом, стать «центром притяжения» для остальных амеб, соответствует случайному характеру флуктуации. В данном случае флуктуация усиливается и организует среду.

Бифуркации и нарушение симметрии. Рассмотрим более подробно, как возникает самоорганизация и какие процессы начинают происходить, когда ее порог оказывается превзойденным. В равновесном или слабо неравновесном состоянии существует только одно стационарное состояние, зависящее от значений управляющих параметров. Обозначим управляющий параметр через λ (им может быть, например, концентрация вещества В в брюсселяторе. Проследим за тем, как изменяется состояние системы с возрастанием значения В . Увеличивая концентрацию В, мы как бы уводим систему все дальше и дальше от равновесия. При некотором значении В мы достигаем порога устойчивости термодинамической ветви. Обычно это критическое значение называется точкой бифуркации .

Рассмотрим некоторые типичные бифуркационные диаграммы. В точке бифуркации В термодинамическая ветвь становится неустойчивой относительно флуктуации (рис. 1). При критическом значении λ С управляющего параметра λ система может находиться в трех различных стационарных состояниях: С , Е и D . Два из них устойчивы, третье неустойчиво. Очень важно подчеркнуть, что поведение таких систем зависит от их предыстории. Начав с малых значений управляющего параметра λ и медленно увеличивая их, мы с большой вероятностью опишем траекторию ABC . Наоборот, начав с больших значений концентрации Х и поддерживая постоянным значение управляющего параметра λ , мы с высокой вероятностью придем в точку D . Таким образом, конечное состояние зависит от предыстории системы. До сих пор история использовалась при интерпретации биологических и социальных явлений. Совершенно неожиданно выяснилось, что предыстория может играть роль и в простых химических процессах.

Рис. 1. Бифуркационная диаграмма. Стационарные значения переменной X представлены на диаграмме как функции параметра бифуркации λ . Сплошные линии соответствуют устойчивым, штриховые - неустойчивым стационарным состояниям. Чтобы достичь ветви D , необходимо выбрать начальную концентрацию Х 0 выше значений Х , соответствующую ветви Е .

Рассмотрим бифуркационную диаграмму, изображенную на рис. 2. От предыдущей диаграммы она отличается тем, что в точке бифуркации появляются два устойчивых решения. В связи с этим, естественно, возникает вопрос: по какому пути пойдет дальнейшее развитие системы после того, как мы достигнем точки бифуркации? У системы имеется «выбор»: она может отдать предпочтение одной из двух возможностей, соответствующих двум неравномерным распределениям концентрации X в пространстве.

Рис. 2. Симметричная бифуркационная диаграмма. X как функция параметра бифуркации λ . При λ < λ С существует только одно стационарное состояние, которое устойчиво. При λ > λ С существуют два стационарных состояния при любом значении X (прежнее устойчивое стационарное состояние теряет устойчивость).

Каскады бифуркаций и переходы к хаосу. В некоторых случаях последовательность бифуркаций приводит к необратимой эволюции и детерминированность характеристических частот порождает все бо льшую случайность, обусловленную огромным числом частот, участвующих в процессе. Сравнительно недавно внимание ученых привлек необычайно простой путь к хаосу, получивший название последовательность Фейгенбаума. Обнаруженная Фейгенбаумом закономерность относится к любой системе, поведение которой характеризуется весьма общим свойством, а именно: в определенной области значений параметров система действует в периодическом режиме с периодом Т ; при переходе через порог период удваивается и становится равным 2Т , при переходе через следующий порог период в очередной раз удваивается и становится равным 4Т и т.д. Таким образом, система характеризуется последовательностью бифуркаций удвоения периода. Последовательность Фейгенбаума - один из типичных маршрутов, ведущих от простого периодического режима к сложному апериодическому, наступающему в пределе при бесконечном удвоении периода. Фейгенбаум открыл, что этот маршрут характеризуется универсальными постоянными, значения которых не зависят от конкретных особенностей механизма, коль скоро система обладает качественным свойством удвоения периода. (Подробнее о работе Фейгенбаума см. .)

При значении управляющего параметра порядка λ С система может находиться в большом числе устойчивых и неустойчивых режимов, «историческая» траектория, по которой эволюционирует система при увеличении управляющего параметра характеризуется чередованием устойчивых областей, где доминируют детерминистические законы, и неустойчивых областей вблизи точек бифуркации, где перед системой открывается возможность выбора одного из нескольких вариантов будущего. И детерминистический характер кинетических уравнений, позволяющих вычислить заранее набор возможных состояний и определить их относительную устойчивость, и случайные флуктуации, «выбирающие» одно из нескольких возможных состояний вблизи точки бифуркации, теснейшим образом взаимосвязаны. Эта смесь необходимости и случайности и составляет «историю» системы.

От Евклида к Аристотелю. Одной из наиболее интересных особенностей диссипативных структур является их когерентность. Система ведет себя как единое целое и как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил. Несмотря на то что силы молекулярного взаимодействия являются короткодействующими (действуют на расстояниях порядка 10 –8 см), система структурируется так, как если бы каждая молекула была «информирована» о состоянии системы в целом. Жизнь - результат спонтанной самоорганизации, происходящей при благоприятных условиях.

Сильно неравновесная система может быть названа организованной не потому, что в ней реализуется план, чуждый активности на элементарном уровне или выходящий за рамки первичных проявлений активности, а по противоположной причине: усиление микроскопической флуктуации, происшедшей в «нужный момент», приводит к преимущественному выбору одного пути реакции из ряда априори одинаково возможных. Следовательно, при определенных условиях роль того или иного индивидуального режима становится решающей. Обобщая, можно утверждать, что поведение «в среднем» не может доминировать над составляющими его элементарными процессами. В сильно неравновесных условиях процессы самоорганизации соответствуют тонкому взаимодействию между случайностью и необходимостью, флуктуациями и детерминистическими законами. Мы считаем, что вблизи бифуркаций основную роль играют флуктуации или случайные элементы, тогда как в интервалах между бифуркациями доминируют детерминистические аспекты.

Глава 6. ПОРЯДОК ЧЕРЕЗ ФЛУКТУАЦИИ

Флуктуации и химия. От детерминистических, обратимых процессов физика движется к стохастическим и необратимым процессам. Это изменение перспективы оказывает сильнейшее влияние на химию. Химические процессы, в отличие от траекторий классической динамики, соответствуют необратимым процессам. Химические реакции приводят к производству энтропии. Между тем классическая химия продолжает опираться на детерминистическое описание химической эволюции. Основным «оружием» теоретиков в химической кинетике являются дифференциальные уравнения, которым удовлетворяют концентрации веществ, участвующих в реакции. Зная эти концентрации в некоторый начальный момент времени (а также соответствующие граничные условия, если речь идет о явлениях, зависящих от пространственных переменных, например о диффузии), мы можем вычислить их в последующие моменты времени. Интересно отметить, что такой детерминистический взгляд на химию перестает соответствовать действительности, стоит лишь перейти к сильно неравновесным процессам.

Когда система, эволюционируя, достигает точки бифуркации, детерминистическое описание становится непригодным. Флуктуация вынуждает систему выбрать ту ветвь, по которой будет происходить дальнейшая эволюция системы. Переход через бифуркацию - такой же случайный процесс, как бросание монеты. Возможно только статистическое описание. Такая ситуация в корне меняет традиционное представление об отношении между микроскопическим уровнем, описываемым в терминах атомов и молекул, и макроскопическим уровнем, описываемым в терминах таких глобальных переменных, как концентрация. Во многих случаях флуктуации вносят лишь малые поправки.

В качестве примера рассмотрим газ, N молекул которого заключены в сосуд объемом V . Разделим этот объем на две равные части. Чему равно число молекул X в одной из них? Здесь X - «случайная» переменная, и можно ожидать, что ее значение достаточно близко к N/2 . Основная теорема теории вероятностей (так называемый закон больших чисел) позволяет оценить ошибку, вносимую флуктуациями. По существу, закон больших чисел утверждает, что при измерении X мы можем ожидать значение порядка . При большом N ошибка, вносимая флуктуациями, может быть также большой, но относительная ошибка, вносимая флуктуациями, стремится к нулю при больших N . Как только система становится достаточно большой, закон больших чисел позволяет отличать средние значения от флуктуации (последние становятся пренебрежимо малыми).

В случае неравновесных процессов встречается прямо противоположная ситуация. Флуктуации определяют глобальный исход эволюции системы. Вместо того чтобы оставаться малыми поправками к средним значениям, флуктуации существенно изменяют средние значения.

Некоторым читателям, должно быть, известны соотношения неопределенности Гейзенберга, выражающие несколько неожиданным образом вероятностный аспект квантовой теории. Возможность одновременного измерения координат и импульса в квантовой теории отпадает, тем самым нарушается и классический детерминизм. Считалось, однако, что это никак не сказывается на описании таких макроскопических объектов, как живые системы. Но роль флуктуаций в сильно неравновесных системах показывает, что это не так. Случайность остается весьма существенной и на макроскопическом уровне.

Флуктуации и корреляции. Закон больших чисел позволяет нам вычислять корреляции между числом молекул X в двух точках пространства, находящихся на заданном расстоянии друг от друга. Как показывают вычисления, в равновесных условиях такая корреляция не существует. Вероятность одновременно найти молекулу X в точке r и молекулу X’ в точке r’ (отличной от точки r ) равна произведению вероятности найти молекулу X в точке r и вероятности найти молекулу X’ в точке r’ (мы рассматриваем случай, когда расстояние между точками r и r’ велико по сравнению с радиусом межмолекулярного взаимодействия). Один из наиболее неожиданных результатов недавних исследований состоял в том, что в неравновесной области ситуация резко изменяется. Появляются дальнодействующие корреляции. Частицы, находящиеся на макроскопических расстояниях друг от друга, перестают быть независимыми. «Отзвуки» локальных событий разносятся по всей системе.

Дальнодействующие корреляции организуют систему еще до того, как происходит макроскопическая бифуркация. Мы снова возвращаемся к одной из главных идей нашей книги: к неравновесности как источнику порядка. В данном случае ситуация особенно ясна. В равновесном состоянии молекулы ведут себя независимо: каждая из них игнорирует остальные.

Активность материи связана с неравновесными условиями, порождаемыми самой материей.

