Второй закон термодинамики: возможна ли прогрессивная эволюция?

Вячеслав Алексеев

Ответ на вопрос относительно возможности усложнения материи, включая абиогенез и эволюцию видов, зависит от того, существует или нет запрет общего характера на процессы такого рода. По мнению креационистов такой запрет существует — это второй закон термодинамики, в соответствии с которым все события во Вселенной протекают с увеличением энтропии, которую с известными оговорками можно рассматривать в качестве меры беспорядка. Говоря проще, все во Вселенной стремится к хаосу и беспорядку, а потому прогрессивная эволюция невозможна. Спор между креационистами и эволюционистами по этому вопросу ведется уже не одно десятилетие и по сути зашел в тупик — основные аргументы уже давно высказаны, и оппоненты предпочитают далее не слышать друг друга.

Креационисты убеждены, что второй закон термодинамики – это препятствие, исключающее возможность какой-либо прогрессивной эволюции. Проблема, однако, значительно сложнее, чем себе представляют креационисты. Некоторые, в том числе очень известные люди, вообще сомневались в том, что жизнь подчиняется второму закону термодинамики. К их числу относился, например, физик Герман Гельмгольц, один из тех, кто заложил в XIX веке основы термодинамики. Однако и сегодня есть некоторое число биологов, философов и физиков, которые полагают, что жизнь необъяснима с точки зрения второго закона термодинамики. В биологической литературе в этом смысле примером может служить книга А. Лима-де-Фариа “Эволюция без отбора. Автоэволюция формы и функции” (М., 1991). Аргументация этого автора примерно такова – второй закон термодинамики был сформулирован для тепловых машин, однако живые организмы не являются машинами, а потому было бы неверным механически переносить на них этот закон.

И все же в научном сообществе — среди биологов и физиков — сегодня господствует мнение о том, что между вторым законом термодинамики и фактом существования биологических систем нет противоречия. В этом смысле парадигмой являются соображения физика Эрвина Шредингера, высказанное им в еще в 40-е годы в его широко известной книге “Что такое жизнь? С точки зрения физика”. В ней он сообщил, что организмы пребывают в состоянии устойчивого неравновесия, они постоянно сопротивляются тенденции к увеличению беспорядка, но вполне легальным способом — они существуют и развиваются благодаря тому, что извлекают из среды “отрицательную энтропию”. По выражению Шредингера они “пьют упорядоченность” из среды, увеличивая хаос вокруг себя (Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика. М., 1972, с. 73, 78).

Однако Шредингер никак не обсуждает вопрос о том, как подобные парадоксальные системы могли возникнуть в процессе эволюции. Наличие холодильника не противоречит второму закону термодинамики, однако не видно никаких путей его спонтанного возникновения вне творческого акта конструктора.

Но даже если второй закон термодинамики противоречит возникновению и эволюции жизни, это еще не означает того, что жизнь в принципе не могла возникнуть. Законы физики вообще формулировались эмпирически, а не исходя из неких априорных и непогрешимых принципов. И когда в движении Меркурия, планеты, находящейся в сильном гравитационном поле Солнца, обнаружились отклонения, явно не укладывающиеся в законы классической механики Исаака Ньютона, пришлось прибегнуть к общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Второй закон термодинамики, также, как и всякая научная теория, не является “священной коровой”, а потому ничего не мешает предполагать, что в природе есть некие силы самоорганизации, которые создают биологическую сложность вопреки второму закону термодинамики.

Однако потому, что второй закон термодинамики креационистам очень выгоден, они склонны видеть в нем именно “священную корову”. Увы, в их защите этого закона очень много своекорыстного, а вот когда креационистам та или иная теория становится невыгодной, они сами с легкостью сомневаются в ней. Так, например, они нередко отвергают общую теорию относительности, поскольку от ее уравнений всего один шаг до неприемлемой для них теории Большого взрыва.

