Страница 181 из 188
Представим себе, что вода всех рек, существующих на Земле, стекает в один океан. Поскольку уровень рек более высок, чем океана, в речной воде содержится определенный запас энергии, которая может быть превращена в работу, например, с помощью гидротурбин. Но вода, оказавшаяся в океане, не представляет в этом смысле уже никакой ценности. Ведь для того, чтобы заставить ее работать, пришлось бы сливать ее на еще более низкий уровень. Подобным же образом в результате тепловых взаимодействий некоторая часть теплоты «обесценивается», теряет способность совершать работу. Для обозначения этого явления Клаузиус ввел специальный термин «энтропия», образованный от греческого слова, что буквально означает «обращенная внутрь», «замкнутая в себе», «неиспользованная».
Факт номер два. Наблюдения над физическими явлениями позволяют утверждать, что в любой замкнутой, изолированной физической системе все виды энергии должны постепенно «стечь» в «тепловой океан», а теплота равномерно распределиться между всеми телами, после чего всякие процессы, связанные с термодинамическими превращениями, в этой системе полностью прекратятся.
Другими словами, энтропия любой замкнутой системы постоянно увеличивается.
Факт номер три. Клаузиус сделал попытку применить второй закон термодинамики ко всей Вселенной и пришел к неутешительному выводу о неизбежной ее гибели. Энтропия Вселенной, утверждал он, стремится к некоторому максимуму. И чем больше Вселенная приближается к этому предельному состоянию, тем меньше возможностей для ее дальнейшего изменения. А когда это состояние окажется достигнутым, все изменения вообще прекратятся, наступит «тепловая смерть».
В свое время Ф. Энгельс подверг теорию «тепловой смерти» резкой критике. Он указывал, что перенесение второго начала термодинамики на всю Вселенную абсолютно неправомерно. При этом основная мысль Энгельса заключалась в том, что в безграничной Вселенной среди неисчерпаемого многообразия форм движения материи должны иметь место не только процессы, ведущие к увеличению энтропии, но и процессы, связанные с ее уменьшением.
Примерно так же обстоит дело в нашем примере с реками. Запасы воды в них никогда не исчерпываются. Солнечные лучи нагревают воду в морях и океанах и заставляют ее испаряться, водяной пар поступает в атмосферу, переносится воздушными течениями в различные уголки нашей планеты и вновь выпадает на Землю в виде осадков — снега и дождя. Таким образом происходит непрерывный круговорот воды, она вновь и вновь обретает способность производить механическую работу.
Не происходит ли нечто подобное и во Вселенной? Но какие процессы могут вести к уменьшению энтропии?
Обратимся к помощи статистической физики. С ее точки зрения переход от состояний с меньшей энтропией к состояниям с большей энтропией есть переход от менее вероятных состояний к более вероятным.
Постараемся пояснить это утверждение. Попробуем охарактеризовать вероятность того или иного состояния с помощью понятий порядка и беспорядка. Вряд ли стоит доказывать, что превратить порядок в беспорядок, к сожалению, куда проще, чем достичь обратного. Таким образом, эволюция системы от состояний менее вероятных к более вероятным есть не что иное, как постепенный переход от порядка к беспорядку, от упорядоченности к хаосу.
Следовательно, возрастание энтропии означает уменьшение организованности процессов, протекающих в данной системе.
Вполне естественно поставить вопрос: не могут ли в природе при каких-то условиях совершаться обратные переходы — от хаоса к упорядоченности, от беспорядка к организации?
Подобные переходы, вообще говоря, происходят и в неорганическом мире. Но в области взаимодействия живой природы с неорганическим миром они преобладают. Начнем с того, что сам по себе живой организм представляет собой антиэнтропийную систему, то есть такую систему, деятельность которой сопровождается уменьшением собственной энтропии за счет увеличения энтропии окружающей среды. Известный английский физик Э. Шредингер, исследовавший биологические проблемы, говорит по этому поводу, что «организм питается отрицательной энтропией».
Некоторые ученые даже полагают, что указанное свойство — основная Отличительная черта живых организмов.
Но главная антиэнтропийная сущность живых организмов заключается не столько в их внутренних особенностях, сколько в их деятельности, в характере взаимодействия с окружающей средой. В результате этого взаимодействия возникают такие состояния, которые весьма маловероятны для неживой природы. Примеров подобной деятельности живых организмов можно привести великое множество: хотя бы образование залежей каменного угля из древних тропических растений или формирование современного химического состава земной атмосферы бактериями, водорослями и земной растительностью.
Масштабы деятельности живых организмов впечатляющи. Биосфера появилась на Земле около двух миллиардов лет назад, и с этих пор началась поистине грандиозная перестройка поверхности нашей планеты.
По существу вся геологическая история Земли — это прямой результат работы живых организмов, следы которой можно встретить буквально повсюду.
Растения и бактерии создали свободный кислород в атмосфере. Ежегодно через живое вещество Земли проходит около 180 млрд. т. углерода.
В одних только известняковых породах живыми организмами сконцентрировано такое количество угольной кислоты, которое в тысячи раз превосходит объем всех льдов, имеющихся на Земле. А ведь если растопить одни только льды Антарктиды, уровень Мирового океана поднимется на десятки метров.
Богатейшие месторождения угля, железа, марганца, бокситов, фосфоритов, мела — все это тоже результат деятельности биосферы…
Столь грандиозный размах антиэнтропийной деятельности живых организмов тем более удивителен, что живое вещество составляет лишь ничтожный процент общей массы нашей планеты.
Антиэнтропийным характером обладает и деятельность разумных существ. Подавляющее большинство состояний, которые человек создает искусственным путем, с точки зрения самостоятельного развития неорганических процессов обладают чрезвычайно малой вероятностью. Возьмем любое творение человеческих рук: станки, здания, ракеты, корабли, вычислительные машины. Разве могли они возникнуть в процессе движения неживой материи, в результате случайного соединения атомов и молекул? Ясно, что вероятность подобных событий практически равна нулю. Таким образом, воздействие человека на окружающую среду представляет собой процесс, противостоящий этому обычному ходу развития событий, при котором всякая замкнутая неорганическая система стремится к наиболее вероятному состоянию, то есть к полному равновесию.
Теперь попробуем поставить вопрос более широко. Нельзя ли оценить размах антиэнтропийных процессов, происходящих во Вселенной?
Данные современной науки позволяют считать, что одно из самых глубоких и неотъемлемых свойств материи — свойство «сохранения движения».
Но если движение материи неизбежно связано с ростом энтропии, который ведет к прекращению теплового движения, то, очевидно, материя должна содержать в самой себе и какие-то противоположные тенденции. Это логический вывод из закона единства и борьбы противоположностей.
Речь идет не о локальных, обособленных процессах, а о явлениях всеобщего характера. Поскольку рассеяние энергии происходит повсеместно, оно не может полностью компенсироваться одними только частными процессами. Значит, тенденция к уменьшению энтропии должна быть достаточно всеобщей. А так как помимо деятельности живых организмов Мы других антиэнтропийных процессов не знаем, то можно высказать предположение о том, что живое вещество играет весьма важную роль в общем круговороте материи во Вселенной.
Это означает, что в самом движении материи, в самих ее свойствах «заложены» определенные условия, которые с необходимостью приводят к возникновению жизни.
Правда, нужно сделать существенную оговорку. Было бы ошибочно думать, что живые организмы обладают способностью «уничтожать» энтропию «просто так», саму по себе. Как и в нашем примере с реками, всякое уменьшение энтропии в некоторой системе происходит «за счет чего-то», а именно путем увеличения энтропии внешней среды.