Усиление флуктуации. Как показывают теоретические исследования и численное моделирование, критические размеры ядра возрастают с эффективностью механизмов диффузии, связывающих между собой все области системы. Иначе говоря, чем быстрее передается сигнал по «каналам связи» внутри системы, тем выше процент безрезультатных флуктуации и, следовательно, тем устойчивее система. Этот аспект проблемы критического размера означает, что в подобных ситуациях «внешний мир», т.е. все, что окружает флуктуирующую область, всегда стремится погасить флуктуации. Затухнут ли флуктуации или усилятся, зависит от эффективности «канала связи» между флуктуирующей областью и внешним миром. Таким образом, критические размеры определяются конкуренцией между «интегративной силой» системы и химическими механизмами, приводящими к усилению флуктуации. Описанная нами модель применима, в частности, к результатам, полученным в последнее время in vitro при экспериментальных исследованиях зарождения раковых опухолей. В этих исследованиях отдельная раковая клетка рассматривается как флуктуация, способная спонтанно и непрестанно появляться и размножаться, посредством репликации. Возникнув, раковая клетка сталкивается с популяцией цитотоксических клеток и либо погибает, либо выживает. В зависимости от значений различных параметров, характеризующих процессы репликации и гибели раковых клеток, мы можем предсказывать либо регресс, либо разрастание опухоли.

Вопрос о пределах сложности системы поднимался довольно часто. Действительно, чем сложнее система, тем более многочисленны типы флуктуаций, угрожающих ее устойчивости. Позволительно, однако, спросить, как же в таком случае существуют такие сложные системы, какими является экологическая или социальная структура человеческого общества? Каким образом им удается избежать перманентного хаоса? Частичным ответом на подобные вопросы может быть ссылка на стабилизирующее влияние связи между частями систем, процессов диффузии. В сложных системах, где отдельные виды растений, животных и индивиды вступают между собой в многочисленные и разнообразные взаимодействия, связь между различными частями системы не может не быть достаточно эффективной. Между устойчивостью, обеспечиваемой связью, и неустойчивостью из-за флуктуации имеется конкуренция. От исхода этой конкуренции зависит порог устойчивости.

Структурная устойчивость. В нашей книге отношению между микроскопическим и макроскопическим уделяется немало внимания. Одной из наиболее важных проблем в эволюционной теории является возникающая в итоге обратная связь между макроскопическими структурами и микроскопическими событиями: макроскопические структуры, возникая из микроскопических событий, должны были бы в свою очередь приводить к изменениям в микроскопических механизмах. Как ни странно, но в настоящее время наиболее понятные случаи относятся к ситуациям, возникающим в человеческом обществе. Когда мы прокладываем дорогу или строим мост, мы можем предсказать, как это скажется на поведении окрестного населения, а оно в свою очередь определяет изменения в характере и способах связи внутри региона. Такие взаимосвязанные процессы порождают очень сложные ситуации, и это обстоятельство необходимо сознавать, приступая к их моделированию.

Логистическая эволюция. Понятие структурной устойчивости находит широкое применение в социальных проблемах. Следует, однако, подчеркнуть, что всякий раз речь идет о сильном упрощении реальной ситуации, описываемой в терминах конкуренции между процессами саморепликации в среде с ограниченными пищевыми ресурсами. В экологии классическое уравнение, описывающее такую проблему, называется логистическим уравнением . Оно описывает, как эволюционирует популяция из N особей с учетом рождаемости, смертности и количества ресурсов, доступных популяции. Логистическое уравнение можно представить в виде dN/ dt = rN(K– N) – mN , где r и m - характерные постоянные рождаемости и смертности, К - «несущая способность» окружающей среды. При любом начальном значении N система со временем выходит на стационарное значение N = K – m/ r , зависящее от разности между несущей способностью среды и отношением постоянных смертности и рождаемости. При достижении этого стационарного значения наступает насыщение: в каждый момент времени рождается столько индивидов, сколько их погибает.

Рис. 3. Эволюция популяции N как функция времени t , описываемая логистической кривой. Стационарное состояние N = 0 неустойчиво, а стационарное состояние N = K – m/ r устойчиво относительно флуктуации величины N

Мэй обратил внимание на одну замечательную особенность таких уравнений: несмотря на их простоту, они допускают необычайно много решений. При значениях параметра 0 < r < 2 наблюдается монотонное приближение к равновесию. При значениях параметра 2 < r < 2,444 возникает предельный цикл: наблюдается периодический режим с двухлетним периодом. При еще больших значениях параметра r возникают четырех-, восьмилетние и т.д. циклы, пока периодические режимы не переходят (при значениях r больше 2,57) в режим, который может быть назван только хаотическим. Мы имеем здесь дело с переходом к хаосу через серию бифуркаций удвоения периода. Возникает ли такой хаос в природе? Как показывают последние исследования, параметры, характеризующие реальные популяции в природе, не позволяют им достигать хаотической области.

Моделирование сложности. Несмотря на свою простоту, наша модель довольно точно передает некоторые особенности эволюции сложных систем. В частности, она проливает свет на природу трудностей «управления» развитием, зависящим от большого числа взаимодействующих элементов. Каждое отдельное действие или локальное вмешательство в систему обретает коллективный аспект, который может повлечь за собой совершенно неожиданные глобальные изменения. В настоящее время мы еще мало знаем о наиболее вероятной реакции системы на то или иное изменение. Очень часто отклик системы на возмущение оказывается противоположным тому, что подсказывает нам наша интуиция. Наше состояние обманутых ожиданий в этой ситуации хорошо отражает введенный в Массачусетском технологическом институте термин контринтуитивный .

Например, программа ликвидации трущоб вместо того, чтобы улучшить, еще более ухудшает ситуацию. Новые здания, построенные на месте снесенных, привлекают в район большее число людей, но если их занятость не обеспечивается, то они продолжают оставаться бедными, а их жилища становятся еще более перенаселенными. Мы приучены мыслить в терминах линейной причинности, но теперь нуждаемся в новых «средствах мышления».

Взять хотя бы различие, проводимое экологами между К -стратегиями и r -стратегиями (К и r – параметры, входящие в логистическое уравнение). Типичной для популяции жертв эволюцией является увеличение рождаемости r , а для популяции хищников – совершенствование способов ловли жертв, т.е. увеличение коэффициента К . Но повышение К в рамках логистической модели влечет за собой последствия, выходящие за круг явлений, описываемых логистическими уравнениями. K -стратегия подразумевает, что индивид все более повышает свою способность обучаться на опыте и хранить накопленную информацию в памяти. Иначе говоря, индивиды становятся все более сложными и со все более долгим периодом созревания и обучения. В свою очередь это означает, что индивиды становятся все более «ценными», представляющими более крупные вложения «биологического капитала» и уязвимыми на протяжении более продолжительного периода. Развитие «социальных» и «семейных» связей является, таким образом, логическим следствием К -стратегии.

К моделированию сложных явлений следует относиться с осторожностью: в сложных системах дефиниция самих сущностей и взаимодействия между ними в процессе эволюции могут претерпевать изменения. Не только каждое состояние системы, но и само определение ситемы в том виде, в каком ее описывает модель, обычно нестабильно.

Открытый мир. Традиционная интерпретация биологической и социальной эволюции весьма неудачно использует понятия и методы, заимствованные из физики, – неудачно потому, что они применимы в весьма узкой области физики и аналогия между ними и социальными или экономическими явлениями лишена всякого основания. Первый пример тому - парадигма оптимизации. И управление человеческим обществом, и действие селективных «воздействий» на систему направлены на оптимизацию тех или иных аспектов поведения или способов связи, но было бы опрометчиво видеть в оптимизации ключ к пониманию того, как выживают популяции и индивиды. Те, кто так думает, рискуют впасть в ошибку, принимая причины за следствия, и наоборот. Модели оптимизации игнорируют и возможность радикальных преобразований (т.е. преобразований, меняющих самую постановку проблемы и тем самым характер решения, которое требуется найти), и инерциальные связи, которые, в конечном счете, могут вынудить систему перейти в режим функционирования, ведущий к ее гибели.

Подобно доктринам, аналогичным «невидимой направляющей руке» Адама Смита, или другим определениям прогресса в терминах критериев максимизации или минимизации, модели оптимизации рисуют утешительную картину природы как всемогущего и рационального калькулятора, а также строго упорядоченной истории, свидетельствующей о всеобщем неукоснительном прогрессе. Для того чтобы восстановить и инерцию, и возможность неожиданных событий, т.е. восстановить открытый характер истории, необходимо признать ее фундаментальную неопределенность.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ОТ БЫТИЯ К СТАНОВЛЕНИЮ

Глава 7. Переоткрытие времени

Возникновение квантовой механики. Первой физической теорией, действительно порвавшей с прошлым, стала квантовая механика. Она не только поместила нас в природу, но и присвоила нам атрибут «тяжелые», т.е. состоящие из макроскопически большого числа атомов. Дабы придать бо льшую наглядность физическим следствиям из существования такой универсальной постоянной, как скорость света, Эйнштейн вообразил себя летящим верхом на фотоне. Но, как показала квантовая механика, мы слишком тяжелы для того, чтобы ездить верхом на фотонах или электронах.

Открытие дискретности, или квантованности, энергии оставалось вне связи с другими физическими явлениями до тех пор, пока Эйнштейн не предложил первую общую интерпретацию постоянной Планка. Эйнштейн понял, к сколь далеко идущим последствиям приводит открытие Планка для природы света, и выдвинул радикально новое понятие: дуализм волна - частица (для света).

Световая волна характеризуется частотой ν и длиной волны λ . Постоянная Планка позволяет переходить от частоты и длины волны к таким механическим величинам, как энергия ε и импульс р . Соотношения между ν и λ , а также между ε и р очень просты (ε = h ν, p = h/ λ ), и оба содержат постоянную Планка h . Через двадцать лет после Эйнштейна Луи де Бройль обобщил дуализм волна - частица со света на материю. Это открытие послужило исходным пунктом современной формулировки квантовой механики. Атом (и это весьма существенно!) может находиться лишь на дискретных энергетических уровнях, соответствующих различным орбитам электронов.

Основная идея квантовой механики состоит в том, что гамильтониан так же, как и другие величины классической механики, например координаты q или импульсы р , надлежит рассматривать как операторы.

