Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции - Лев Кривицкий

Такое одностороннее понимание хаоса сохранилось и в последующих попытках физического объяснения взаимодействий хаоса и порядка. Порядок продолжал рассматриваться в связи с повышением разнообразия физических, химических, биологических и социальных систем. Недостаточно учитывалась возможность хаотического разнообразия, вследствие чего стихийные и разрушительные проявления неоднообразия автоматически зачислялись в порядок, в образование порядка из хаоса.

Следует также иметь в виду, что с созданием теории Дарвина идея эволюции через философско-мировоззренческие установки начинает проникать с разной скоростью в естественнонаучные и гуманитарные дисциплины. Эволюционным мировоззрением была проникнута термодинамическая концепция Больцмана, главным импульсом деятельности которого в науке была попытка распространить дарвиновскую концепцию эволюции на физику тепловых процессов. Теория тепловой смерти Вселенной была теорией исторической, и, значит, в какой-то мере теорией эволюционной. В ней история природы понималась как процесс случайного возникновения разнообразия посредством флуктуаций, которые обречены на поглощение всеобщей тенденцией к теплопотерям и утрате энергетической самостоятельности. Такая картина эволюции от случайного и локального порядка к закономерному и всеобщему хаосу основывалась исключительно на законах термодинамики, вытекая из второго закона и абстрагировалась от всех прочих физико-химических процессов, протекающих во Вселенной. С появлением модели расширяющейся Вселенной популярность модели тепловой смерти стала медленно, но неуклонно снижаться. Расширяющаяся, распространяющаяся Вселенная выглядела очень разнообразной, наполненной энергией и как будто не торопилась умирать.

Но подлинным научным мессией, спасшим нашу Вселенную от тепловой смерти обеспечившим ей в научных представлениях долгую и полную приключений жизнь, стал выдающийся бельгийский учёный русского происхождения Илья Пригожин. Пригожин совершил поистине коперниканский переворот в классической термодинамике, и там, где царило унылое и пессимистически окрашенное превращение порядка в хаос, восторжествовало энергичное и насыщенное оптимизмом образование порядка из хаоса. Пригожин создал, а затем в течение всей своей долгой жизни (1917–2003) совершенствовал и пропагандировал неравновесную термодинамику, или термодинамику открытых систем.

Неотвратимости распространения хаотического равновесия в изолированных системах Пригожин противопоставил исследование неравновесных открытых систем. При этом он опирался на работы предшественников, исследовавших образование и поддержание порядка в физических системах, находящихся в состояниях равновесия или вблизи равновесия. Теория слабонеравновесных состояний и их взаимоотношений с равновесными состояниями начала развиваться ещё во второй половине XIX века, когда в 1884 г. французский химик Анри Ле Шателье на основе анализа химических явлений, а в 1887 г. немецкий физик Карл Браун на основе ряда физических процессов выдвинули и обосновали положение, получившее в науке название принципа Ле Шателье – Брауна. Согласно этому принципу, выведение из равновесия в состояние вблизи равновесия любой открытой системы, как правило, приводит к внутренней перестройке её структуры, направленной к восстановлению исходного состояния, а при невозможности такого возврата – к переводу системы в ближайшее равновесное состояние. В 1931 г. норвежский физик Ларс Онзангер обосновал теорию стационарных неравновесных состояний, объяснявшую динамику состояний различных систем, находящихся вблизи равновесия. Эта теория, в частности, позволила объяснить так называемый термоэлектрический эффект, т. е. феномен возникновения электрического тока в замкнутой цепи из двух проводников, контакты между которыми подвергаются выведению из равновесия посредством создания разницы температур. В 1968 г. норвежскому учёному за разработку этой теории была присуждена Нобелевская премия.

Уже в 1946 г. И. Пригожин, взяв за основу теорию Онзангера и принцип Ле Шателье – Брауна, сделал значительный шаг вперёд, показав, что новое равновесное состояние, которое возникает при выведении открытых систем из состояния устойчивого равновесия при невозможности вернуться в прежнее состояние, характеризуется минимальным производством энтропии. Таким образом, уже в близком состоянии к состоянию устойчивого равновесия в открытых системах возникают некие внутренние структуры, препятствующие разрушению упорядочения системы и минимизирующие нарушение порядка. Фактически Пригожин в какой-то мере вернулся к идее теплорода, введя понятие потока энтропии по аналогии с потоком жидкости. Пригожин ввёл в научный обиход уравнение баланса энтропий, в соответствии с которым производство энтропии подчиняется второму закону термодинамики и является положительным, но в открытых системах энтропия может удаляться в окружающую среду.

