Де починається порядок?

Розглянемо приклад.
• Шматок заліза вагою I кг, піднятий на висоту I м, набуває потенційну енергію – 10 Дж.
• Цей же шматок заліза, рухаючись у горизонтальному напрямку зі швидкістю 4,5 м / с, набуває кінетичну енергію величиною J 0 Дж.
• Розміщуємо зразок у полум'я пальника і нагріваємо (тобто підвищуємо температуру). Тим самим ми збільшуємо енергію зразка, хоча зразок залишається в первинному положенні і не рухається. Проте, якщо температура зразка при цьому підніметься лише на 0,03 ° С, то повідомлена зразком енергія досягне тих же 10 Дж. Тепер енергія запасена у формі теплового руху атомів. По суті, вона знову, як і раніше, запасена у вигляді кінетичної і потенційної енергії частинок, проте в даному випадку положення і швидкості атомів немає корельовані один з одним і переміщення зразка не відбувається. Енергія, передана зразком допомогою нагрівання, викликала у зразку невпорядкований рух.
Тепловий рух – це завжди випадкове, хаотичне, некоррелірованнимі, невпорядкований рух.
Здійснюючи над системою роботу, ми змушуємо її частинки рухатися впорядковано; і навпаки, при нагріванні системи ми завжди змушуємо її частинки рухатися неупорядоченно.
Все різноманіття органічного життя на Землі розгортається у вузькому діапазоні температур в околиці 300 градусів (за шкалою Кельвіна). А що ж внизу? Вели температура знижується – всі життєві процеси можуть припинитися, оскільки при цьому атоми в буквальному сенсі будуть «заморожені» в уже існуючих конфігураціях. Наочний тому приклад: вода втрачає текучість, якщо її охолодити нижче точки замерзання. Подолавши природний плин природних процесів, людина змогла досягти в лабораторних умовах температур, дуже близьких до абсолютного нуля, нижче 2-10 s К, що на 10 порядків нижче нормальної температури. Там, в мікроструктурі твердих тіл, панує майже «ідеальне» спокій, і навіть рух атомів проявляється не більше як випадковий «шерех» на млявому тлі. Ще нижче – світ теплового спокою, де не діють ніякі з відомих фізичних законів.
Інша картина спостерігається із зростанням температури. Щоб могла відбуватися та чи інша хімічна реакція, в межах молекули повинна сконцентруватися енергія, достатня для перебудови томів. Чим вище температура, тим більше вірогідність того, що випадкові скупчення енергії виявляться достатніми для того, щоб атоми відповідних молекул могли перейти в нові розташування. Зростають швидкості руху частинок, їх енергія, рвуться хімічні зв'язки, ростуть швидкості хімічних реакцій; потім черга доходить до атомних конструкцій – руйнуються і вони. Температура близько 8 млн градусів потрібно для того, щоб «підпалити» реакцію термоядерного синтезу.
Слід згадати про дивовижний і загадкове явище – про те, що космічним температурним фоном всього живого служить холодне всеохоплююче реліктове випромінювання з температурою всього 3 К, що залишився у спадок від Великого вибуху. Усі життєві процеси розігруються па цьому тлі.
Другий початок термодинаміки встановлює наявність в природі фундаментальної асиметрії, тобто односпрямованість всіх відбуваються в ній самовільних процесів.
Інший аспект асиметрії природи: перетворення теплоти в роботу. Суть цього аспекту асиметрії полягає в тому, що існує свого роду фундаментальний «податок»: природа визнає еквівалентність теплоти і роботи, але вимагає з нас «контрибуцію» щоразу, коли теплота перетворюється в роботу. Іншими словами, неможливо повністю перетворити теплоту в роботу, у той час як роботу можна повністю перетворити в тепло. Цей аспект асиметрії природних процесів дозволяє не просто опанувати енергією, запасеної в паливі, але і витягти з неї рушійну силу, яка, у свою чергу, допомагає нам споруджувати штучні споруди, створювати транспортні засоби і навіть підтримувати зв'язок на відстані. Якби не сталося цього, ми, можливо, були б завжди зігріті, але не стали мудрішими. Чому ж людині знадобилося стільки часу, щоб виявити і використовувати цю асиметрію? Складність полягала в тому, що стояло завдання виділити впорядкований рух з неупорядкованого, оскільки саме в характері руху полягає відмінність роботи від теплоти. Можна розуміти й інакше: рух до впорядкованості в природі «не заохочується», а інших способів передачі енергії при взаємодії термодинамічної системи з навколишнім середовищем, крім роботи і теплоти, не існує.
Отже, робота – це спосіб передачі енергії впорядкованого руху, точно так, як теплота ~ невпорядкованого. Але впорядкованість ототожнюється зі структурою. Робота – це спосіб, а не предмет. Про якій формі впорядкованості може тут йти мова? Наприклад, впорядкований рух атомів (у випадку руху поршня в паровій машині) – це приклад структури порядку, хоча і самогу про примітивного.