Соотношения неопределенности Гейзенберга. В квантовой механике каждой физической величине соответствует оператор, который действует на функции. Особенно важную роль играют собственные функции и собственные значения интересующего нас оператора. Собственные значения соответствуют допустимым численным значениям величины. В классической механике координаты и импульсы независимы в том смысле, что мы можем приписывать координате любое численное значение совершенно независимо от того, какое значение приписано нами импульсу. Но существование постоянной Планка h приводит к уменьшению числа независимых переменных. Следовательно, координаты и импульс квантовомеханической частицы уже более не являются независимыми переменными, как в классической механике. В квантовой механике не существует состояний, в которых эти две физические величины (т.е. координата q и импульс р ) имели бы вполне определенное значение. Эту ситуацию, неизвестную в классической механике, выражают знаменитые соотношения неопределенности Гейзенберга. Мы можем измерять координату и импульс, но неопределенности в их значениях Δ q и Δр связаны между собой неравенством Гейзеиберга Δ q Δ p ≥ h . Если неопределенность Δ q в положении частицы сделать сколь угодной малой, то неопределенность Δр в ее импульсе обратится в бесконечность, и наоборот.

Соотношение неопределенности Гейзенберга с необходимостью приводит к пересмотру понятия причинности. Мы можем определить координату с абсолютной точностью, но в тот момент, когда это происходит, импульс принимает совершенно произвольное значение, положительное или отрицательное. Это означает, что объект, положение которого нам удалось измерить абсолютно точно, тотчас же перемещается сколь угодно далеко. Локализация утрачивает смысл: понятия, составляющие самую основу классической механики, при переходе к квантовой механике претерпевают глубокие изменения.

Из того, что квантовая механика вынуждает нас говорить менее определенно о локализации объекта, следует, как часто подчеркивал Нильс Бор, необходимость отказа от классической физики. Для Бора постоянная Планка определяет взаимодействие между квантовой системой и измерительным устройством как единым целым, включая взаимодействие в процессе измерения, в результате которого мы получаем возможность приписывать измеряемым величинам численные значения. Все измерения, по Бору, подразумевают выбор измерительного устройства, выбор вопроса, на который требуется дать ответ. В этом смысле ответ, т.е. результат измерения, не открывает перед нами доступ к данной реальности. Нам приходится решать, какое измерение мы собираемся произвести над системой и какой вопрос наши эксперименты зададут ей. Следовательно, существует неустранимая множественность представлений системы, каждое из которых связано с определенным набором операторов. В свою очередь это влечет за собой отход квантовой механики от классического понятия объективности, поскольку с классической точки зрения существует единственное объективное описание. Оно является полным описанием системы «такой, как она есть», не зависящим от выбора способа наблюдения.

Бор сформулировал принципа дополнительности, который можно рассматривать как обобщение соотношений неопределенности Гейзенберга. Мы можем измерить либо координаты, либо импульсы, но не координаты и импульсы одновременно. Физическое содержание системы не исчерпывается каким-либо одним теоретическим языком, посредством которого можно было бы выразить переменные, способные принимать вполне определенные значения. Различные языки и точки зрения на систему могут оказаться дополнительными. Все они связаны с одной и той же реальностью, но не сводятся к одному-единственному описанию.

Реальный урок, который мы можем извлечь из принципа дополнительности (урок, важный и для других областей знания), состоит в констатации богатства и разнообразия реальности, превосходящей изобразительные возможности любого отдельно взятого языка, любой отдельно взятой логической структуры. Каждый язык способен выразить лишь какую-то часть реальности. Реальность, изучаемая физикой, есть не что иное, как конструкция нашего разума, а не только данность. Необходимо проводить различие между абстрактным понятием координаты или импульса, представляемых математически операторами, и их численной реализацией, достигаемой посредством эксперимента. Одна из причин противопоставления «двух культур», по-видимому, кроется в убеждении, что литература соответствует некоторой концептуализации реальности, чему-то вымышленному, в то время как наука выражает объективную реальность. Квантовая механика учит нас, что ситуация не столь проста. Существенный элемент концептуализации подразумевается на всех уровнях реальности.

Временна я эволюция квантовых систем. Квантовая механика использует лишь половину переменных классической механики, поэтому классический детерминизм становится неприменимым, и в квантовой физике центральное место занимают статистические соображения. Мы снова сталкиваемся с весьма важным отклонением от классической теории: предсказуемы только вероятности, а не отдельные события. Второй раз за историю физики вероятности были привлечены для объяснения некоторых фундаментальных свойств природы. Впервые вероятности использовал Больцман в своей интерпретации энтропии. Однако предложенная Больцманом интерпретация отнюдь не исключала субъективную точку зрения, согласно которой «только» ограниченность наших знаний перед лицом сложности системы служит препятствием на пути к полному описанию.

Как и во времена Больцмана, использование вероятностей в квантовой механике оказалось неприемлемым для многих физиков (в том числе и для Эйнштейна), стремившихся к «полному» детерминистическому описанию. Сосуществование в квантовой механике обратимости и необратимости свидетельствует о том, что классическая идеализация, описывающая мир как замкнутую систему, на микроскопическом уровне невозможна. Необратимость входит в классическую физику, когда идеализация, в основе которой заложено понятие траектории, становится неадекватной.

Глава 8. Столкновение теорий

Больцмановский прорыв. Больцман намеревался дать «механическую» интерпретацию энтропии. Но особенно велико достижение Больцмана с концептуальной точки зрения в том, что он различие между обратимыми и необратимыми процессами, лежащее в основе второго начала термодинамики, низвел с макроскопического на микроскопический уровень. Изменение распределения скоростей из-за свободного движения молекул соответствует обратимой части, а вклад, вносимый в изменение распределения столкновениями, - необратимой части. Именно в этом и был, с точки зрения Больцмана, ключ к микроскопической интерпретации энтропии. Больцмановский прорыв стал решающим этапом в формировании нового научного направления - физики процессов. Временну ю эволюцию в уравнении Больцмана больше не определяет гамильтониан, зависящий от типа сил. В больцмановском подходе движение порождают функции, связанные с процессом, например сечение рассеяния.

Глава 9. Необратимость – энтропийный барьер

Энтропия и стрела времени. Люди в нерешительности колебались между двумя крайностями: исключением необратимости из физики (сторонником этого направления был Эйнштейн) и признанием необратимости как важной особенности природных явлений (выразителем этого направления стал Уайтхед со своей концепцией процесса). В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, что необратимость существует на макроскопическом уровне и играет важную конструктивную роль. Следовательно, в микроскопическом мире должно быть нечто проявляющееся на макроскопическом уровне, подобное необратимости. Микроскопическая теория должна учитывать два тесно связанных между собой элемента. Прежде всего в своих попытках построить микроскопическую модель энтропии, монотонно изменяющейся со временем, мы должны следовать Больцману. Именно такое изменение должно задавать стрелу времени. Возрастание энтропии изолированной системы должно выражать старение системы.

Необратимость как процесс нарушения симметрии. Мы можем сформулировать внутренний смысл второго начала. Оно обретает статус принципа отбора, утверждающего, что в природе реализуется и наблюдается лишь один из двух типов решений. В тех случаях, когда оно применимо, второе начало термодинамики выражает внутреннюю поляризацию природы. Оно не может быть следствием самой динамики. Второе начало является дополнительным принципом отбора, который, будучи реализованным, распространяется динамикой.

Мы можем констатировать, что существует тесная взаимосвязь между неустойчивостью и вероятностью.

Энтропийный барьер. Время течет в одном направлении: из прошлого в будущее. Теперь мы лучше понимаем, почему время невозможно «повернуть назад». Бесконечно высокий энтропийный барьер отделяет разрешенные начальные состояния от запрещенных. Барьер этот никогда не будет преодолен техническим прогрессом: он бесконечно высок. Нам не остается ничего другого, как расстаться с мечтой о машине времени, которая перенесет нас в прошлое.

Тепло и механическая энергия эквивалентны с точки зрения сохранения энергии, но отнюдь не второго начала. Кратко говоря, механическая энергия более «высокого сорта» (более когерентна), чем тепло, и всегда может быть превращена в тепло. Обратное неверно. Аналогичное различие существует на микроскопическом уровне между столкновениями и корреляциями. С точки зрения динамики столкновения и корреляции эквивалентны. Столкновения порождают корреляции, а корреляции могут разрушать последствия столкновений. Но между столкновениями и корреляциями имеется существенное различие. Мы можем управлять столкновениями и порождать корреляции, но мы не в состоянии так управлять корреляциями, чтобы уничтожить последствия, вызванные столкновениями в системе. Этого существенного различия недостает в динамике, но его можно учесть в термодинамике. Следует заметить, что термодинамика нигде не вступает в конфликт с динамикой. Термодинамика вносит важный дополнительный элемент в наше понимание физического мира.

Энтропия как принцип отбора. Нельзя не удивляться тому, как сильно микроскопическая теория необратимых процессов напоминает традиционную макроскопическую теорию. И в той, и в другой теории энтропия имеет негативный аспект. В макроскопической теории энтропия запрещает некоторые процессы, например перетекание тепла от холодного предмета к теплому. В микроскопической теории энтропия запрещает некоторые классы начальных условий. Различие между тем, что запрещено, и тем, что разрешено, поддерживается во времени законами динамики. Из негативного аспекта возникает позитивный: существование энтропии вместе с ее вероятностной интерпретацией. Необратимость не возникает более, как чудо, на некотором макроскопическом уровне. Макроскопическая необратимость лишь делает зримой ориентированную во времени поляризованную природу того мира, в котором мы живем. Как мы уже неоднократно подчеркивали, в природе существуют системы с обратимым поведением, допускающие полное описание в рамках законов классической или квантовой механики. Но большинство интересующих нас систем, в том числе все химические и, следовательно, все биологические системы, ориентированы во времени на макроскопическом уровне. Их отнюдь не иллюзорная однонаправленность во времени отражает нарушение временной симметрии на микроскопическом уровне. Второе начало приводит к новой концепции материи, к описанию которой мы сейчас переходим.

Активная материя. Связав энтропию с динамической системой, мы тем самым возвращаемся к концепции Больцмана: вероятность достигает максимума в состоянии равновесия. Структурные единицы, которые мы используем при описании термодинамической эволюции, в состоянии равновесия ведут себя хаотически. В отличие от этого в слабо неравновесных условиях возникают корреляции и когерентность. Здесь мы подходим к одному из наших главных выводов: на всех уровнях, будь то уровень макроскопической физики, уровень флуктуации или микроскопический уровень, источником порядка является неравновесность.

