Предисловие...с56-66

мы встречаемся в простейших химических системах. На несколько антропоморфном языке можно сказать, что в состоянии равновесия материя «слепа», тогда как в сильно неравновесных условиях она обретает способ­ность воспринимать различия во внешнем мире (напри­мер, слабые гравитационные и электрические поля) и «учитывать» их в своем функционировании.

Разумеется, проблема происхождения жизни по-прежнему остается весьма трудной, и мы не ожидаем в ближайшем будущем сколько-нибудь простого ее реше­ния. Тем не менее при нашем подходе жизнь перестает противостоять «обычным» законам физики, бороться против них, чтобы избежать предуготованной ей судь­бы — гибели. Наоборот, жизнь предстает перед нами как своеобразное проявление тех самых условий, в которых находится наша биосфера, в том числе нелинейности хи­мических реакций и сильно неравновесных условий, на­лагаемых на биосферу солнечной радиацией.

Мы подробно обсуждаем понятия, позволяющие опи­сывать образование диссипативных структур, например понятия теории бифуркаций. Следует подчеркнуть, что вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются зна­чительные флуктуации. Такие системы как бы «колеблются» перед выбором одного из нескольких путей эво­люции, и знаменитый закон больших чисел, если пони­мать его как обычно, перестает действовать. Небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в со­вершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы. Неизбежно на­прашивается аналогия с социальными явлениями и да­же с историей. Далекие от мысли противопоставлять случайность и необходимость, мы считаем, что оба ас­пекта играют существенную роль в описании нелиней­ных сильно неравновесных систем.

Резюмируя, можно сказать, что в двух первых частях нашей книги мы рассматриваем два противоборствую­щих взгляда на физический мир: статический подход классической динамики и эволюционный взгляд, осно­ванный на использовании понятия энтропии. Конфронта­ция между столь противоположными подходами неиз­бежна. Ее долго сдерживал традиционный взгляд на не­обратимость как на иллюзию, приближение. Время в ли­шенную времени Вселенную ввел человек. Для нас не­приемлемо такое решение проблемы необратимости, при

56

котором необратимость низводится до иллюзии или яв­ляется следствием тех или иных приближений, посколь­ку, как мы теперь знаем, необратимость может быть ис­точником порядка, когерентности, организации.

Конфронтация вневременного подхода классической механики и эволюционного подхода стала неизбежной. Острому столкновению этих двух противоположных под­ходов к описанию мира посвящена третья часть нашей книги. В ней мы подробно рассматриваем традиционные попытки решения проблемы необратимости, предприня­тые сначала в классической, а затем и квантовой меха­нике. Особую роль при этом сыграли пионерские рабо­ты Больцмана и Гиббса. Тем не менее мы можем с пол­ным основанием утверждать, что проблема необрати­мости во многом осталась нерешенной. По словам Карла Поппера, история была драматической: сначала Больцман считал, что ему удалось дать объективную формулировку нового понятия времени, вытекающего из второго начала термодинамики, но в результате поле­мики с Цермело и другими противниками был вынужден отступить:

«В свете (или во тьме) истории Больцман по всем принятым стандартам потерпел поражение, хотя все признают, что он был выдающимся физиком. Ему так и не удалось рассеять все сомнения относительно стату­са предложенной им H-теоремы или объяснить возраста­ние энтропии... Оказываемое на него давление было столь велико, что он утратил веру в себя...»15.

Проблема необратимости и поныне остается предме­том оживленных споров. Как такое возможно через сто пятьдесят лет после открытия второго начала термоди­намики? У этого вопроса имеется много аспектов, как культурных, так и технических. Неверие в существова­ние времени неизбежно таит в себе культурную компо­ненту. Мы неоднократно будем цитировать высказыва­ния Эйнштейна. Его окончательное суждение гласит: «Время (как необратимость) — не более чем иллюзия». По существу, Эйнштейн лишь повторил то, о чем еще в XVI в. писал Джордано Бруно и что на протяжении ве­ков было символом веры естествознания:

«Итак, Вселенная едина, бесконечна, неподвижна... Она не движется в пространстве... Она не рождается... Она не уничтожается... Она не может уменьшаться или увеличиваться...»16