Что же касается самого второго закона термодинамики, стоит заметить, что пока нет неоспоримых оснований видеть в нем запрет на эволюцию и постулировать наличие в природе неких сил самоорганизации, существующих за пределами этого закона. Но, прежде чем проанализировать данный вопрос по существу, замечу, что проблема споров креационистов и эволюционистов вокруг второго закона термодинамики отягощена его вульгарным пониманием. Это можно почувствовать, в частности, по некоторым высказываниям биохимика-креациониста Дуэйна Гиша из книги “Ученые-креационисты отвечают своим критикам” (СПб., 1995), который посвятил второму закону термодинамики целую главу. При этом относительно замкнутых систем Гиш сообщает следующее:

“Второй закон неумолимо гласит, что такая система может двигаться только в одном направлении: вниз. Все подобные системы становятся постепенно все беспорядочнее, все хаотичнее, все проще. Они никогда не усложняются и не прогрессируют” (Гиш Д. Ученые-креационисты отвечают своим критикам. СПб., 1995, с. 108).

На самом деле второй закон термодинамики говорит вовсе не об упрощении и деградации замкнутых систем. Строго говоря, он утверждает только то, что в ходе природных процессах увеличивается некий параметр, именуемый энтропией. При этом нередко энтропию рассматривают в качестве меры беспорядка, однако с такой трактовкой соглашаются далеко не все (Хайтун С. Д. Механика и необратимость М., 1996).

И здесь возникает запутанная проблема выявления критериев сложности и беспорядка. Она обсуждается, в частности, в книге И. Пригожина и Г. Николиса “Познание сложного” (М., 2003). При этом авторы вообще затрудняются дать внятное определение тому, что такое сложная система. С одной стороны совершенно хаотичная система, например, газ в колбе, едва ли будет сложной системой, с другой стороны кристалл, состоящий из одинаковых и повторяющихся молекул, тоже трудно назвать сложной системой, хотя порядок здесь налицо. Сложность существует где-то посередине. В связи с этим существует несколько десятков определений того, что такое “сложность”. При этом система может упрощаться в одном аспекте и усложняться в другом. Добавлю к этому еще и то, что в феномене сложности присутствует множество качественных аспектов, которые вообще невозможно свести к количеству.

Но я не буду здесь обсуждать эту запутанную проблему. Соглашусь все же с тем, что энтропия – это мера беспорядка, несмотря на то что это, возможно, некорректно. Обращу внимание на другой момент. Гиш рассматривает Вселенную в качестве закрытой системы. На этом основании он считает в принципе несостоятельными выдвинутые астрофизиками, концепции эволюции галактик и звезд (Гиш Д. Ученые-креационисты отвечают своим критикам. Спб., 1995, с. 101). Является Вселенная открытой или закрытой системой – это на самом деле вопрос, который в космологии до сих пор считается открытым. Некоторые космологи полагают, что наша Вселенная существует в контексте более широкого Универсума. Но главное даже не в этом. Допустим, что Вселенная все же является закрытой системой. В связи с этим соглашусь с тем, что интегральный вектор развития Вселенной направлен к таким состояниям, которые в целом оказываются более хаотичными и простыми. Тогда глобальным результатом ее эволюции будет всеобщее успокоение — “тепловая смерть”. Эта грустная перспектива была открыта физиком Уильямом Томсоном (Кельвином) еще в 1852 году, то есть до введения Рудольфом Клаузиусом самого термина “энтропия”.

Эволюционисты не всегда и не очень охотно признают неприятную перспективу “тепловой смерти” Вселенной, тем не менее, они все же вполне способны делать последовательные выводы из своей концепции: эволюция – это всего лишь временное явление, затейливый узор на стареющем лице Вселенной. Ситуация и в самом деле достаточно безнадежна, по крайней мере, если Вы продолжаете оставаться атеистом.

Дело, однако, в том, что даже если мы рассмотрим энтропию в качестве меры беспорядка, второй закон термодинамики не будет запретом на усложнение или упорядочивание даже в закрытых системах, просто потому, что в некоторых частях закрытой системы усложнение может происходить за счет увеличения энтропии в других частях системах. Гиш в этом смысле весьма грубо и вульгарно понимает второй закон термодинамики. Скажем, в разогретом и расширяющемся паре возможна конденсация капель, и это никак не противоречит второму закону термодинамики. Конденсируясь, капли увеличивают энтропию вокруг.