Подведем итоги достигнутого. В первой и второй части нашей книги неоднократно подчеркивалось, что на уровне макроскопических систем первостепенное значение имеет второе начало (и связанное с ним понятие необратимости). В третьей части мы стремились показать, что в настоящее время открывается возможность выхода за рамки макроскопического уровня, и продемонстрировать, что означает необратимость на микроскопическом уровне. Переход от макроскопического уровня к микроскопическому требует коренного пересмотра наших взглядов на фундаментальные законы физики. Только полностью избавившись от классических представлений (как в случае достаточно нестабильных систем), мы можем говорить о «внутренней случайности» и «внутренней необратимости».

Ситуация, с которой мы сталкиваемся, очень напоминает ситуацию, сложившуюся в квантовой механике. Существуют два возможных описания: либо мы выбираем точку в фазовом пространстве и тогда не знаем, какому разбиению она принадлежит и, следовательно, каков ее внутренний возраст, либо мы знаем внутренний возраст, но тогда нам известно только разбиение, а не точная локализация точки. После того как мы ввели внутреннее время Т , энтропию можно использовать как принцип отбора для перехода от начального описания с помощью функции распределения р к новому описанию с помощью функции распределения р’ , которая обладает внутренней стрелой времени, согласующейся со вторым началом термодинамики. Основное различие между р и р’ проявляется в разложениях этих функций по собственным функциям оператора Т . В функцию р все внутренние возрасты независимо от того, принадлежат ли они прошлому или будущему, входят симметрично. В функции р’ в отличие от р прошлое и будущее играют различные роли: прошлое входит в р ’, а будущее остается неопределенным. Асимметрия прошлого и будущего означает, что существует стрела времени. Новое описание обладает важной особенностью, заслуживающей того, чтобы ее отметить: начальные условия и законы изменения перестают быть независимыми. Состояние со стрелой времени возникает под действием закона, также наделенного стрелой времени и трансформирующего состояние, но сохраняющего стрелу времени.

Две великие революции в физике XX в. связаны с включением в фундаментальную структуру физики двух запретов, чуждых классической механике: невозможности распространения сигналов со скоростью больше скорости света и невозможности одновременного измерения координат и импульса. Неудивительно, что и второе начало, также ограничивающее наши возможности активного воздействия на материю, приводит к глубоким изменениям в структуре основных законов физики. Нам бы хотелось закончить третью часть нашей книги предостережением. Феноменологическую теорию необратимых процессов ныне можно считать вполне сложившейся. В отличие от нее микроскопическая теория» необратимых процессов делает лишь первые шаги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. С земли на небо: новые чары природы

Открытая наука. Наука, несомненно, подразумевает активное воздействие на природу, но вместе с тем она является попыткой понять природу, глубже проникнуть в вопросы, которые задавало не одно поколение людей. Один из этих вопросов звучит как лейтмотив (почти как наваждение), на страницах этой книги, как, впрочем, и в истории естествознания и философии. Речь идет об отношении бытия и становления, неизменности и изменения. В начале нашей книги мы упоминали о вопросах, над которыми размышляли еще философы-досократики. Не накладывается ли изменение, порождающее все вещи и обрекающее их на гибель, извне на некую инертную материю? Не является ли изменение результатом внутренней независимой активности материи? Необходима ли внешняя побуждающая сила или становление внутренне присуще материи? Естествознание XVII в. встало в оппозицию к биологической модели спонтанной и автономной организации живых существ. Но тогда же естествознанию пришлось столкнуться с другой фундаментальной альтернативой. Является ли природа внутренне случайной? Не является ли упорядоченное поведение лишь преходящим результатом случайных столкновений атомов и их неустойчивых соединений?

Одним из главных источников неотразимой привлекательности современной науки было ощущение, что она открывала вечные законы, таившиеся в глубине нескончаемых преобразований природы, и тем навсегда изгнала время и становление. Открытие порядка в природе рождало чувство интеллектуальной уверенности. Мы искали общие, всеобъемлющие схемы, которые допускали бы описание на языке вечных законов, но обнаружили время, события, частицы, претерпевающие различные превращения. Занимаясь поиском симметрии, мы с удивлением обнаружили на всех уровнях - от элементарных частиц до биологии и экологии - процессы, сопровождающиеся 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 источник порядка на всех уровнях. Необратимость есть тот механизм, который создает порядок из хаоса.

Время и времена. На протяжении более трех столетий в физике господствовало мнение о том, что время по существу представляет собой геометрический параметр, позволяющий описывать последовательность динамических состояний.

Энтропийный барьер. Мы описали второе начало как принцип отбора: каждому начальному условию соответствует некоторая «информация». Допустимыми считаются все начальные условия, для которых эта информация конечна. Но для обращения времени необходима бесконечная информация; мы не можем создавать ситуации, которые переносили бы нас в прошлое! Чтобы предотвратить путешествия в прошлое, мы возвели энтропийный барьер. Нельзя не отметить интересную аналогию между энтропийным барьером и представлением о скорости света как о максимальной скорости передачи сигналов. Такой барьер необходим для придания смысла причинности. Энтропийный барьер также необходим для того, чтобы придать смысл передаче сигналов. Необратимость и передача сигналов тесно связаны между собой. Норберт Винер убедительно показал, к каким ужасным последствиям привело бы существование двух направлений времени. Именно энтропийный барьер гарантирует единственность направления времени, невозможность изменить ход времени с одного направления на противоположное.

Только объединение динамики и термодинамики с помощью введения нового принципа отбора придает второму началу фундаментальное значение эволюционной парадигмы естественных наук. Применяя естественнонаучные понятия к социологии или экономике, необходимо соблюдать осторожность.

Актеры и зрители. Мерло-Понти утверждал, что «философские» открытия естествознания, концептуальные преобразования его основ нередко происходят в результате негативных открытий, служащих толчком к пересмотру сложившихся взглядов и отправным пунктом для перехода к противоположной точке зрения. Доказательства невозможности, или несуществования (будь то в теории относительности, квантовой механике или термодинамике), показали, что природу невозможно описывать «извне», с позиций зрителя. Описание природы- живой диалог, коммуникация, и она подчинена ограничениям, свидетельствующим о том, что мы - макроскопические существа, погруженные в реальный физический мир.

Ситуацию, какой она представляется нам сегодня, можно условно изобразить в виде диаграммы (рис. 4). Мы начинаем с наблюдателя, измеряющего координаты и импульсы и исследующего, как они изменяются во времени. В ходе своих измерений он совершает открытие: узнает о существовании неустойчивых систем и других явлений, связанных с внутренней случайностью и внутренней необратимостью. Но от внутренней необратимости и энтропии мы переходим к диссипативиым структурам в сильно неравновесных системах, что позволяет нам понять ориентированную во времени деятельность наблюдателя. Не существует научной деятельности, которая не была бы ориентированной во времени. Подготовка эксперимента требует проведения различия между «до» и «после». Распознать обратимое движение мы можем только потому, что нам известно о необратимости. Из нашей диаграммы видно, что, описав полный круг, мы вернулись в исходную точку и теперь видим себя как неотъемлемую часть того мира, который мы описываем. Для того чтобы макроскопический мир был миром обитаемым, в котором живут «наблюдатели», т. е. живым миром, Вселенная должна находиться в сильно неравновесном состоянии.

Рис. 4. Наблюдатель и природа

Вихрь в бурлящей природе. Чарлз С. Пирс : «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 распределяться 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».

За пределами тавтологии. Мир классической науки был миром, в котором могли происходить только события, выводимые из мгновенного состояния системы. Классическая наука отрицала становление и многообразие природы. Объекты классической динамики замкнуты в себе. Они ничего не узнают извне. Каждая точка системы в любой момент времени знает все, что ей необходимо знать, а именно распределение масс в пространстве и их скорости. Каждое состояние содержит всю истину о всех других состояниях, совместимых с наложенными на систему связями; каждое может быть использовано для предсказания других состояний, каково бы ни было их относительное расположение на оси времени.

Коренное изменение по взглядах современной науки заключается в переходе к темпоральности и множественности. И на макроскопическом, и на микроскопическом уровнях естественные науки более не используют концепцию объективной реальности, из которой следовала необходимость отказа от новизны и многообразия во имя вечных и неизменных универсальных законов. Естественные науки избавились от слепой веры в рациональное как нечто замкнутое и отказались от идеала достижимости окончательного знания, казавшегося почти достигнутым. Ныне естественные науки открыты для всего неожиданного, которое больше не рассматривается как результат несовершенства знания или недостаточного контроля.

Состояние внутреннего мира. Идеалом классической науки была «прозрачная» картина физической Вселенной. В каждом случае предполагалась возможность указать причину и ее следствие. Но когда возникает необходимость в стохастическом описании, причинно-следственная часть усложняется. Мы не можем говорить более о причинности в каждом отдельном эксперименте. Имеет смысл говорить лишь о статистической причинности.

Обновление природы. Идеи, которым мы уделили в книге достаточно много внимания, - идеи о нестабильности флуктуации - начинают проникать в социальные науки. Ныне мы знаем, что человеческое общество представляет собой необычайно сложную систему, способную претерпевать огромное число бифуркаций, что подтверждается множеством культур, сложившихся на протяжении сравнительно короткого периода в истории человечества. Мы знаем, что столь сложные системы обладают высокой чувствительностью по отношению к флуктуациям. Это вселяет в нас одновременно и надежду, и тревогу: надежду на то, что даже малые флуктуации могут усиливаться и изменять всю их структуру (это означает, в частности, что индивидуальная активность вовсе не обречена на бессмысленность); тревогу - потому, что наш мир, по-видимому, навсегда лишился гарантий стабильных, непреходящих законов.

Мы живем в опасном и неопределенном мире, внушающем не чувство слепой уверенности, а лишь то же чувство умеренной надежды, которое некоторые талмудические тексты приписывают богу Книги Бытия: Двадцать шесть попыток предшествовали сотворению мира, и все они окончились неудачей. Мир человека возник из хаоса обломков, оставшихся от прежних попыток. Он слишком хрупок и рискует снова обратиться в ничто. «Будем надеяться, что на этот раз получилось»,- воскликнул бог, сотворив мир, и эта надежда сопутствовала всей последующей истории мира и человечества, подчеркивая с самого начала этой истории, что та отмечена печатью неустранимой неопределенности.

Послесловие. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И РАЗВИТИЕ: ДИАЛОГ С ПРОШЛЫМ, НАСТОЯЩИМ И БУДУЩИМ
В. И. Аршинов, Ю. Л. Климонтович, Ю. В. Сачков

Процессы в физических, химических и биологических системах подразделяются на два класса. К первому классу относятся процессы в замкнутых системах. Они ведут к установлению равновесного состояния, которое при определенных условиях отвечает максимально возможной степени неупорядоченности. Такое состояние мы называем физическим хаосом. Современные представления о равновесном состоянии восходят к замечательным работам Больцмана и Гиббса, которые показали, что энтропия, введенная в термодинамику Клаузиусом, служит одной из важных характеристик статистической теории - мерой неупорядоченности, или хаотичности, состояния системы.

