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 квант