Наверное, это достаточно грубая аналогия, и все же я воспользуюсь ею, поскольку она намекает на то, что в расширяющейся Вселенной вполне возможно образование звезд и галактик. Нельзя сказать того, что процесс их конденсации с термодинамической точки зрения вполне понятен. Обсуждение трудностей этого вопроса можно найти, например, в книге физика Пола Девиса “Случайная Вселенная” (М., 1985, с. 118). Но эти проблемы не означают какого-то фатального запрета, закрывающего путь для структурирования Вселенной.
Еще одним примером появления упорядоченных структур в закрытых системах может служить образование в насыщенном растворе кристалла. Еще один подобный пример — это развитие растения из семени или организма из оплодотворенной яйцеклетки. В обоих случаях формируется упорядоченная структура опять же за счет повышения энтропии в окружающей среде. Итак, второй закон термодинамики сформулирован лишь для закрытых систем, но даже там упорядоченные структуры могут возникать за счет повышения энтропии в других частях системы.

Проблема, однако, состоит в том, что предложенные выше аналогии хромают. Кристалл – это стабильная, периодичная структура, которая ничем не напоминает сложную подвижную организованность живой клетки. В этом смысле развитие организма более подходит в качестве модели, позволяющего ощутить возможность прогрессивной эволюции живых систем. В эволюционизме нередко проводятся аналогии между индивидуальным развитием организма и эволюцией жизни. И все же данная аналогия опять же не вполне некорректна — в ходе эмбриогенеза происходит реализация программы развития, изначально закодированной в генах.

И здесь возникает вопрос — может ли сложность возрастать на основе дарвиновских механизмов – отбора случайных мутаций? Эрик Галимов в книге “Феномен жизни. Между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции” (М., 2001, с. 28) предпринимает свою попытку при помощи термодинамики обосновать возможность прогрессивной эволюции. В связи с этим он цитирует Роналда Фишера, одного из создателей популяционной генетики и неодарвинизма, который заметил: “естественный отбор – это механизм производства невероятного”. Имеется в виду то, что отбор поддерживает сложные системы оказавшиеся устойчивыми. По этому поводу сам Эрик Галимов высказался так: отбор – это “накопление отрицательных флуктуаций энтропии” (Там же, с. 33).

Естественный отбор, в связи с этим, называют также “демоном Дарвина”. Сам этот термин является парафразом термина “демон Максвелла”. Как известно, Максвелл предложил схему, согласно которой в трубке между двумя сосудами с газом находится существо – “демон Максвелла”, который пропускает молекулы в одном направлении и не пускает в другом. В результате вопреки второму закону термодинамики молекулы скапливаются в одном из сосудов, а энтропия системы понижается. Решением этой проблемы является то, что “демон Максвелла” выполняет определенную работу и выделяет тепло, а это компенсирует снижение энтропии в сосудах. “Демон Дарвина” – естественный отбор — может действовать аналогичным образом – он повышает энтропию вокруг, поддерживая при этом удачно организованные существа. Но способен ли “демон Дарвина” реально функционировать – это на самом деле большой вопрос.

При его решении все упирается в расчеты вероятности возникновения сложных структур, которые могут быть поддержаны отбором. В связи с этим замечу, что соответствие второму закону термодинамики вообще основывается на статистических соображениях — в принципе все молекулы газа могут собраться в одной части сосуда, понизив этим самым энтропию системы, однако простой подсчет говорит о том, что вероятность такого события близка к нулю.

И если теперь обратиться к возможности функционирования “демона Дарвина”, то креационисты обычно приводят стереотипные расчеты вероятности случайного возникновения какой-нибудь белковой молекулы. При этом вероятность случайного возникновения такой молекулы, естественно, оказывается исчезающее малой.