Тем самым было теоретически обосновано положение о том, что нарастание энтропии в открытых системах, включая и нашу Вселенную, не обязательно должно приводить к необратимому накоплению беспорядка. Напротив, если в системе выведение беспорядка в окружающую среду превышает сумму производства беспорядка внутри системы и его поступления из окружающей среды, то в этом случае сальдо баланса энтропий будет положительным, упорядоченность системы будет повышаться, как и её способность противостояния хаосу. Как видим, Пригожин в своих исходных теоретических предпосылках оперирует количественными характеристиками беспорядка, как если бы это было некое вещество, производимое внутри системы, импортируемое или экспортируемое в окружающую среду. Он отвлекается от качественных характеристик порядка или беспорядка, что позволяет лишь установить принципиальную возможность сохранения и даже повышения уровня упорядоченности, но не позволяет установить внутренних механизмов развития упорядоченности.

Для выявления таких механизмов Пригожин во второй половине XX века приходит к исследованию систем, состояние которых находится вдали от равновесия, и созданию на этой основе неравновесное термодинамики. Её формирование и развитие происходило на фоне неустанных научных поисков по выявлению различных форм упорядоченности в сложных системах. В 50-60-е годы XX века бурно развиваются кибернетика и информатика. Главная задача кибернетики – управление сложными системами, которые способны хаотическим для внешнего наблюдателя образом реагировать на внешние воздействия, и порядок в поведении которых осуществляется с помощью системы обратных связей. Развитие кибернетики привело к созданию и совершенствованию компьютерной техники, способной значительно расширить возможности человеческого мозга в упорядочении разнородной информации и выявлении порядка в хаосе. Развитие информатики высветило информационный аспект в снятии неопределённости, преодолении энтропии и шума, т. е. хаоса при сообщении и передаче информации. Благодаря достижениям кибернетики и информатики человечество значительно повысило интеллектуальную мощь в своей извечной борьбе с хаосом и устремлённости к упорядочению бытия.

Особенности предмета кибернетики предопределяли исследование порядка в сложных динамических системах в рамках поддержания их устойчивого равновесного состояния. Для этого использовался принцип гомеостиза, сформулированный физиологом У. Кенноном и заключавшийся в способности живых организмов обеспечивать устойчивость параметров своей внутренней среды посредством адаптивных реакций перестройки своих структур в ответ на изменения внешней среды. Соответственно важнейшее значение в кибернетике придавалось отрицательным обратным связям, способным заблокировать выведение системы из равновесия и нарушения спонтанно возникающей гомеостатической устойчивости и связанного с ней порядка. Кибернетика, по существу, заняла определённую нишу в исследовании образования и поддержания порядка. Она исследовала связи порядка с устойчивостью и равновесием, возможности обеспечения порядка поддержанием устойчивости и равновесия при самопроизвольных отклонениях от них сложных динамических систем. Позиция кибернетики в данном отношении может рассматриваться как достаточно традиционная и консервативная, поскольку её политика упорядочения сводится к подавлению и урегулированию беспорядков, к поддержанию равновесия и устойчивости в управляемой системе.

В 50-60-е годы XX века поиск механизмов преобразования хаоса в порядок, запущенный кибернетикой и информатикой, охватил самые различные отрасли науки и стал поистине знамением времени. В рамках кибернетических исследований англичанин А. Тьюринг разработал модель структурообразования (морфогенеза), описывающую реакции между возникающими из хаотической диффузной среды структурами (морфогенами). На этой модели была продемонстрирована возможность неоднородного распределения концентраций вещества и самопроизвольного упорядочения в системах, обменивающихся энергией с внешней средой. Американский инженер Дж. фон Нейман также в рамках кибернетического подхода разработал модель самовоспроизводящихся автоматов с использованием нелинейных дифференциальных уравнений. Российские учёные А. Ляпунов и Н. Боголюбов создали математические методы нелинейной динамики, а А. Коммогорев и Ю. Климонтович, изучая особенности поведения открытых систем, заложили основы теории турбулентности. Проблемы спонтанного возникновения порядка из хаоса возникали при исследовании неравновесных структур плазмы в термоядерном синтезе, в биофизике, в теории активных сред, в теории генерации лазера и т. д. Узкая специализация приводила к отсутствию понимания общих закономерностей в протекании этих процессов.