Почему всё происходит

Питер Аткинс

Почетный профессор химии Оксфордского университета; автор книги Reactions: The Private Life of Atoms («Реакции: личная жизнь атомов»)

Существует чудесное по своей простоте мнение: события происходят, потому что ситуация ухудшается. Здесь есть прямая связь со вторым началом термодинамики и тем фактом, что все естественные изменения сопровождаются возрастанием энтропии. При этом я понимаю эти слова так: материя и энергия имеют тенденцию беспорядочно рассеиваться. Молекулы газа находятся в неустанном движении (которое можно с большой степенью точности назвать случайным) и стремятся занять весь предоставленный им объем. Хаотическое тепловое движение атомов в бруске раскаленного металла приводит в движение их соседей, и энергия распространяется все дальше, так что брусок постепенно остывает. Все естественные изменения, по сути, представляют собой проявление этого несложного процесса – беспорядочного рассеяния.

Однако такое восприятие естественных изменений приводит нас к потрясающему выводу: рассеяние может и создавать порядок, рождать некую структуру. Требуется лишь устройство, которое встроится в процесс рассеяния, подобно тому как ревущую струю воды используют в созидательных целях. Точно так же можно использовать и дисперсионный поток. Говоря в целом, по мере развития мира в нем растет неупорядоченность, однако на локальном уровне многие структуры (соборы, мозг, динозавры, собаки, благочестивые и греховные деяния, стихи, проповеди) способны побороть хаос, пускай на время и в ограниченном пространстве.

Возьмем, к примеру, двигатель внутреннего сгорания. Искра воспламеняет углеводородное топливо, в результате чего возникают более мелкие молекулы – воды и углекислого газа, – склонные к рассеянию. В процессе такого рассеяния они дают толчок поршню. Одновременно энергия, высвобождаемая при сгорании топлива, распространяется в окружающем пространстве. Конструкция двигателя использует силу этого рассеяния, и благодаря целому ряду механизмов-посредников подобную энергию можно использовать для того, чтобы построить из кирпичей собор. Таким образом, рассеяние энергии привело к созданию некой локальной структуры, хотя в целом мир при этом чуть больше погрузился в неупорядоченность.

Наш обед – тоже своего рода топливо. В процессе его метаболической переработки высвобождаются молекулы и энергия, которая затем распространяется. Аналог осей, валов и шестерен автомобиля – целая сеть биохимических реакций у нас внутри, а вместо кирпичей, из которых строится собор, у нас аминокислоты, которые соединяются вместе, образуя затейливую структуру белка. Еда позволяет нам расти. Мы тоже представляем собой пример локального противостояния хаосу, но лишь благодаря тому, что в других-то местах неупорядоченность при этом возрастает.

Сходным образом можно представить себе творческий процесс или просто какую-нибудь безответственную мечту, это не будет большой натяжкой, верно? Даже в состоянии относительного покоя мозг являет собой настоящий улей, где кипит физико-химическая деятельность. Метаболические процессы, запускаемые в ходе переваривания пищи, могут приводить к росту упорядоченности. Это уже не стройка собора из кирпичей или белка из аминокислот, а превращение электрических токов в гипотезы, произведения искусства, бескомпромиссные решения, научные открытия.

Естественный отбор, еще один великий принцип, тоже можно рассматривать как невероятно сложный, филигранный процесс, когда изменения, происходящие в биосфере, и ее эволюция управляются, в конечном счете, процессом нарастания неупорядоченности. Неудивительно, что второе начало термодинамики кажется мне грандиозным открытием. Из столь простого принципа проистекают колоссальные последствия, а это – критерий величия научной идеи. «Ситуация постоянно ухудшается»: что может быть проще такого принципа? А ведь он применим ко всей Вселенной: что может быть грандиозней? А значит, это величайший из всех научных принципов.