Процесс создания новых генов или белков креационисты любят уподоблять спонтанной самосборке из деталей функционирующих механизмов. В связи с этим среди них весьма популярна метафора астрофизика Фреда Хойла, который уподобил основанное на случайных событиях самосборку белковой молекулы ситуации, когда торнадо, пронесшийся над свалкой металлолома, создает новенький Боинг-747 (эту метафору креационисты способны повторять бесконечно). Мораль – биохимические структуры созданы непосредственно Богом.

Дело, однако, состоит в том, что эволюция – это процесс постепенного усложнения, контролируемый естественным отбором. Биохимик-креационист из движения Разумного Замысла (Intelligent Design movement) Майкл Бихи в своей книге “Черный ящик Дарвина” (1996) в связи с этим выдвинул концепцию “неупрощаемой сложности”. Суть ее в том, что многие биохимические структуры устроены так, что не могут возникнуть путем постепенного усложнения – достаточно убрать какой-либо элемент и система не сможет выполнять нужную функцию. По поводу этого аргумента против дарвиновской модели эволюции продолжают идти споры, и вопрос о возможности постепенного усложнения биохимических систем остается открытым.

Относительно вероятностных подсчетов возможности прогрессивной эволюции по дарвиновской модели замечу еще одну вещь. Достаточно десять раз подбросить игральную кость, и мы получим событие, вероятность которого будет ужасающе малой. Вероятность появления на основе случайных мутаций одного функционирующего белка также будет исчезающее малой. Но это еще не означает того, что вообще никакая молекула белка не способна возникнуть. Вообще имеет смысл подсчитывать вероятность усложнения самой системы. В направлении усложнения на самом деле ведет множество путей, креационисты же выхватывают одну молекулу белка, один путь усложнения и тупо считают вероятность ее случайного возникновения. Но как посчитать все число путей, ведущих к усложнению? Я думаю, с такой проблемой сегодня не справится никто.

Замечу также, что живые организмы в отличие от механизмов, созданных человеческими руками, – это весьма специфические системы. Прежде всего – это системы, способные к самовоспроизведению – если структура удачна, она поддерживается естественным отбором и распространяется в популяции. При этом сама система представлена множеством копий, причем каждая из таких копий может стать стартовой площадкой для пробы. Могут ли в результате этого низкие вероятности усложнения системы превратиться значимые за счет огромных эволюционных сроков и огромного числа стартовых площадок – это большой вопрос.

Таким образом, вопрос о соответствии дарвиновской эволюции второму закону термодинамики упирается в пока неразрешимые математические трудности расчета вероятностей и остается открытым. Но я хотел бы сейчас обсудить также несколько иной вопрос – возможно ли образование упорядоченных структур вне дарвиновских механизмов? Гиш утверждает, что открытость системы и приток в нее энергии необходимые, но не достаточные условия их эволюции. Земля, получающая энергию от Солнца, является такой системой, но нужно еще кое-что, а именно в системе, по его мнению, должна существовать программа, преобразующая хаотичную энергию в энергию канализированную (Гиш Д. Ученые-креационисты отвечают своим критикам. СПб., 1995, с. 116). Дело, однако, состоит в том, что в последние десятилетия обнаружены процессы спонтанного возникновения упорядоченных структур из хаоса, где явно отсутствует какая-либо программа развития.

Стереотипным примером в этом смысле являются работы Ильи Пригожина по нелинейной термодинамике. Его подход можно проиллюстрировать следующим примером. В состояниях близким к устойчивости система развивается предсказуемым образом, примером может служить маятникообразное движение шарика в лунке. Однако если отклонить систему от равновесного состояния, состояние ее оказывается трудно предсказуемым, ситуацию при этом можно уподобить попаданию шарика на горку, где он может начать падать вниз в самых различных направлениях. В подобных критических ситуациях, названных Пригожиным точками бифуркации, развитие может пойти различным путям, и здесь резко возрастает роль термодинамических флуктуаций. В этих условиях в системе могут возникнуть неожиданные формы упорядочивания на основе хаотических процессов. Такие упорядоченные структуры, возникающие в открытых системах благодаря обмену энергией и веществом со внешней средой, Пригожин назвал диссипативными.

