Порядок из хаоса

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И РАЗВИТИЕ: ДИАЛОГ С ПРОШЛЫМ, НАСТОЯЩИМ И БУДУЩИМ (ПОСЛЕСЛОВИЕ)

Одна из причин, по которым книга И. Пригожина и И. Стенгерс вызвала оживленные дискуссии и привлекла внимание широкого круга читателей в различных странах мира, состоит в том, что «Порядок из хаоса» затрагивает проблемы, находящиеся в философском «фокусе» многих наук, как естественных, так и гуманитарных. Представитель современного естествознания, будь то физик или биолог, геолог или химик, в большей мере, чем его предшественник, склонен уделять внимание теоретико-познавательным и мировоззренческим проблемам. Результаты его собственных исследований и тех, которые проводят коллеги, оказывают более прямое и сильное воздействие на картину мира, чем когда-либо прежде. Целый ряд понятий, некогда бывших достоянием узкого круга специалистов, теперь становятся междисциплинарными и общезначимыми, далеко выходя за рамки конкретного контекста и тех специальных задач, в связи с которыми они первоначально возникли. По словам В. И. Вернадского, в развитых областях наук о природе «есть некоторые более основные проблемы, есть учения и явления, есть коренные методологические вопросы, есть, наконец, характерные точки или представления о космосе, которые неизбежно и одинаковым образом затрагивают всех специалистов, в какой бы области этих наук они ни работали. Каждый из них подходит к этим основным и общим явлениям с разных сторон, иногда касается их довольно бессознательно. Но по отношению к ним он неизбежно должен высказывать определенное суждение, должен иметь о них точное представление: иначе он не может быть самостоятельным работником даже в узкой области своей специальности» (Вернадский В. И. Избр. труды по истории науки. М., 1981, с. 32—33).

Так, например, малоизвестное в прошлом за пределами гидродинамики понятие «турбулентность» ныне представляет общенаучный интерес. Хаос перестал быть синонимом отсутствия порядка и обрел структуру, подобно тому как перестал быть синонимом «ничего» физический вакуум.

Аналогичная метаморфоза произошла и с понятием «время». Переоткрытие времени в современной физике, низведенного в классической механике до роли вспомогательного параметра, «нумерующего» последовательность событий, — главная тема книги И. Пригожина и И. Стенгерс. Ей вторят многочисленные вариации и побочные темы: структура и направленность времени, возникновение и развитие необратимости в различных явлениях природы, роль необратимости в процессах самоорганизации, роль наблюдателя, не только фиксирующего, но и активно изменяющего ход явлений на макроскопическом уровне, и т.д.

Разумеется, все эти (и многие другие) важные проблемы не впервые привлекают внимание физиков. Исследования в соответствующих направлениях проводятся давно, начиная с классических работ Больцмана и Гиббса; ныне же они развернулись широким фронтом.

Известно, что в ходе развития науки выход на новый рубеж познания открывает не только новые перспективы, но и ставит новые проблемы (позволяет вместе с тем по-новому взглянуть на старые). Книга И. Пригожина и И. Стенгерс «Порядок из хаоса», равно как и вышедшая ранее книга Пригожина «От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках» (М., 1985), ценна тем, что она стимулирует воображение читателя, привлекая его внимание к важному кругу идей, связанных с проблемами самоорганизации.

Авторам любой книги по самоорганизации трудно «угнаться за временем»: столь высок темп появления новых идей и результатов в этой еще только начинающей формироваться области науки. Не претендуя на то, чтобы компенсировать неизбежную неполноту охвата всех поставленных в книге «хороших» (по выражению О. Тоффлера) вопросов, настоящее послесловие ставит своей целью поделиться некоторыми мыслями и соображениями, возникшими после прочтения книги, с тем чтобы подключить читателя к самостоятельному размышлению над рассматриваемыми в книге проблемами, к активному диалогу с ее авторами.

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. Знаменитая Н-теорема Больцмана и теорема Гиббса стали основными инструментами при разработке современной статистической теории неравновесных процессов. Н-теорема Больцмана была установлена на примере временной эволюции к равновесному состоянию в разреженном газе, когда описание системы проводится с помощью функции распределения (фазовой плотности) в шестимерном пространстве координат и импульсов. Это соответствует вполне определенному — кинетическому — уровню описания, когда распределение газа в шестимерном фазовом пространстве представляется в виде сплошной среды. Такое ограничение является, разумеется, весьма существенным, поскольку при этом не учитывается (по крайней мере явно) атомарно-молекулярное строение среды. Оно «скрыто» в понятиях физически бесконечно малого временного интервала и физически бесконечно малого объема, наличие которых (часто неявно) используется при построении кинетического уравнения Больцмана. Учет этого обстоятельства позволяет обобщить описание Больцмана, установить более общие уравнения и сформулировать соответствующие обобщения Н-теоремы Больцмана.

Ко второму классу можно отнести процессы в открытых системах, в ходе которых из физического хаоса рождаются структуры — диссипативные структуры, о которых так много говорится в настоящей книге Пригожина и Стенгерс. Напомним, что сам термин «диссипативные структуры» был введен И. Пригожиным. 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, о чем неоднократно упоминается в книге «Порядок из хаоса». 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 законов термодинамики. Действительно, но Дарвипу, 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. При этом возникает необходимость введения количественной характеристики степени упорядоченности различных состояний открытых систем. Это необходимо для сравнительной оценки степени самоорганизованности — упорядоченности различных состояний, выбора пути наиболее эффективной самоорганизации (см. об этом гл. 9 настоящей книги).

Из изложенного следует, что необходима единая теория, которая бы естественным образом описывала два выделенных класса процессов. Она должна быть эффективной на всех уровнях статистического описания: кинетическом, гидродинамическом, диффузионном, термодинамическом. Такая теория, благодаря усилиям многих исследователей, в частности И. Пригожина и представителей созданной им Брюссельской школы, успешно развивается. Она позволяет решать очень широкий круг задач в различных областях знания. Ее можно назвать «статистической теорией неравновесных процессов». Из обширного материала этой теории мы отметим лишь некоторые идеи и результаты, составляющие основу наших представлении о структуре хаоса и турбулентном движении.