Ко второму классу можно отнести процессы в открытых системах, в ходе которых из физического хаоса рождаются структуры - диссипативные структуры. Возникновение диссипативных структур в ходе временной эволюции в открытых системах через последовательность все более упорядоченных диссипативных структур характерно для процессов самоорганизации. Проблема самоорганизации в различных системах не является, разумеется, новой. Различным аспектам этой проблемы посвящено много выдающихся работ. Особое место среди них занимают работы Чарлза Дарвина о естественном отборе в процессе эволюции.

Одно время бытовало мнение, что существует явное противоречие между теорией Дарвина и вторым законом термодинамики. Действительно, по Дарвину, в процессе биологического развития происходит усложнение структур и степень упорядоченности возрастает. Согласно же второму закону термодинамики, в любой замкнутой системе в процессе эволюции степень хаотичности (энтропия) возрастает. Это кажущееся противоречие отпало с осознанием того факта, что существуют два принципиально различных (указанные выше) процесса эволюции: процессы в замкнутых системах ведут к тепловому равновесию (физическому хаосу, в нашей терминологии), а процессы в открытых системах могут быть процессами самоорганизации.

По представлениям Платона и его учеников, хаос (если говорить современным языком) есть такое состояние системы, которое остается по мере устранения возможностей проявления ее свойств. Понятие «структура» также является чрезвычайно общим. Структура есть некоторый вид организации и связи элементов системы.

На вопрос «Что такое турбулентность?» ответить не просто. Многим представляется почти очевидным, что переход от ламинарного течения к турбулентному есть переход от упорядоченного движения к хаотическому. «Долгое время турбулентность отождествлялась с, хаосом или шумом. Сегодня мы знаем, что это не так. Хотя в макроскопическом масштабе турбулентное течение кажется совершенно беспорядочным, или хаотическим, в микроскопическом масштабе оно высокоорганизованно. Множество пространственных и временных масштабов, на которых разыгрывается турбулентность, соответствует когерентному поведению миллионов и миллионов молекул. С этой точки зрения переход от ламинарного течения к турбулентности является процессом самоорганизации. Часть энергии системы, которая в ламинарном течении находилась в тепловом движении молекул, переходит в макроскопическое организованное движение.

Необходима теория, позволяющая количественно оценивать степень упорядоченности различных состояний в открытых системах, т.е. степень упорядоченности структур, возникающих из хаоса. Она, разумеется, должна базироваться на современной статистической теории неравновесных процессов.

Вопрос о выборе (определении) управляющих параметров в теории самоорганизации является одним из наиболее существенных и вместе с тем трудных. При наличии нескольких параметров порядка возможны различные пути самоорганизации – различные «сценарии» возникновения порядка из хаоса. При этом возникает возможность оптимального управления. В качестве одной из характеристик степени упорядоченности можно использовать (при определенных дополнительных условиях) энтропию Больцмана – Гиббса.

Возможность использования энтропии Больцмана – Гиббса для количественной характеристики степени упорядоченности при процессах самоорганизации в открытых системах не представляется очевидной. В одном случае в изолированной системе происходит эволюция к равновесному состоянию. При этом энтропия системы монотонно возрастает и остается неизменной при достижении равновесного состояния. В другом случае рассматривается совокупность стационарных состояний, отвечающих различным значениям управляющего параметра. Начало отсчета управляющего параметра может быть, в частности, выбрано таким образом, что его нулевому значению будет отвечать «состояние равновесия».

Аберрация - отклонение от нормы; ошибка, нарушение, погрешность.

Витали́зм (от лат. vitalis - «жизненный») - учение о наличии в живых организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями - «жизненной силы». Теория витализма постулирует, что процессы в биологических организмах зависят от этой силы, и не могут быть объяснены с точки зрения физики, химии или биохимии.

Ignoramus et ignorabimus (лат. «не знаем и не узнаем») - ставшее крылатым выражение из доклада Эмиля Дюбуа-Реймона «О пределах познания природы». Смысл выражения заключается в том, что по мнению Дюбуа-Реймона, мы никогда не перейдём положенной человеческому духу границы познания природы.

Логарифм в этом выражении свидетельствует о том, что энтропия- величина аддитивная S 1+2 = S 1 + S 2 , тогда как число комплексов Р мультипликативно P 1+2 = P 1 * P 2 .

Циклическая АМФ (цАМФ) – вещество, встречающееся во многих биохимических процессах, например в процессах гормональной регуляции.

Брюсселятор – нелинейная модель, придуманная Пригожиным; названа в честь города Брюссель, где он работал.

In vitro (лат. «в стекле») - это технология выполнения экспериментов, когда опыты проводятся «в пробирке» - вне живого организма. Этот термин противопоставляется термину in vivo - эксперимент на живом организме (на человеке).

Джамшид Гараедаги в книге говорит о контринтуитивности, как об одном из основных системных принципов (наряду с открытостью, целеустремленностью, многомерностью и эмерджентностью).

Книга лауреата Нобелевской премии Ильи Пригожина и Изабеллы Стенгерс «Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой» - заметное явление в современной научно-философской литературе. По своему жанру она достаточно необычна, поскольку авторы выступают в ней как философы и историки науки. Повествуя о новом диалоге человека с природой и вместе с тем не предлагая готовых решений, она побуждает читателя к самостоятельным размышлениям над затронутыми в ней проблемами.

Главная тема книги «Порядок из хаоса» - переоткрытие понятия времени и конструктивная роль, которую необратимые процессы играют в явлениях природы. Возрождение проблематики времени в физике произошло после того, как термодинамика была распространена на необратимые процессы и найдена новая формулировка динамики, позволяющая уточнить значение необратимости на уровне фундаментальных законов физики.

Оглядываясь на прошлое, мы ясно видим, что понятие закона, доставшееся в наследство от науки XVII в., формировалось в результате изучения простых систем, точнее, систем с периодическим поведением, таким, как движение маятника или планет. Необычайные успехи динамики связаны со все более изящной и абстрактной формулировкой инструментов описания, в центре которого находятся такие системы. Именно простые системы являются тем частным случаем, в котором становится достижимым идеал исчерпывающего описания. Знание закона эволюции простых систем позволяет располагать всей полнотой информации о них, т. е. по любому мгновенному состоянию системы однозначно предсказывать ее будущее и восстанавливать прошлое. Тогда считалось, что ограниченность знаний, конечная точность, с которой можно описывать системы, не имеют принципиального значения. Предельный переход от финитного знания к идеальному описанию, подразумевающему бесконечную точность, не составлял особого труда и не мог привести к каким-либо неожиданностям.

Ныне же при рассмотрении неустойчивых динамических систем проблема предельного перехода приобретает решающее значение: только бесконечно точное описание, подразумевающее, что все знаки бесконечного десятичного разложения чисел, задающих мгновенное состояние системы, известны, могло бы позволить отказаться от рассмотрения поведения системы в терминах случайности и восстановить идеал детерминистического динамического закона.

В истории западной мысли господствующее положение занимает конфликт, связанный с понятием времени, - противоречие между инновационным временем раскрепощения человека и периодически повторяющимся временем стабильного материального мира, в котором любое изменение, любое новшество с необходимостью оказываются не более чем видимостью. Как ни странно, но именно это противоречие послужило причиной острой дискуссии между Лейбницем и выразителем взглядов Ньютона английским философом Кларком. Переписка между Лейбницем и Кларком позволяет представить взгляды Ньютона в новом свете: природа для Ньютона была не просто автоматом, а несла в себе активное производительное начало. Вместе с тем очень хорошо описана утверждаемая диалектическим материализмом необходимость преодоления противопоставления «человеческой», исторической сферы материальному миру, принимаемому как атемпоральный. Наметившееся сближение этих двух противоположностей будет усиливаться по мере того, как будут создаваться средства описания внутренне эволюционной Вселенной, неотъемлемой частью которой являемся и мы сами. Нет сомнения в том, что описанная в книге трансформация физических представлений по своему значению выходит за пределы физических наук и может внести вклад в понимание той исторической реальности, которая является объектом диалектической мысли.

Значение книги «Порядок из хаоса» состоит в том, что ее авторы не только находят новые аргументы для критики ньютоновской модели, но и показывают, что претензии ньютонианства на объяснение реальности,- и поныне не утратившие силу, хотя и ставшие значительно более умеренными, - совместимы с гораздо более широкой современной картиной мира, созданной усилия­ми последующих поколений ученых. Пригожин и Стенгерс показывают, что так называемые «универсальные законы» отнюдь не универсальны, а применимы лишь к локальным областям реальности. Именно к этим областям наука приложила наибольшие усилия.

Суть приводимых Пригожиным и Стенгерс аргументов можно было бы резюмировать следующим образом. Авторы книги «Порядок из хаоса» показывают, что в машинный век традиционная наука уделяет основное внимание устойчивости, порядку, однородности и равновесию. Она изучает главным образом замкнутые системы и линейные соотношения, в которых малый сигнал на входе вызывает равномерно во всей области определения малый отклик на выходе.

Неудивительно, что при переходе от индустриального общества с характерными для него огромными затратами энергии, капитала и труда к обществу с высокоразвитой технологией, для которого критическими ресурсами являются информация и технологические нововведения, неминуемо возникают новые научные модели мира.

Пригожинская парадигма особенно интересна тем, что она акцентирует внимание на аспектах реальности, наиболее характерных для современной стадии ускоренных социальных изменений: разупорядоченности, неустойчивости, разнообразии, неравновесности, нелинейных соотношениях, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе, и темпоральности - повышенной чувствительности к ходу времени.

ORDER OUT OF CHAOS

Man"s new dialogue with nature

Heinemann. London. 1984

Илья Пригожин, Изабелла Стенгерс

ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА

Новый диалог человека с природой

Перевод с английского Ю. А. Данилова

Общая редакция и послесловие

В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича

и Ю. В. Сачкова

ББК 15.56 Редактор О. Н. Кессиди

П 75 Пригожин И., Стенгерс И.

Порядок из хаоса: Новый диалог человека с при­родой: Пер. с англ./ Общ. ред. В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича и Ю. В. Сачкова. - М.: Прогресс, 1986.-432 с.