Стереотипный пример диссипативных структур — автоколебательные химические реакции. Этот тип реакций был обнаружен еще в начале XX века, и затем был переоткрыт русскими химиками Б.П.Белоусовым и А.М.Жаботинским во второй половине XX века. В частности, оказалось, что при окислении лимонной кислоты броматом в присутствии ионов церия подкрашенный раствор периодически меняет цвет. В условиях закрытой системы эти колебания постепенно затухают, но, если в систему поступают исходные вещества, а продукты реакции отводятся, колебания могут происходить бесконечно. Стоит к этому добавить еще и то, что упорядоченные структуры в растворе возникали не только во времени, но и в пространстве (Хайтун С.Д. Синергетика: историко-методологический очерк//Философия науки в историческом контексте. СПб., 2003, с. 348).

Еще один стереотипный иллюстративный пример порядка, возникающего из хаоса – это характер перемещения потоков воды при нагревании чайника. При низком градиенте температур нагревание происходит посредством передачи тепла. Затем по мере увеличения градиента небольшие случайные потоки прогретой жидкости, движущиеся вверх, формируют упорядоченные структуры, и если подкрасить воду, это становится заметным – потоки поднимаются по краям шестигранников, а в центре опускается холодная вода. Такого рода упорядоченные структуры называют ячейками Бенара. Дальнейшее нагревание, однако, разрушает эти структуры, и в системе воцаряется хаос. Таким образом, на грани между хаосом и безнадежным порядком на основе флуктуаций в системах все же возможно формирование неких упорядоченных, подвижных структур.

При этом рождение подобного порядка из хаоса не противоречит законам термодинамики. Американский футуролог Олвин Тоффлер в связи с этим следующим образом комментирует сложные связи между энтропией и порядком:

“По мнению Пригожина и Стенгерс энтропия – не просто безостановочное соскальзывание систем к состоянию, лишенному какой-либо организации. При определенных условиях энтропия становится прародительницей порядка” (Тоффлер О. Наука и изменение//Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М., 1986, с. 7).

Есть также мнение, что научное сообщество так долго не хотело признать существования автоколебательных реакций именно потому, что возникновение упорядоченных структур из флуктуаций казалось нарушением второго закона термодинамики (Хайтун С. Д. Синергетика: историко-методологический очерк//Философия науки в историческом контексте. СПб., 2003, с. 348). Сопротивление встретили также работы Ильи Пригожина по нелинейной термодинамике. Он все же получил за них в 1977 году Нобелевскую премию, но присуждена она была не в области физики, где у него нашлось множество оппонентов, а в химии.
Нелинейная термодинамика Пригожина – это одно из течений в широком междисциплинарном движении, изучающем вопрос о поведении сложных систем и возможности их возникновения.

Весь спектр концепций в русле идеи самоорганизации обозначают различными терминами. Пригожин называл их “наукой о сложности”. Однако более популярным оказался термин “синергетика”, введенный в 1972 году Германом Хакеном. Самого Хакена к разработке синергетики подтолкнула физика лазера. Оказалось, что по мере накачки лазера совершается неожиданный переход от случайного, хаотичного излучения к когерентному лучу — имеет место некая самоорганизация в характере излучения. Позднее Хакен расширил свои соображения до уровня концепции, объясняющей процессы возникновения образцов порядка, возникающих при взаимодействии множества элементов в самых различных системах – химических, биологических и экономических.

В 1978 году вышла его книга “Синергетика”, ставшая первой крупной монографией в этой области. В ней Хакен настаивает на существовании неких общих закономерностей поведения сложных систем, вне зависимости от того, из каких элементов она состоит. Так, если поместить жидкость между двух вложенных цилиндров и начать вращать внутренний цилиндр, в какой-то момент в жидкости возникают упорядоченные структуры – вихри Тейлора. Однако при дальнейшем возрастании скорости система переходи в хаотичное состояние. Нечто подобное имеет место в самых различных сложных системах, в том числе в твердом теле — если взять образец арсения галлия и увеличивать напряжение, то ламинарное движение электронов сменяется периодическими импульсами, а затем хаосом. Периодические, упорядоченные структуры – ячейки, спирали, колебания — возникают в самых различных сложных системах. Все они представляют собой некие напоминающие друг друга примеры самоорганизации, которые возможно описываются общими законами (Хакен Г. Синергетика. М., 1985, с. 28). Хакен в связи с этим утверждает:

“Диапазон таких примеров необычайно широк: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от электрических приборов до формирования общественного мнения, от мышечного сокращения до выпучивания конструкций” (Там же, с. 16).