57

Долгое время взгляды Бруно господствовали в есте­ственнонаучном мышлении западного мира. Нужно ли удивляться, что после такой предыстории вторжение необратимости, обязанной своим происхождением инже­нерным наукам и физической химии, было воспринято с недоверием. Но помимо культурных причин, существо­вали и технические. Любая попытка «вывести» необра­тимость из динамики неминуемо обречена на провал, по­скольку необратимость — явление не универсальное. Мы легко можем представить себе строго (а не приближен­но) обратимые ситуации, например маятник без трения или движение планет. Неудачи, постигшие все предпри­нимавшиеся в прошлом попытки «вывести» необрати­мость из динамики, привели к разочарованию и создали впечатление, что понятие необратимости по своему про­исхождению субъективно. Все эти проблемы в дальней­шем мы обсудим более подробно, а пока ограничимся следующим замечанием. Проблему необратимости мож­но рассматривать сегодня с другой точки зрения, по­скольку, как теперь известно, существуют различные классы динамических систем. Мир далеко не однороден. Следовательно, интересующий нас вопрос также может быть поставлен иначе: имеется ли в структуре динамиче­ских систем нечто специфическое, позволяющее им «от­личать» прошлое от будущего? Какова необходимая для этого минимальная сложность?

Такая постановка вопроса позволила нам продви­нуться вперед. Ныне мы можем с большей точностью судить об истоках понятия времени в природе, и это об­стоятельство приводит к далеко идущим последствиям. Необратимость вводится в макроскопический мир вто­рым началом термодинамики — законом неубывания энтропии. Теперь мы понимаем второе начало термоди­намики и на микроскопическом уровне. Как будет пока­зано в дальнейшем, второе начало термодинамики вы­полняет функции правила отбора — ограничения началь­ных условий, распространяющиеся в последующие мо­менты времени по законам динамики. Тем самым вто­рое начало вводит в наше описание природы новый, не­сводимый к чему-либо элемент. Второе начало термоди­намики не противоречит динамике, но не может быть выведено из нее.

Уже Больцман понимал, что между вероятностью и необратимостью должна существовать тесная связь. Раз-

58

личие между прошлым и будущим и, следовательно, не­обратимость могут входить в описание системы только в том случае, если система ведет себя достаточно слу­чайным образом. Наш анализ подтверждает эту точку зрения. Действительно, что такое стрела времени в де­терминистическом описании природы? В чем ее смысл? Если будущее каким-то образом содержится в настоя­щем, в котором заключено и прошлое, то что, собствен­но, означает стрела времени? Стрела времени является проявлением того факта, что будущее не задано, т. е. того, что, по словам французского поэта Поля Валери, «время есть конструкция»17.

Наш повседневный жизненный опыт показывает, что между временем и пространством существует коренное различие. Мы можем передвигаться из одной точки про­странства в другую, но не в силах повернуть время вспять. Мы не можем переставить прошлое и будущее. Как мы увидим в дальнейшем, это ощущение невоз­можности обратить время приобретает теперь точный научный смысл. Допустимые («разрешенные») состояния отделены от состояний, запрещенных вторым началом тер­модинамики, бесконечно высоким энтропийным барье­ром. В физике имеется немало других барьеров. Одним из них является скорость света. По современным пред­ставлениям, сигналы не могут распространяться быстрее скорости света. Существование этого барьера весьма важно: не будь его, причинность рассыпалась бы в прах. Аналогичным образом энтропийный барьер является предпосылкой, позволяющей придать точный физический смысл связи. Представьте себе, что бы случилось, если бы наше будущее стало бы прошлым каких-то других людей! К обсуждению этой проблемы мы еще вернемся.

Новейшие достижения физики еще раз подчеркнули реальность времени. Открытия последних лет обнаружи­ли новые аспекты времени. На протяжении всего XX в. проблема времени занимала умы наиболее выдающихся мыслителей современности. Вспомним хотя бы А. Эйнш­тейна, М. Пруста, 3. Фрейда, Тейяра де Шардена, Ч. Пирса или А. Уайтхеда.

Одним из наиболее удивительных результатов специ­альной теории относительности Эйнштейна, опублико­ванной в 1905 г., было введение локального времени, связанного с каждым наблюдателем. Однако эйнштей­новское локальное время оставалось обратимым време-

59

нем. И в специальной, и в общей теории относительно­сти Эйнштейн видел проблему в установлении «связи» между наблюдателями — в указании способа, который позволил бы наблюдателям сравнивать временные интер­валы. Теперь мы получаем возможность исследовать проблему времени в других концептуальных контекстах.