Далі, впорядкований рух завжди супроводжується потоком енергії. Якщо зникає потік енергії, структура, звана роботою, припиняє своє існування. Робота є діссіпатів-ної структурою, і в цьому сенсі можна вважати роботу «предметним» об'єктом. Робота не може виникати спонтанно.
Другий початок термодинаміки – це глобальне заперечення можливості мимовільного виникнення структур. Впорядкованість виникає структури обумовлена тим, що де-небудь в іншому місці породжується ще більша невпорядкованість. Локальний структурний порядок може виникати, якщо він пов'язаний з ще більшим руйнуванням і супроводжуючим його безладом де-небудь в іншій області. Конкретна ситуація: конструкція циліндра двигуна така, що в процесі дисипації енергії може виникнути певна структура, яку і сприймають частинки поршня. Цю структуру ми називаємо роботою.
Освіта стійких молекул (вельми важливий елемент в ієрархії впорядкованості) можливе в тому випадку, коли повна енергія системи атомів знижується, тобто енергія молекули менше, ніж сумарна енергія атомів, що входять до складу молекули. Хімічні реакції, тобто процеси, при яких одна речовина перетворюється на інше, – це не що інше, як більш складна форма процесу охолодження.
Точно таким же способом (в принципі, а не в деталях) ми, живі істоти, будучи дисипативними структурами, в результаті своєї життєдіяльності виробляємо певні деструктивні зміни в інших частинах Всесвіту, створюючи при цьому впорядковані структури. Щоб жити, ми повинні «дісс і бенкетувати» (розсіювати енергію), підтримуючи швидко минуще нерівноважний стан; образно кажучи, повна рівновага рівнозначно смерті. Життя продовжується до тих пір, поки здатність наших тлінних тіл до сприйняття зовнішніх впливів не знижується настільки, що ми вже не в змозі підтримувати ефективно діючу зв'язок з оточуючими нас процесами дисипації; тоді ми скочуємося до рівноваги і вмираємо. Ми – діти хаосу, і глибоко в основі кожного зміни приховано розпад. Складається враження, що спочатку існує тільки процес розсіювання, деградації; всі захльостують хвилі хаосу, що не має причин і пояснень. У цьому процесі є тільки безперервний рух до незрозумілою цілі, хоча і в цьому русі можливі різні напрямки, вибір яких, як може здатися, диктується випадком.
Природні процеси – це завжди процеси, що супроводжують дисипацію енергії.
Звідси стає зрозумілим, чому гарячий об'єкт охолоджується до температури навколишнього середовища, чому впорядкований рух поступається місцем невпорядкованому та, зокрема, чому механічний рух внаслідок тертя повністю переходить в теплове. Іншими словами, будь-які прояви асиметрії так чи інакше зводяться до розсіювання енергії. І у фізиці, і в хімії чинником, що викликає природні зміни, є випадкове, безцільне, ненаправленої розсіювання енергії.
Протиприродне може виникнути в ході природних процесів. Якщо ми зуміємо здійснити один процес за іншим, то, скажімо, перший з них може бути творчим, приводячи до локального зниження ентропії (саме це відбувається, наприклад, при охолодженні об'єкта до температури нижчої, ніж у навколишньому просторі). Проте одночасно де-небудь повинен відбуватися інший процес (безперервно пов'язаний з першим), в ході якого виникає, принаймні, таку кількість ентропії, ніж компенсується її зменшення. Наявність зв'язку між двома процесами може призвести до того, що один з них піде у протиприродній напрямку, якщо тільки в ході іншого процесу створюється достатня ступінь безладдя – так, щоб сумарний хаос в світі при цьому зростав.
Якщо хоч де-небудь ми втручаємося і щось міняємо в природному ході подію в одному місці, ми повинні «заплатити» за це – в іншому!
Як правило, у більшому розмірі.
Пояснимо це на простому прикладі. Мабуть знайдуться люди, які не сумніваються в тому, що якщо влітку, в жарку погоду, в кімнаті відрізати холодильник, то в кімнаті стане прохолодніше. Ні, не стане. Стане спекотніше. Усередині холодильника температура дійсно стане нижче кімнатної, а от на радіаторі, за холодильником, стане вище. Зрозуміти це неважко, тому що ми постійно маємо справу з теплом і температурою. А от з ентропією начебто немає. Ентропія – більш абстрактне поняття. Поводиться ентропія інакше: зменшується, коли ми йдемо від рівноваги і збільшується, коли ми «скочуємося» до рівноваги (до хаосу).
Ентропія – міра хаосу, безладу, тісно пов'язана з напрямком течії тепла і температурою, а отже, з енергією. А якщо точніше, то з якістю енергії. Десь на електростанції ми спалили паливо і тим самим значно збільшили хаос для того, щоб у холодильнику незначно виправити становище, піднятися над хаосом на кілька градусів. Нехай Вас не бентежить, що температура при цьому зменшується, тут не важливо, в який бік від рівноваги ми йдемо. І в тому і в іншому випадку, при видаленні від рівноваги, ентропія зменшується. Теплове рівновагу відповідає максимуму ентропії. Стан рівноваги Всесвіту і є її найбільш ймовірне стан.