Сама по себе идея самоорганизации возникла давно, в исторических обзорах ее истоки ищут уже в античной философии и даже ранее — в мифологическом мышлении, связывающим рождение богов из хаоса. Однако только в середине XX века это направление оформилось в качестве научной дисциплины. При этом истоки ее ищут в самых различных дисциплинах. Одной из них является, в частности, общая теория систем, созданная биологом Людвигом фон Берталанфи в 30-40-е годы XX века. Еще один источник движения самоорганизации – кибернетика. В связи с этим замечу, что сам термин “самоорганизующаяся система” был введен кибернетиком У.Росс Эшби в 1947 году. В 60-е годы в неклассической кибернетике Г. фон Ферстером были построены первые модели возникновения порядка из шума (Концепции самоорганизации: становление нового образа научного мышления. М., 1994, с. 7).

Источником теорий самоорганизации стали также чисто математические изыскания, например, теория автоматов Джона фон Неймана. Еще в пятидесятые годы XX века он изобрел так называемый клеточный автомат. В самом простом виде это набор квадратов, каждый из которых может передавать свое состояние другим клеткам, благодаря чему вызывается целый каскад изменений в системе. В большинстве клеточных автоматов подобные изменения в конечном счете создают периодические изменения. Однако таким образом ведут себя далеко не все клеточные автоматы. Скажем, клеточный автомат “Жизнь”, созданный Джоном Конвеем генерирует бесконечное разнообразие картинок. Подобные автоматы также стали служить моделью для изучения и моделирования поведения сложных систем (Хорган Дж. Конец науки. Взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки. СПб., 2001, с. 312).

Пятидесятыми годами датируются также работы английского математика Алана Тьюринга, который попытался смоделировать процесс дифференциации и роста организма. Клетки эмбриона эквипотенциальны, то есть способны до какого-то момента породить любой орган, а это означает, что дифференциация определяется неким внешним фактором, предположительно концентрацией определенных молекул – морфогенов. Использовав несложную систему дифференциальных уравнений, описывающих химические реакции и диффузию, Тьюринг обнаружил, что его модель позволяет прогнозировать возникновение сложных пространственных структур, которые могут объяснить некоторые параметры морфогенеза (Хайтун С.Д. Синергетика: историко-методологический очерк//Философия науки в историческом контексте. СПб., 2003, с. 347).

Еще одним источником синергетики стало открытие так называемых фракталов. Сам этот термин был введен французским математиком Бенуа Мальденбро. Фракталы – это объекты с мерной дробностью, обладающей самоподобной структурой. Имеется в виду следующее: линия объекта при уменьшении разрешения полностью повторяет рисунок при других уровнях разрешения. Мальдендро утверждает, что многие явления реального мира – облака, снежные хлопья, береговые линии, колебания рынка ценных бумаг – подобны фракталам. Своим соображения на этот счет Мальденбро изложил в книге “Фрактальная геометрия природы” (1977).

К сказанному выше добавлю, что изучение сложности трудноотделимо от исследований хаоса. Именно поэтому одним из источников синергетики считают исследования динамического хаоса. С одной стороны, несложные уравнения взаимодействий между элементами, как оказалось, порождают хаос. С другой стороны, хаос оказывается творческим началом, способным порождать организованные структуры. Эти два аспекта настолько тесно увязаны друг с другом, что обсуждение проблемы самоорганизации нельзя отделить от исследований хаоса. Корреспондент “Scientific American” Джон Хорган в связи с этим предложил для всего этого направления неологизм “хаососложность”.