В классической механике время было числом, харак­теризующим положение точки на ее траектории. Но на глобальном уровне время может иметь и другое значе­ние. При виде ребенка мы можем более или менее точ­но угадать его возраст, хотя возраст не локализован в какой-либо части тела ребенка. Возраст — глобальное суждение. Часто утверждалось, что наука «опространствует время», придает времени пространственный харак­тер. Мы же открываем возможность иного подхода. Рас­смотрим какой-нибудь ландшафт и его эволюцию: рас­тут населенные пункты, мосты, и дороги связывают раз­личные районы и преобразуют их. Пространство приоб­ретает временное измерение. По словам географа Б. Берри, мы приходим к «овремениванию пространства».

Но, возможно, наиболее важный прогресс заключается в том, что проблема структуры, порядка предстает теперь перед нами в иной перспективе. Как будет пока­зано в гл. 8, с точки зрения механики, классической или квантовой, не может быть эволюции с однонаправ­ленным временем. «Информация» в том виде, в каком она поддается определению в терминах динамики, оста­ется постоянной по времени. Это звучит парадоксально. Если мы смешаем две жидкости, то никакой «эволю­ции» при этом не произойдет, хотя разделить их, не при­бегая к помощи какого-нибудь внешнего устройства, не представляется возможным. Наоборот, закон неубыва­ния энтропии описывает перемешивание двух жидкостей как эволюцию к «хаосу», или «беспорядку», — к наибо­лее вероятному состоянию. Теперь мы уже располага­ем всем необходимым для того, чтобы доказать взаим­ную непротиворечивость обоих описаний: говоря об информации или порядке, необходимо всякий раз переоп­ределять рассматриваемые нами единицы. Важный новый факт состоит в том, что теперь мы можем устано­вить точные правила перехода от единиц одного типа к единицам другого типа. Иначе говоря, нам удалось получить микроскопическую формулировку эволюцион­ной парадигмы, выражаемой вторым началом термоди-

60

намики. Этот вывод представляется нам важным, по­скольку эволюционная парадигма охватывает всю хи­мию, а также существенные части биологии и социаль­ных наук. Истина открылась нам недавно. Процесс пе­ресмотра основных понятий, происходящий в настоящее время в физике, еще далек от завершения. Наша цель состоит вовсе не в том, чтобы осветить признанные достижения науки, ее стабильные и достоверно установ­ленные результаты. Мы хотим привлечь внимание чита­теля к новым понятиям, рожденным в ходе научной дея­тельности, ее перспективам и новым проблемам. Мы от­четливо сознаем, что находимся лишь в самом начале нового этапа научных исследований. Перед нами — до­рога, таящая в себе немало трудностей и опасностей. В нашей книге мы лишь излагаем все проблемы такими, какими они представляются нам сейчас, отчетливо соз­давая несовершенство и неполноту наших ответов на многие вопросы.

5

Эрвин Шредингер написал однажды, к возмущению многих философов науки, следующие строки:

«...Существует тенденция забывать, что все естествен­ные науки связаны с общечеловеческой культурой и что научные открытия, даже кажущиеся в настоящий мо­мент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, все же бессмысленны вне своего культурного контекста. Та теоретическая наука, которая не признает, что ее построения, актуальнейшие и важ­нейшие, служат в итоге для включения в концепции, предназначенные для надежного усвоения образованной прослойкой общества и превращения в органическую часть общей картины мира; теоретическая наука, повто­ряю, представители которой внушают друг другу идеи на языке, в лучшем случае понятном лишь малой груп­пе близких попутчиков, — такая наука непременно отор­вется от остальной человеческой культуры; в перспек­тиве она обречена на бессилие и паралич, сколько бы ни продолжался и как бы упрямо ни поддерживался этот стиль для избранных, в пределах этих изолированных групп, специалистов»18.

Одна из главных тем нашей книги — сильное взаимо­действие проблем, относящихся к культуре как целому,

61

и внутренних концептуальных проблем естествознания. Мы увидим, что проблемы времени находятся в самом центре современной науки. Возникновение новых струк­турных элементов, необратимость принадлежат к числу вопросов, над решением которых билось не одно поко­ление философов. Ныне, когда история, в каком бы ас­пекте — экономическом, демографическом или полити­ческом — мы ее ни рассматривали, развивается с не­слыханной быстротой, новые проблемы и новые интере­сы вынуждают нас вступать в новые диалоги, искать новые связи.

Известно, что прогресс науки довольно часто описы­вают как отрыв от конкретного опыта, как подъем на все более высокий уровень абстракции, воспринимаемый со все большим трудом. Мы считаем, что такого рода интерпретация прогресса науки является не более чем отражением на эпистемологическом уровне исторической ситуации, в которой оказалась классическая наука, следствием ее неспособности включить в свою теоретиче­скую схему обширные области взаимоотношений между человеком и окружающей средой.