Локальні зменшення хаосу сприймаються як поява певної структури, але незмінно супроводжуються відповідним збільшенням хаосу де-небудь в іншому місці. У процесі переходу до хаосу можуть відбуватися перетворення різних речовин і навіть виникнути організми. Виявилося, що безцільний потік енергії здатний творити життя і свідомість. Саме тут відкривається справжня роль хаосу. Він перестає бути знаряддям сліпого і безцільного розсіювання енергії, виявляючи себе як творче начало, яка обумовлює зародження самої людської свідомості, про що ми будемо докладніше говорити пізніше. Тут ми підкреслимо лише тог факт, що, як не дивно, осмислення всього цього почалося тільки з появи ідеї парового двигуна.
Звичайна термодинаміка займається закритими системами, де ні речовина, ні енергія не «просочуються» ні в систему, ні з неї. Живий організм являє собою відкриту систему, в якій речовина у вигляді їжі, пиття, повітря засвоюється ззовні, а «відходи» свого часу виводяться з системи.

Діссіпатівпие структури – структури, що утворюються в результаті розсіювання (дисипації) енергії. До них відносяться деякі недовговічні структури, які розпадаються, як тільки припиняється потік енергії або речовини. Частина з них є по своїй природі фізичними, інші – біологічними; всі вони виникають з хаосу – «праху» і знову звертаються в «прах». Однією з перших описаних структур подібного виду була чарункова структура, що утворюється в рідини при наявності конвекції між двома горизонтальними площинами, нижня з яких нагріта сильніше, ніж верхня. Коли різниця температур стає досить великий, виникає нестійкість Бенуа, і рідина виявляє структуру. Структура підтримується завдяки достатньому потоку енергії, і коли він припиняється, структура відразу ж розпадається. Морозні візерунки на склі – природний результат, по суті, тих же процесів. Висловимо крамольну думку про те, що, можливо, і загадкове дію протягу має в основі своїй той же ефект.
Диссипативні структури зустрічаються в хімії. Утворення таких структур зумовлена тим, що деякі хімічні реакції призводять до періодичних змін концентрацій реагуючих речовин, причому ці зміни можуть відбуватися як у часі, гак і в просторі. При зміні в часі одна речовина змінюється іншим, потім знову відновлюється, але лише потім, щоб в черговий раз зникнути. Подібні процеси по суті лежать в основі явища життя, їх називають автоколивальними процесами. Хімічні реакції такого типу вперше виявлені Білоусовим та Жа-ботінекім. До реакцій, що володіє періодичністю в просторі, відносять виникнення клітинної структури тіла (зване в біології морфогенезом). Биття серця є періодичним в часі процесом, який підтримується цілим комплексом осцилюючих хімічних реакцій.
Висновок такий, що послідовність окремих процесів, в кожному з яких ентропія лише зменшується (у той час як хаос у Всесвіті збільшується), може призводити до виникнення структур високого ступеня складності. У цьому разі ми не повинні робити висновок про те, що цей об'єкт є втіленням цілеспрямованого задуму. Він міг виникнути природно в результаті послідовності процесів, кожен з яких сам по собі не переслідує ніякої конкретної мети, а протікає в природному напрямку в міру того як Всесвіт занурюється в хаос.
Такі атрибути Всесвіту, як складність, стійкість і удавана цілеспрямованість, – суть прояви феноменів, керованих не надто жорсткою системою правил (законів). Наслідком таких процесів можуть бути настільки складні явища, як життя і свідомість. У світі немає нічого більш дивного, ніж свідомість і розум людини; тим більше викликає здивування те, що, як може виявитися, у своїй основі вони обумовлені вельми простими явищами.
У живих системах ми маємо справу з впорядкованістю більш високого порядку. Поняття впорядкованості як якогось скоррелі-рованного руху атомів не відображає повною мірою суть процесу організації живої матерії. Це не просто впорядкованість як статистичний патерн, а патерн організації (структура і процес), втілення складної функції, аргументами якої є фундаментальні закони природи. Не тільки втілення успадкованого задуму у вигляді термодинамічно відокремленої системи в стані, далекому від рівноваги, а й розвиток, і вдосконалення її у прогресивному напрямку. Коротше кажучи, це і є справжнє свідомість.
Свідомість живої системи бере початок з реалізації першого сталого біохімічного циклу (петлі) е зворотним зв'язком, самообмеження. самосохраняться і самооновлювється. Свідомість організовує розвиток і підтримує існування субклітинних структур, клітин, органів, організмів, видів і т.д.
Живий організм – багаторівнева термодинамічна система – порядок, народжений us хаосу і існуючий серед хаосу.
«Все у Всесвіті має свідомістю, – стверджує Таємна доктрина. – Всесвіт виробляється і спрямована зсередини назовні ». «Все дійсне – розумно, все розумне – дійсно», – так говорив Гегель.

 

MAXCACHE: 0.49MB/0.00255 sec