Если же вернуться к собственно исследованию хаоса, то пионерской здесь стала работа физика-метеоролога Эдварда Лоренца, опубликованная в 1963 году. Лоренц, изучив несложную систему уравнений, пришел к выводу о том, что они порождают динамический хаос. При решении уравнений оказалось, что фазовая траектория формирует особую математическую структуру, которую стали называть “странным аттрактором”. При этом совершенно незначительные изменения в одном месте системы могут привести к глобальным изменениям в другой. Лоренц назвал это явление “эффектом бабочки”, имея в виду то, что дуновение от крыла бабочки во Флориде может привести к катастрофическим атмосферным явлениям где-нибудь в Индонезии.

Начиная с 80-х годов XX века, синергетика, “хаососложность” или “наука о сложности” превратилась в модную дисциплину. До широкой публики идеи “науки о сложности” и хаосе были донесены журналистом Джеймсом Глейком в книге “Хаос: Создание новой науки” (1987). К этому моменту было уже опубликовано множество работ по синергетике в самых различных областях. В связи с этим стали даже говорить о новой междисциплинарной парадигме – постнеклассической науке. Рождение синергетики сравнивают также с научной революцией начала XX века, выразившейся в создании теории относительности и квантовой механики.

В этот период одним наиболее известных штабов исследования феномена сложности стал Институт Санта-Фе в Америке, там проводились интенсивные исследования функционирования сложных систем и их возникновения. Основным орудием исследования процессов самоорганизации и поведения сложных систем стало компьютерное и математическое моделирование, которое дает возможность предсказать поведение систем, ранее плохо поддававшиеся исследованию традиционным научными методами. Это, например, взаимодействие нейронов в мозге, экономические колебания на фондовом рынке, взаимодействие видов в биоценозе, сейсмическая активность и еще многое другое. Хайнц Пагелс в книге “Мечты о разумности” (1988) следующим образом комментирует это обстоятельство:

“Точно также, как телескоп открыл Вселенную, а микроскоп – секреты микрокосма, компьютер теперь открывает новое окно на природу реальности. Через свою способность обрабатывать то, что является слишком сложным для разума, которому ничто не помогает, компьютер позволяет нам впервые смоделировать реальность, создать модели комплексных систем, таких как большие молекулы, хаотические системы, нервные сети, человеческое тело и мозг, модели эволюции и роста населения” (цит. по Хорган Дж. Конец науки. Взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки. СПб., 2001, с. 311-312).

Один из сотрудников Института Санта-Фе Джон Холланд, в частности, разработал теорию генетических алгоритмов. Речь в данном случае идет о программах, которые подобно генам развиваются в ответ на давление естественного отбора. Подобный подход на его взгляд поможет понять процессы самоорганизации в самых различных областях – в популяционной генетике, экономике, политике и нейрофизиологии (Там же, с. 316).

Одним из направлений деятельности Института Санта-Фе стало также моделирование происхождения жизни. При этом оказалось, если смоделировать в виртуальном пространстве молекулы с заданным набором свойств, они могут спонтанно объединять себя в системы, которые способны потреблять другие молекулы и размножаться. Это направление компьютерного моделирования было обозначено термином “искусственная жизнь”. Степень увлеченности подобными изысканиями и потери различения между виртуальным и реальным проявляется в том, что один из лидеров исследования “искусственной жизни” или вернее ее сильной версии — Кристофер Лангтон полагает, что возникшие у него в компьютере “организмы” в самом деле живые. Более того, Лангтон уверен, что в ходе дальнейшей эволюции “искусственная жизнь” шагнет за пределы компьютеров и радикально, по своему усмотрению изменит нашу цивилизацию.