Мы отнюдь не сомневаемся в том, что развитие науч­ных теорий сопряжено с восхождением на все более вы­сокие ступени абстракции. Мы лишь утверждаем, что концептуальные инновации, возымевшие решающее зна­чение в развитии науки, отнюдь не обязательно были связаны с восхождением по лестнице абстракций. Новое открытие времени уходит корнями и в собственно исто­рию естественных наук, и в тот социальный контекст, в котором находится современная наука. Открытие не­стабильных элементарных частиц или подтверждение данными наблюдений гипотезы расширяющейся Вселен­ной, несомненно, являются достоянием внутренней ис­тории естественных наук, но общий интерес к неравно­весным ситуациям, к эволюционирующим системам, по-видимому, отражает наше ощущение того, что челове­чество в целом переживает сейчас некий переходный период. Многие результаты, приводимые в гл. 5 и 6, например сведения о периодических химических реак­циях, могли бы быть открыты много лет назад, но иссле­дование такого рода неравновесных проблем было по­давлено культурным и идеологическим контекстом того времени.

Мы сознаем, что наше утверждение о способности

62

естественных наук тонко реагировать на культурную среду противоречит традиционной концепции науки. Со­гласно традиционным взглядам, наука развивается, ос­вобождаясь от устаревших форм понимания природы, самоочищаясь в ходе процесса, который можно сравнить с «возвышением» разума. Но отсюда не так уж далеко до вывода о том, что наука — удел немногих избранных, живущих вдали от мира и не ведающих земных забот. Такое идеальное сообщество ученых, согласно традици­онным взглядам, должно быть защищено от давления со стороны общества, его потребностей и запросов. Науч­ный прогресс должен был бы тогда быть по существу автономным процессом, в который любое «внешнее» воз­действие, например участие ученых в какой-либо куль­турной, социальной или экономической деятельности, вносило бы лишь возмущение или вызывало досадную задержку.

Такого рода идеал абстракции — полная отрешен­ность ученого от реального мира — находит верного со­юзника еще в одном идеале, на этот раз относящемся к призванию «истинного» исследователя, — его стрем­лении найти пристанище от превратностей «мирской суе­ты». Эйнштейн дает развернутое описание типа ученого, который удостоился бы милости «ангеля господня», посланного на Землю с миссией изгнать из «храма нау­ки» всех «недостойных» (правда, остается не ясным, в каком именно смысле недостойные «недостойны»):

«Большинство из них — люди странные, замкнутые, уединенные; несмотря на эти общие черты, они в дей­ствительности сильнее разнятся друг от друга, чем из­гнанные.

Что привело их в храм?... Одно из наиболее сильных побуждений, ведущих к искусству и науке, — это жела­ние уйти от будничной жизни с ее мучительной жестко­стью и безутешной пустотой, уйти от уз вечно меняю­щихся собственных прихотей. Эта причина толкает лю­дей с тонкими душевными струнами от личных пережи­ваний в мир объективного видения и понимания. Эту причину можно сравнить с тоской, неотразимо влекущей горожанина из шумной и мутной окружающей среды к тихим высокогорным ландшафтам, где взгляд далеко проникает сквозь неподвижный чистый воздух и на­слаждается спокойными очертаниями, которые кажут­ся предназначенными для вечности.

63

Но к этой негативной причине добавляется и позитивная. Человек стремится каким-то адекватным спосо­бом создать в себе простую и ясную картину мира для того, чтобы оторваться от мира ощущений, чтобы в из­вестной степени попытаться заменить этот мир создан­ной таким образом картиной»19.

Несовместность аскетической красоты недостижимо­го идеала науки, с одной стороны, и мелочной суеты повседневной жизни, так верно подмеченной Эйнштей­ном, с другой, усиливается под влиянием еще одной не­совместности явно манихейского толка — несовместимо­сти науки и общества, или, точнее, свободной творческой деятельности человека и политической власти. В этом случае научными изысканиями следовало бы заниматься не узкому кругу ученых-отшельников и не в храме, а в неприступной крепости или даже в сумасшедшем до­ме, как это происходит, например, в пьесе Дюрренматта «Физики»20. Трое физиков, размышляющих над путя­ми и средствами развития своей науки и озабоченные тем, как оградить человечество от ужасных последствий использования политиками плодов научного развития в своих корыстных целях, приходят к выводу, что един­ственно возможным является путь, уже избранный од­ним из них: все трое решают притвориться сумасшедши­ми и скрыться от общества в частном санатории для ду­шевнобольных. В конце пьесы выясняется, что и это последнее убежище — не более чем иллюзия. Владели­ца санатория, неусыпно следившая за своим пациентом физиком Мёбиусом, похитила его открытие и захватила власть, обеспечивающую ей мировое господство.