Книга известного бельгийского физико-химика, лауреата Нобелев­ской премии И. Пригожина н его соавтора И. Стенгерс посвящена рас­смотрению науки и философии XIX и XX вв. с позиций науки второй половины нашего столетия, а также проблемам и особенностям совре­менного научного мышления. Цель книги - осмыслить путь, пройден­ный наукой и познанием, и изложить требования современной науки и общества: восстановить союз человека с природой на новых основа­ниях, в котором будет не только единство природы и человека, но так­же науки, культуры и общества. Авторы дают широкое и глубокое историко-научное н философское рассмотрение научного знания, начи­ная с Ньютона, Лапласа и кончая его позднейшей критикой современ­ными буржуазными философами.

Редакция литературы по философии и лингвистике

© I. Prigogine, I. Stengers, 1984

© Предисловие - О. Тоффлер, 1984

© Перевод на русский язык и послесловие - издательство «Прогресс», 1986

От издательства

Книга лауреата Нобелевской премии Ильи Пригожи­на и Изабеллы Стенгерс «Порядок из хаоса. Новый диа­лог человека с природой» - заметное явление в совре­менной научно-философской литературе. По своему жан­ру она достаточно необычна, поскольку авторы высту­пают в ней как философы и историки науки. Повествуя о новом диалоге человека с природой и вместе с тем не предлагая готовых решений, она побуждает читателя к самостоятельным размышлениям над затронутыми в ней проблемами.

Последовательная эволюция взглядов авторов отра­жена в многочисленных изданиях книги на различных языках, начиная с выхода в 1979 г. первого (француз­ского) варианта под названием «Новый альянс. Мета­морфозы науки». Русский перевод выполнен с англий­ского издания книги, отобранного И. Пригожиным по просьбе издательства как наиболее полный и современ­ный. Диалог с авторами, начатый в английском изда­нии предисловием О. Тоффлера, в русском издании про­должают и послесловии к книге В. И. Аршинов, Ю. Л. Климонтович и Ю. В. Сачков.

Имя Ильи Пригожина хорошо известно советским читателям. Его основные произведения переведены на русский язык: Пригожин И. Введение в термодина­мику необратимых процессов. М., 1964; Пригожин И. Неравновесная статистическая механика. М., 1964; При­гожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск, 1966; Гленсдорф П., Пригожин И. Tepмодинaмичecкaя теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М., 1973; Николис Г., Пригожин И.

Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979. Фрагменты из книг Пригожина были опубликованы в журналах «Химия и жизнь», «Природа».

И. Пригожин возглавляет большую группу физиков в Брюссельском университете. Он является директором Сольвеевского института и Центра термодинамики и ста­тистической физики при Техасском университете. В 1977 г. за работы в области химической термодинами­ки И. Пригожину была присуждена Нобелевская пре­мия. С 1982 г. Пригожин - иностранный член Академии наук СССР.

Изабелла Стенгерс, в недавнем прошлом сотрудник группы Пригожина в Брюссельском университете, ныне живет и работает в Париже.

В предисловии к русскому изданию своей книги «От существующего к возникающему» (М., 1985) И. Пригожин выразил надежду на то, что издание его книги бу­дет способствовать расширению плодотворного обмена в области, которая в равной мере близка и практиче­ским приложениям, и фундаментальным принципам со­временной науки. Все, кто работал над настоящим изда­нием новой книги Пригожина и Стенгерс, также надеют­ся, что она послужит достижению этой высокой цели.

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.

Начну с того, что наши прежние представления о мире претерпевают сильную эррозию - радикальные изменения в сторону плюральности, сложности и темпоральности. На смену детерминизму и механицизму пришла модернистская наука, учитывающая квантовую неопределенность, необратимость и вероятность. Большой взрыв, эволюция вещества и Вселенной, развитие жизни - яркие иллюстрации того, что природные процессы, связанные со случайностью или необратимостью и считавшиеся детерминистами досадными исключениями из правил, на самом деле превалируют и что необратимые процессы и флуктуации присущи реальности как таковой.

Изменения в науке, о которых идет речь, происходят на всех уровнях: от понимания природы элементарных частиц до космологии расширяющейся с ускорением Вселенной. Они охватывают не только естественные науки, но - социальные процессы и человеческое поведение.

В предисловии к английскому изданию научного бестеллера «Порядок из хаоса» И.Пригожин и И.Стенгерс писали, что концептуальное перевооружение физики еще далеко от своего завершения и что в доставшемся нам научном наследии имеются два фундаментальных вопроса, на которые прежней науке 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? В ответе на этот вопрос ныне удалось продвинуться довольно далеко. Теперь нам известно, что неравновесность - поток вещества или энергии - может быть источником порядка. Но существует и другой, еще более фундаментальный вопрос. Классическая или квантовая физика описывает мир как обратимый, статичный. В их описании нет места эволюции ни к порядку, ни к хаосу. Информация, извлекаемая 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 столь 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».

Как природный нонконформист и модернист Пригожин изначально исходил из концепции, в значительной мере противостоящей детерминистской доктрине простоты мироздания. Хаос, сложность и многофакторность лежат в началах творения Мира, развитие которого есть эволюционный процесс самоорганизации так называемых диссипативных систем, которые никогда не достигают равновесия, а продолжают колебаться между многочисленными состояниями. Иными словами, Пригожина интересовали глубинные связи между порядком и беспорядком.

Согласно пригожинской синергетике, все системы содержат подсистемы, которые непрестанно флуктуируют. Отдельная флуктуация или комбинация флуктуации может стать настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В такой точке бифуркации принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности или организации, который авторы называют диссипативной структурой.

Говоря по-иному, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения, или флуктуации, могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру, а это проливает свет на всевозможные процессы эволюционных скачков.

Пригожин с учениками разрабатывали именно такую физику и были убеждены, что это приведет к новой парадигме понимания природы. Новая физика, говорил он, может также залатать огромную дыру между наукой, всегда описывавшей природу как результат детерминистских законов, и гуманитарными предметами, которые подчеркивали человеческую свободу и ответственность. Механистичность несовместима с человечностью, унификация скорее метафорична, чем буквальна - она ни в коей мере не поможет науке решить все ее проблемы.

В предисловии к книге Пригожина «Порядок из хаоса» Элвин Тоффлер сравнил Пригожина с Ньютоном и предсказал, что наука третьего тысячелетия будет во многом пригожинской.

Илья Романович Пригожин родился во время революции, и его буржуазная семья вскоре бежала из России - подальше от большевиков и погромов. Вначале семья эмигрировала в Литву, но через год переехала в Берлин. С ростом антисемитских настроений в Германии, провоцируемых нацистами, Пригожины переехали в Бельгию, где в 1941 году Илья окончил Брюссельский университет.

Пригожина позиционируют как выдающегося бельгийского и американского ученого, физика, химика, философа, создателя современной неравновесной термодинамики и новой парадигмы эволюционирующего во времени мира природы. Он лауреат Нобелевской премии по химии (1977), обладатель множества национальных и международных званий, титулов и регалий, автор ряда научных и философских бестселлеров, оригинальных теорий и концепций философии науки, а также один из основателей нового научного направления - системы миропонимания, получившего название синергетики. Фундаментальные проблемы, которыми занимался Илья Пригожин, охватывают огромный круг проблем мироздания, не имеющих четких дисциплинарных рамок.

Илья Романович рос вундеркиндом, замечательно играл на фортепиано, писал музыку и считался неплохим композитором, чьи произведения нередко звучали по бельгийскому радио. Будучи неофилом, он изучал литературу, искусство, философию, профессионально интересовался археологией и рано занялся наукой. Сама наука Пригожина во многом археологична, то есть включает в свой состав скачки эволюции, происходящие в точках бифуркации. Здесь следует напомнить, что среди множества званий и регалий Пригожин имел степень доктора археологии и именно в этом качестве его часто приглашали читать лекции в самые престижные университеты мира.

Сам он называл всё это «бурной юностью», которая стала причиной его увлечения временем на протяжении всей карьеры: «Возможно, меня впечатлил тот факт, что наука так мало говорит о времени, об истории, эволюции, и это, возможно, привело меня к проблеме термодинамики. Потому что в термодинамике основной мерой является энтропия, а энтропия означает просто изменение».

В Бельгии Пригожин пережил немецкую оккупацию во время войны и едва не погиб.

В 60-е годы Пригожин активно сотрудничал с институтом Ферми в Чикаго, а в 1967-м основал в Остине (Техас) «Центр по изучению сложных квантовых систем», занимавшийся неравновесной термодинамикой и статистической механикой необратимых процессов. Главным его достижением принято считать открытие неравновесных термодинамических систем, которые, в сингулярных точках при определенных условиях, поглощая вещество, энергию и информацию из окружающего пространства, могут совершать качественный скачок к усложнению (т.н. диссипативные структуры). Самое существенное здесь заключалось в том, что сингулярный скачок не может быть предсказан, исходя из классических законов статистики.

Недоброжелатели Пригожина обвиняли его в том, что он не столько ставил эксперименты, сколько насыщал их философией и что он получил Нобелевскую премию за гораздо меньшие достижения, чем другие лауреаты-физики. На самом деле Пригожин много и плодотворно экспериментировал, курсируя между учреждениями, основанными им при Свободном Бельгийском университете и Техасском университете в Остине.

Сотрудники Пригожина говорили, что работать с ним было чрезвычайно интересно: он всегда ставил неординарные задачи и часто подсказывал совершенно неожиданные подходы к их решению. У Пригожина было чему научиться как в научном, так и в человеческом аспекте.

Пригожин находился в дружеских отношениях с королем Бельгии и даже получил от него титул виконта. Он жил в предместье Брюсселя и часто в его доме собирались «сливки общества», включая знаменитых ученых и высокопоставленных чиновников Еврокомиссии. Попасть на такие встречи все считали за честь, тем более что его дом казался музеем с огромной и тщательно подобранной коллекцией произведений искусства. По большей части это были предметы из эпохи доколумбовой Америки, а также произведения искусства разных стран и эпох, тематически так или иначе связанные со Временем. Пригожин любил рассказывать о собранной им коллекции как об увлекательном интеллектуальном путешествии во времени и в межкультурных пространствах, причем путешествие, устроенное с высочайшим профессионализмом.

ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК, ЧЕЛОВЕК И ПРИРОДА

Пригожин не верил ни в tabula rasa, ни в доктрину простоты, считая неопределенность, непредсказуемость и необратимость составными элементами мироздания. Великих детерминистов Декарта, Ньютона, Эйнштейна он считал утопистами, уводящими науку в горний мир вечной красоты.