Еще одним из вариантов “искусственной жизни” являются компьютерные модели Стюарта Кауффмана, другого известного сотрудника Института Санта-Фе. Моделируя в компьютере взаимодействия между молекулами, он обнаружил, что при определенной сложности система подвергается неожиданной трансформации – молекулы начинают самопроизвольно соединяться, образуют все более сложные структуры, при этом их каталитические способности существенно превосходят те, которые имели изначальные молекулы. По мнению Кауффмана не появление волей случая молекулы, способной репродуцировать себя, а описанный выше процесс самосборки, усиленный автокатализом, мог привести к появлению живых систем (Там же, с. 217).

Свои результаты Кауффман подробно описал в очень толстой книге под названием “Возникновение порядка: Самоорганизация и селекция в эволюции” (1993). Однако он вовсе не ограничился моделированием процесса возникновения жизни, он попытался высказать также некоторые соображения относительно того, как жизнь могла эволюционировать далее. В 60-е годы Кауффман учился у известного автора математических моделей естественного отбора Джона Мейнарда Смита и воспитывался в русле неодарвинистской парадигмы, но уже тогда стал подозревать, что теории Дарвина не дает полноценного ответа на вопрос о механизмах эволюции. В дополнение к естественному отбору Кауффман постулировал некий внутренний, действующий на молекулярном уровне закон природы, генерирующий объединение генов и создающий вне отбора генетическую основу для рождения новых видов. В целом свою концепцию Кауффман обозначил термином “антихаос” (Там же, с. 216).

Идеи Кауффмана, несмотря на все его усилия, до сих пор не получили широкого признания в научном сообществе. Его учитель Джон Мейнард Смит, известный автор математических моделей эволюции, весьма скептично оценивал модели Кауффмана, также как исследования “науки о сложности” в целом. Однажды он раздраженно назвал все это “наукой свободной от фактов”, то есть чем-то существующим лишь виртуально, в пределах компьютеров (цит. по Bradley W. Designed or Designoid//Mere Creation. Ed. ByW. Dembski. InterVarsity Press, 1998, p. 46). Ему принадлежит также другая, более жесткая и, вероятно, несправедливая оценка ряда работ по изучению “сложности”, проводимых в институте Санта-Фе — “я нахожу все дело заслуживающим презрения” (цит. по Хорган Дж. Конец науки. Взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки. СПб., 2001, с. 223).

Конечно, молекулы в моделях Куффмана обнаруживали способность к самоорганизации, но все же это были не реальные, а вымышленные молекулы с искусственными свойствами. В частности, Кауффман, похоже, приписал им слишком высокую каталитическую способность и способность к объединению. Что же касается его попытки заменить естественный отбор, самоорганизацией генов, то все это еще более спекулятивно, чем его подход к проблеме происхождения жизни.

Если же вернуться к Пригожину, то он старался расширить пределы своей концепции и объяснить ряд процессов в экономике, геологии и биологии. Конечно, существовал большой соблазн связать живые организмы, которые тоже являются неравновесными, открытыми системами с диссипативными структурами. Сам Пригожин не смог остаться равнодушным к этой идее, и все же многие его высказывания на этот счет весьма осторожны. Пригожин сообщал, что он пытается размышлять на эту тему, а попытки непосредственно вывести жизнь прямо из диссипативных структур считал поверхностными. В одной из статей он был вынужден признать:

“Все еще существует разрыв между самыми сложными структурами, которые мы можем создавать в неравновесных ситуациях в химии, и той сложностью, которую мы обнаруживаем в биологии” (Пригожин И. Время — всего лишь иллюзия?//Философия, наука, цивилизация. М., 1999, с. 220).

Хотя синергетический подход порождает надежды на разрешение тайны происхождения жизни и эволюции видов, в концепциях такого сорта действительно интуитивно ощущаются ограничения – примеры сложности, такие как ячейки Бенара, или автоколебательные реакции, на самом деле бесконечно далеки от сложных и как бы сконструированных живых систем. Его подход позволяет обосновать возможность некоторого усложнения, однако остается вопрос – до каких пределов оно возможно? И здесь полемика между креационистами и сторонниками эволюции заходит в окончательный тупик, поскольку оценить эти пределы трудно сегодня даже человеку, который специализируется в нелинейной термодинамике и “науке о сложности”.

Дата: 05.06.2019