Пьеса Дюрренматта приводит к третьей концепции научной деятельности: развитие науки осуществляется путем сведения сложности реального мира к скрытой за ней простоте. В стенах частного санатория для ду­шевнобольных физик Мёбиус пытается утаить, что ему удалось успешно решить проблему гравитации, по­строить единую теорию элементарных частиц и, наконец, сформулировать Принцип Универсального Открытия — источник абсолютной власти. Разумеется, стремясь наи­более полно раскрыть замысел своей пьесы, Дюрренматт упрощает ситуацию, однако и общее мнение схо­дится на том, что жрецы «храма науки» заняты не боль­ше не меньше, как поисками «формулы Вселенной». Че­ловек науки, которого молва обычно рисовала как аске-

64

та, становится теперь кем-то вроде фокусника, челове­ком, занимающим особое положение, потенциальным об­ладателем ключа ко всем природным явлениям, всемо­гущим (по крайней мере потенциально) носителем беспредельного знания. Подобное представление о человеке науки вновь возвращает нас к поднятой ранее пробле­ме: только в простом мире (в частности, в мире класси­ческой науки, где сложность лишь скрывает лежащую в основе всего простоту) может существовать такая форма знания, которая дает универсальный ключ ко всем без исключения явлениям природы.

Одна из проблем нашего времени состоит в преодо­лении взглядов, стремящихся оправдать и усилить изо­ляцию научного сообщества. Между наукой и обществом необходимо устанавливать новые каналы связи. Имен­но в этом духе написана наша книга. Мы все хорошо знаем, что современный человек в беспрецедентных мас­штабах изменяет окружающую среду, создавая, по сло­вам Сержа Московиси*, «новую природу»21. Но для того чтобы понять мир, сотворенный руками человека, нам необходима наука, которая выполняет миссию не толь­ко послушного орудия внешних интересов и не является раковой опухолью, безответственно растущей на субст­рате общества.

Две тысячи лет назад Чжуан-цзы** написал следую­щие строки:

«Как безостановочно вращается небо! С каким по­стоянством покоится Земля! Не ведут ли между собой соперничества за место Солнце и Луна? Есть ли кто-нибудь предержащий власть над всем этим и правящий всем? Кто первопричина всего и кто без устали и на­пряжения поддерживает все? Не существует ли тайного механизма, вследствие которого все в мире не может быть ничем иным, кроме того, что оно есть?»22.

Мы считаем, что находимся на пути к новому синте­зу, новой концепции природы. Возможно, когда-нибудь нам удастся слить воедино западную традицию, придаю­щую первостепенное значение экспериментированию и количественным формулировкам, и такую традицию, как китайская, с ее представлениями о спонтанно изменяю-

*Московиси Серж (р. 1925 г.) — французский социальный пси­холог.

** Чжуан-цзы (ок. 369—286 гг. до н. э.) — древнекитайский фи­лософ. — Прим. перев.

65

щемся самоорганизующемся мире. В начале введения мы привели слова Жака Моно об одиночестве человека во Вселенной. Вывод, к которому он приходит, гласит:

«Древний союз [человека и природы] разрушен. Чело­век наконец сознает свое одиночество в равнодуш­ной бескрайности Вселенной, из которой он возник по воле случая»23.

Моно, по-видимому, прав. Древний союз разрушен до основания. Но мы усматриваем свое предназначение не в том, чтобы оплакивать былое, а в том, чтобы в не­обычайном разнообразии современных естественных наук попытаться найти путеводную нить, ведущую к ка­кой-то единой картине мира. Каждый великий период в истории естествознания приводит к своей модели при­роды. Для классической науки такой моделью были ча­сы, для XIX в. — периода промышленной революции — паровой двигатель. Что станет символом для нас? Наш идеал, по-видимому, наиболее полно выражает скульпту­ра — от искусства Древней Индии или Центральной Америки доколумбовой эпохи до современного искусства. В некоторых наиболее совершенных образцах скульпту­ры, например в фигуре пляшущего Шивы или в миниа­тюрных моделях храмов Герреро, отчетливо ощутим поиск трудноуловимого перехода от покоя к движению, от времени остановившегося к времени текущему. Мы убеждены в том, что именно эта конфронтация опреде­ляет неповторимое своеобразие нашего времени.

66