Согласно лапласовскому детерминизму, любое состояние Вселенной есть следствие предыдущих и причина последующих ее состояний, то есть жестко предопределено. Принцип детерминизма (как раз и навсегда отлаженного часового механизма) хорошо иллюстрирует хрестоматийное изречение Лапласа о том, что существо, способное охватить всю совокупность данных о состоянии Вселенной в любой момент времени, могло бы не только точно предсказать будущее, но и до мельчайших подробностей восстановить прошлое.

Если детерминизм возник в результате изучения простых, замкнутых или механических систем, якобы подлежащих универсальному и исчерпывающему описанию, то синергетика изначально исходила из необходимости рассмотрения неустойчивых динамических или эволюционизирующих систем, далеко выходящих за пределы естественных наук, в которых, в отличие от мнения Альберта Эйнштейна, «Бог играет в кости», то есть существуют непредсказуемые сингулярности и случайности, радикально меняющие ход процессов.

Детерминированный мир - такая же утопия, как мечтания Томаса Мора, Фурье, Сен-Симона или Оуэна, развенчанные Олдосом Хаксли, Джорджем Оруэллом и Миланом Кундерой, и, главное, - практикой большевизма.

Пригожин не отвергал прежние «универсальные законы», но показал их ограниченность - применимость лишь к локальным и изолированным областям реальности, которые не обмениваются энергией или веществом (можно было бы добавить - и информацией) с окружающей средой.

В 1986 году сэр Джеймс Лайтхил, ставший позже президентом Международного союза чистой и прикладной математики, под влиянием пригожинских работ от имени всех ученых принес извинения за то, что «в течение трех веков образованная публика вводилась в заблуждение апологией детерминизма, основанного на системе Ньютона и Лапласа, тогда как можно считать доказанным, по крайней мере, с 1960 года, что детерминизм является ошибочной позицией».

В научном бестселлере «Порядок из хаоса» (написанном в соавторстве с Изабель Стенгерс) Пригожин указывал, что модернистские теории описывают природу не «снаружи», словно зрителем, а пытаются понять ее изнутри ее самой. В каком-то смысле они «непрозрачны» в сравнении с прозрачностью классической мысли.

Наряду с гениальными создателями квантовой механики Пригожин стал разрушителем парадигмы детерминизма, но уже в приложении не только к квантовым, но и к классическим объектам. Попав в объектив большой науки, проблема нестабильности и неустойчивости не просто продемонстрировала ограниченность причинной предопределенности физических феноменов, но позволила включить в поле зрения естествознания сложные процессы и даже человеческую деятельность, дав, таким образом, возможность более полно интегрировать человека в природу и связать сознание с бытием. Феномены нестабильности, непредсказуемости, неопределенности во многом позволили преодолеть разобщенность, которая всегда существовала между естествознанием, социальными исследованиями и науками о человеке и сознании.

К вопросам, которыми задавался Пригожин, относился и такой: как термодинамический закон роста энтропии (хаоса) совмещается с самоорганизацией и эволюцией материи. Окружающий мир ярко иллюстрирует, что порядок и беспорядок возникают и существуют одновременно. Более того, они оказываются тесно связанными - один включает в себя другой.

Космология рассматривает мироздание как в значительной мере беспорядочную среду, в которой выкристаллизовывается порядок. Огромное количество элементарных частиц, пребывающих в беспорядке, способно перейти к упорядоченной структуре под влиянием единственной частицы, то есть порядок и беспорядок сосуществуют как два аспекта реальности и дают нам различное видение мира.

В детерминистском мире природа поддается однозначному описанию и полному контролю со стороны человека, представляя собой инертный объект его желаний. Миру Пригожина присуща нестабильность и неопределенность, а раз так, то человек обязан не «покорять природу», а осторожно и деликатно к ней относиться хотя бы из-за неспособности однозначно предсказывать и предвидеть следствия собственной деятельности и то, что произойдет в будущем.

Сказанное в полной мере относится не только к природе или к науке, но - к искусству, музыке, литературе; общество научилось принимать многообразие стилей и взглядов на мир. Миром правит не порядок, а случайность, нестабильность, нелинейная динамика. Всё, включая науку и общество, находится в состоянии постоянных изменений. В частности, сами революции могут быть рассмотрены как яркие иллюстрации того, как иерархия неустойчивостей порождает структурные изменения в обществе.

Вера общества в рационализацию и унификацию уменьшается во всех областях жизни, от науки до религии: «Даже ревностные католики теперь не настолько фанатичны, как были их родители, дедушки и бабушки. Мы больше не верим в марксизм или либерализм в классическом смысле. Мы больше не верим в классическую науку».

Так самоуверенная и всеведующая наука Декарта и Лейбница, обусловленная механистическим контекстом XVII в. - материализмом, рационализмом, редукционизмом и детерминизмом, - начала тесниться модернистской наукой, включающей в свой состав пригожинские бифуркации, квантовую неопределенность и уникальные события. На смену утопическому миру как абсолютно отлаженному автомату, лежащему вне времени, пришла новая парадигма реальности, охватывающая человеческие реалии и само сознание человека.

Если до Пригожина философия разрывалась между взаимосключающими образами объективности и субъективности - детерминистический внешний мир и индетерминистический внутренний, - то отныне сознание-бытие стало единством, выпадающим из материализма, рационализма, редукционизма и детерминизма.

Сама наука, в отличие от веры, обрела опору не в заданности и однозначности, а - вероятности и неопределенности. Именно в этом заключается многообразие и «новое обаяние природы».

Пригожина всегда интересовала проблема нестабильности или неустойчивости, долгое время пребывавшая в падчерицах науки. Именно феномен нестабильности, пребывавший за бортом науки, как оказалось, приводит к нетривиальным и серьезным проблемам, первая из которых - необходимость предсказания поведения объекта в точках бифуркации или сингулярности. На простых механических моделях, таких как колебание маятника, можно увидеть, что есть ситуации, когда поведение маятника непредсказуемо, то есть даже элементарный и хорошо изученный механический объект ведет себя недетерминистским образом. Чем сложнее система, тем в меньшей степени она подчиняется элементарным «законам природы».

Точки бифуркации в теории неравновесных процессов динамического хаоса - это акты спонтанного, внешне ничем не детерминированного, а потому непредсказуемого разделения изначально однородного материала, процесса или хода течения событий. Такой акт может порождать множество дроблений, ветвление, эволюцию как таковую.

Из математики мы знаем, что в неравновесной ситуации дифференциальные уравнения, моделирующие тот или иной природный процесс, становятся нелинейными, а нелинейное уравнение обычно имеет более, чем один тип решений. В природе это соответствует тому, что в любой непредсказуемый момент времени может возникнуть новый тип решения, не сводимый к предыдущему, а в точках сингулярности или смены типов решений - в точках бифуркации - может происходить смена пространственно-временной организации объекта.

В качестве яркого примера возникновения новой пространственно-временной структуры могут служить «химические часы» - химический процесс, в ходе которого раствор периодически меняет свою окраску. Это выглядит так, будто молекулы, находящиеся в разных областях раствора, могут каким-то образом общаться друг с другом. На самом деле в неравновесной системе когерентность поведения молекул резко возрастает. В равновесии молекула «видит» только своих непосредственных соседей и взаимодействует («общается») только с ними. Вдали от равновесия каждая часть системы «видит» всю систему целиком. Можно сказать, что в равновесии материи слепа, а вне равновесия как бы «прозревает». Именно поэтому в неравновесной системе возможны уникальные события и флуктуации, способствующие этим событиям. Можно говорить о расширение масштабов системы и повышении ее чувствительности к внешнему миру. Это лежит в основе эволюции и приводит к возникновению исторической перспективы, то есть возможности появления более совершенных форм организации материи и сознания.

ФИЛОСОФИЯ

С появлением синергетики на смену безальтернативному поступательному процессу эволюции пришла идея, созвучная «творческой эволюции» Анри Бергсона - философии, позволяющей переходить от простых форм организации материи к сложным и от развития по единственной траектории - к эволюции по расходящимся линиям.

Неотъемлемое достоинство философской системы Пригожина - плюральное и объемное видение мира. Человек - не только свидетель, но и творец эпохи. Выбор между детерминированной подчиненностью и определенностью, где высшей добродетелью является покорность обстоятельствам, и активностью свободной личности - этот выбор всегда экзистенциален и даже трагичен, ибо свобода сопряжена с принятием риска и ответственности.

Модернистская физика - квантовая теория, синергетика, современная космология - приводят нас к выводу, что реальность неподконтрольна человеку из-за существования нестабильности, неопределенности, непредсказуемости и стохастичности многих феноменов, причем это относится не только к социальным явлениям или к психологии, но - к так называемому «объективному» миру. Вопреки классической физике, мы не можем полностью контролировать окружающий нас мир нестабильных феноменов или траекторию материальных процессов из-за присутствия на этих траекториях точек бифуркации, в которых ход процесса непредсказуем.

Согласно воззрениям Ильи Пригожина, траектории многих систем нестабильны, а это значит, что мы можем делать достоверные предсказания лишь на коротких временных интервалах между точками бифуркации. Краткость же этих интервалов (называемых также темпоральным горизонтом или экспонентой Ляпунова) означает, что по прошествии определенного периода времени траектория неизбежно ускользает от нас, то есть мы лишаемся информации о ней. Знание открывает нам окна в универсум, но из-за сущностной нестабильности многих процессов абсолютное или исчерпывающее знание невозможно (либо носит вероятностный характер).

Все утопии мертворожденны, ибо не включают в себя стохастичности, неопределенности и вероятности - это в равной мере относится к физическому и социальному мирам, к науке и культуре, где любая заданная тема всегда допускает великое множество продолжений. Это кладет конец претензиям на абсолютный контроль над какой-либо сферой реальности, тем более - любым утопическим мечтаниям об абсолютно контролируемом обществе. Реальность вообще не контролируема в том смысле, который был провозглашен прежней детерминистской наукой.

Пригожин по-новому взглянул на отношения между случайностью и необходимостью - отношения, долгое время бывшего предметом ожесточенных интеллектуальных войн. Философов и теологов веками волновала проблема примирения детерминизма со свободой воли. Одно из хитроумных решений этой проблемы состояло в признании детерминированности всего происходящего в мире - божественным предопределением с оговоркой относительно свободы воли индивида. Бог всё определяет и контролирует, но предоставляет человеку некую свободу выбора, в пределах которой тот волен принимать решения по своему усмотрению. Вернер Гейзенберг и творцы квантовой механики пошатнули идеи определенности и необходимости всего сущего, а философы-экзистенциалисты утвердили идею абсолютности человеческой свободы. Таким образом, уже до Пригожина проблема детерминизма претерпела существенные изменения: «Стирающий всякие различия, обезличивающий подход старого детерминизма сменился всячески подчеркивающим различия эволюционным подходом, основанным на использовании детерминаций» (Эдгар Морен).

Синергетический подход к этой проблеме признал необходимость и случайность (детерминизм и свободу) взаимодополнительными: неравновесная система какое-то время следует «законам природы», но под влиянием флуктуаций в какой-то момент достигает точки бифуркации, в которой принципиально невозможно предсказать, в какое состояние перейдет система. Случайность подталкивает то, что остается от системы, на новый путь развития, а после того как путь (один из многих возможных) выбран, вновь вступает в силу детерминизм - и так до следующей точки бифуркации. Иными словами, случайность и необходимость выступают не как несовместимые противоположности, а как взаимно дополняющие элементы эволюции.

Модернистская наука сущностно нарративна. Если прежде существовала дихотомия - по-преимуществу нарративные (повествовательные) социальные науки и науки естественные (точные), ориентированные на поиск законов природы или вычисляемых траекторий процессов, - то синергетика разрушила такую дихотомию. Реальность включает в себя уникальные процессы - будь-то появление или разрушение мироздания, зарождение жизни, появление и исчезновение видов, - а также существование непредсказуемых сингулярностей на эволюционных траекториях. Мы все больше уходим из центра мира: открытия Галилея продемонстрировали, что земля не является центром планетарной системы, Дарвин показал, что человек - лишь элемент в эволюции жизни, а Фрейд и Юнг обнаружили, что даже наше собственное сознание является лишь частью объемлющего его или коллективного бессознательного. В приложении к культуре или человечеству это также означает, что нет и не может быть высших и низших рас, избранных народов или единого (правильного) взгляда на мир.

Совсем по-иному мы должны относиться к понятиям риска и ответственности. В детерминистском мире риск отсутствует, ибо несовместим с рациональностью и одновариантностью. Риск появляется лишь там, где универсум открывается как нечто многовариантное, подобное сфере человеческого бытия. В модернисткой науке место универсума занимают мультиверсум, многомирие и многовариантное видение мира, открывающие природе и человеку бесконечные возможности выбора - кстати, для человека - выбора, означающего определенную этическую ответственность.

Когда государство пытается подавить эволюцию и перемены жестокой силой, говорил Пригожин, оно разрушает смысл жизни, оно создает общество «безвременных роботов». С другой стороны, полностью иррациональный, непредсказуемый мир также будет ужасающим. Поэтому необходимо найти что-то среднее - пробабилистическое описание, или вероятностный стиль мышления, присущий модернистскому научному познанию. Ведь человеческое поведение, всегда подчеркивал Пригожин, не может быть определено никакой научной, математической моделью: «В человеческой жизни у нас нет никаких простых базовых уравнений! Когда вы решаете, будете ли пить кофе или нет, это уже сложное решение. Оно зависит от того, какой сегодня день, любите ли вы кофе и так далее».

По Пригожину история, как совокупность бифуркаций, предельно чувствительна к индивидуальным усилиям. Те бифуркации, которые ведут к новым историческим системам, инициируются гениями-провозвестниками, способными влиять на социокультурную среду и действующие социальные механизмы. Человечеству необходимо как можно быстрее преодолеть несовместимость свободной творческой деятельности Человека и политической власти. Пригожин не просто считал роль индивида более важной, чем государства, но выдвинул тезис: индивидуальная человеческая жизнь - ключевой фактор эволюции человечества.

Мы видим, что синергетика, в которой место устойчивости, порядка, однородности и равновесия занимают неустойчивость, нелинейность, хаос, разупорядоченность и неравновесие - не просто теория самоорганизации материи, сменившая термодинамику, но - новая система миропонимания, учитывающая нелинейность и неравновесность процессов становления «порядка через хаос», а также непредсказуемых бифуркационных изменений, необратимости времени, неустойчивости как основополагающей характеристики процессов эволюции. Проблемное поле синергетики, по Пригожину, центрируется вокруг понятия «сложность», ориентируясь на постижение природы, принципов организации и эволюции мира.

Исследователи обращают внимание на общекультурные коннотации пригожинской синергетики, возможно, впервые в истории науки перебросившей мосты между естественными и гуманитарными науками. Речь идет о глубоких социальных и даже политических обертонах, явно звучащих в книге «Порядок из хаоса». Подобно тому как ньютоновская небесная механика породила аналогии в социологии и политике, пригожинская синергетика допускает далеко идущие параллели.

Например, в «Порядка из хаоса» большое внимание уделено теории организации и дана оригинальная трактовка некоторых психологических процессов, например инновационной деятельности, в которой авторы усматривают связь с «несредним» поведением (nonaverage) выдающихся личностей, аналогичным возникающему в неравновесных условиях.

Важные следствия синергетики возникают также при трактовках коллективного поведения. Социальные отношения определяются не столько генетическими или социобиологическими объяснениями не, но - социальными взаимодействиями в неравновесных условиях.

Не удивительно, что современные экономисты, этнографы, географы, экологи и представители многих других научных специальностей применяют в своих исследованиях идеи синергетики.

Сама жизнь возможна лишь в открытых системах, обменивающихся материей, энергией и информацией с внешним миром.

Понимание времени Прихожиным во многом совпадает с поэтической формулой Поля Валери: «Время - это конструкция». Время не является чем-то готовым, предстающим в завершенных формах перед гипотетическим сверхчеловеческим разумом. Нет и нет! Время конструируется в каждый данный момент, рождая непредсказуемые скачки и сингулярности, а в человеческой культуре - давая человечеству возможность принять участие в процессе такого «конструирования».

Я хотел бы подчеркнуть, что радикальный пересмотр понятия времени - неотъемлемая составная часть грандиозной революции, происходящей в современной науке и культуре.

Включение в рассмотрение времени позволило Пригожину понять не только неравновесные структуры, возникающие как результат необратимых процессов, но рассмотреть динамические, нестабильные систем, полностью меняющие наши представления о детерминизме.

Пригожин рассказывал, что еще в студенческие годы был поражен вопиющими противоречиями в естественнонаучном подходе к проблеме времени и что эти противоречия стали отправным пунктом всей его дальнейшей деятельности.

Как и у Августина Аврелия, навязчивой идеей Пригожина стала природа времени. Само слово «Время» он писал с большой буквы, поскольку вектор времени или время как необратимость и становление возникающего из существующего - было главной темой его научных интересов.

В своих многочисленных интервью он жаловался, что физика недооценивает тот очевидный факт, что время продвигается вперед только в одном направлении. Необходима физическая теория, в основу которой положена необратимость периода реальности. Такая теория, считал Пригожин, станет мостом над пропастью, разделяющей точные и гуманитарные науки, и тем самым продемонстрирует «новое обаяние» природы.

Фактически главная тема книги «Порядок из хаоса» - переоткрытие понятия времени и конструктивная роль, которую необратимые процессы играют в явлениях природы. Авторами найдена новая формулировка динамики, позволяющая уточнить значение необратимости на уровне фундаментальных законов физики.

Пригожин рано понял, что вектор времени - важнейший элемент в структуре Вселенной: «Это приводило меня в некотором смысле в конфликт с великими физиками, типа Эйнштейна, который говорил, что время - это иллюзия». На самом деле необратимость времени - не иллюзия, но суть и смысл эволюции, делающей всех нас не отцами, а детьми времени: «Мы появились в результате эволюции. То, что нам требуется сделать, - это включить эволюционные модели в наши описания. Что нам требуется, так это дарвиновский взгляд на физику, эволюционный взгляд на физику, биологический взгляд на физику».

По Пригожину, сама эволюция сущностно «нестабильна», то есть управляется механизмами, допускающими непредсказуемые скачки, которые способны делать предшествующие события исходным пунктом нового развития, нового глобального взаимообусловленного порядка.

Эволюция - это появление новых уровней организации и череда переходов к новому типу гомеостазиса (относительное динамическое постоянства состава и свойств внутренней среды). Новые уровни организации возникают в точках бифуркации, в каждой из которых возникает «веер» потенциально возможных направлений развития системы.

Открытые системы, обменивающиеся с внешней средой веществом, энергией, и, главное, - информацией, характеризуются иерархией уровневой организации элементов. По мере их развития появляются новые уровни и новая дифференциация системы на подсистемы. При этом каждый новый уровень оказывает обратное воздействие на уровни, сформировавшиеся ранее, видоизменяет их, - и именно таким образом система функционирует как новое целое.

Вопреки термодинамическому принципу энтропии, эволюция Вселенной, материи или жизни отнюдь не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм. Наоборот, они развиваются в противоположном направлении: от простого к сложному, от низших форм жизни к высшим, от недифференцированных структур к дифференцированным. Со временем уровень внутренней организации Вселенной неуклонно повышается.

Концентрируясь на направленной стреле времени, Пригожин задается вопросом: «Какова специфическая структура динамических систем, позволяющая им «отличать прошлое от будущего»? Каков необходимый для такого различения минимальный уровень сложности»?

Ответ, который дает Пригожин, можно свести к следующему: стрела времени проявляет себя лишь в сочетании со случайностью. Только в том случае, когда система ведет себя достаточно случайным образом, в ее развитии и описании возникает различие между прошлым и будущим и, следовательно, необратимость. Именно необратимые процессы возникновения порядка из хаоса, порождают высокие уровни организации (например, диссипативные структуры).

Интерпретируя в таком свете второе начало термодинамики, Пригожин рассматривал энтропию не как движение к хаосу, а как прародительницу порядка в открытых системах.

Если обратимость присуща замкнутым системам, то необратимость - всей Вселенной, где при неравновесных условиях энтропия может производить не деградацию, а порядок, организацию и, в конечном счете, - жизнь.

Пригожинские представления об энтропии как об источнике организации означают, что энтропия утрачивает характер жесткой альтернативы, возникающей перед системами в процессе эволюции: в то время как одни системы вырождаются, другие развиваются по восходящей линии и достигают более высокого уровня организации. Такой объединяющий, а не взаимоисключающий подход позволяет биологии и физике сосуществовать, вместо того чтобы находиться в отношении контрадикторной противоположности.