Новый принцип

Читатель, добравшийся вместе с нами до этой главы, уже оставил позади себя большую часть пути: наша книга подходит к концу. В самом начале мы сравнивали комплексные системы именно с книгой; книга имеет множество аспектов, и то, что один из них будет воспринят как характеристическое свойство всей комплексной системы, часто в очень значительной степени зависит от субъективной установки наблюдателя. Именно в таком положении и находится читатель, у которого в процессе чтения этой книги складывалось определенное о ней представление. Он ознакомился с рядом фактов из различных областей, и некоторые из них, возможно, в той или иной степени заинтересовали его; вероятно, отдельные выводы — особенно касающиеся экономической и социологической сфер — были приняты с воодушевлением, другие же оказались решительно отклонены. Однако все эти отдельные впечатления еще не являются ответом на вопрос, всегда встающий перед ученым: останутся ли отдельные факты всего лишь разрозненными элементами рассыпанной мозаики, или же они сложатся в единую, целостную картину? Иными словами, окажется ли данная книга в состоянии передать всем своим читателям новое видение, новый взгляд на мир? Для ответа на этот вопрос обратимся сначала к естественнонаучным областям — физике, химии, биологии и родственным им дисциплинам.

Мы уже упоминали о трудностях, с которыми еще совсем недавно сталкивались физики при ответе на вопрос, согласуется ли процесс развития биологических структур с основополагающими физическими принципами. На ряде конкретных примеров мы видели, что и в мире неживой природы могут возникать такие структуры, существование которых поддерживается постоянным притоком энергии извне: мы говорили о лазере, испускающем строго упорядоченные световые волны определенной длины, о ячеистых структурах, образующихся в жидкостях, и о химических спиральных волнах. Все эти примеры представляют собой системы, нуждающиеся в постоянном притоке энергии (а в отдельных случаях и материи), которая преобразуется внутри системы и в преобразованном виде выделяется наружу. Все описанные системы относятся к так называемым открытым системам. Здесь и выходят на сцену открытия, сделанные синергетикой. На открытые системы не распространяется принцип, согласно которому при предоставлении такой системы самой себе хаос в ней будет постоянно расти. Принцип Больцмана, касающийся энтропии как меры хаоса, стремящейся достичь своего максимума, оказывается верен только для закрытых систем. Как было показано в двенадцатой главе, где речь шла о сущности хаоса, в случае закрытой системы рост энтропии зависит только от количества возможностей, которые может реализовать система — например, от числа различных положений молекул газа в системе, которая представляет собой емкость, наполненную газом. Поскольку для каждой системы существует совершенно определенное число таких положений, принцип Больцмана является статическим. Существуют ли общие принципы возникновения структур в открытых системах? На решение именно этой проблемы и направлены прежде всего синергетические исследования. Множество отдельных элементов открытой системы задействованы в процессе постоянного тестирования различных возможностей, предоставляемых им системой, пробуя при этом все новые и новые типы движения или реакции. Под воздействием непрерывно поступающей энергии (или же энергии и вещества) один или несколько типов такого коллективного движения или коллективной реакции оказывается предпочтительнее других; именно эти формы движения или типы реакций становятся преобладающими в системе. Постепенно происходит подавление — или, говоря языком синергетики, подчинение — ими всех прочих форм движения или типов реакций. Подчиняющие себе всю систему типы движения или реакций называются также модами; они проявляются в явных и отчетливо наблюдаемых изменениях макроскопической структуры системы. Состояния, достигаемые системой в результате возникновения новых мод, представляются нам, как правило, состояниями более высокой степени упорядоченности. Таким образом, рассмотренный принцип возникновения структур в открытых системах является принципом динамическим, поскольку определяется скоростью роста мод. Успеха добиваются, как правило, те моды, чья скорость роста выше; они же определяют макроскопическую структуру. В том случае, если несколько мод (называемых также параметрами порядка) имеют равную скорость роста, они могут при известных условиях объединиться друг с другом «на кооперативных началах», что в итоге приводит к возникновению опять-таки совершенно новой структуры. Добиться того, чтобы скорость роста той или иной моды стала положительной (а в природе возможны случаи, когда эта скорость равна нулю или отрицательна), приток энергии в систему должен быть достаточно велик. При достижении определенных критических значений поступающей энергии общее макроскопическое состояние системы может измениться за счет возникновения иного типа упорядоченности. В этих случаях Природа использует поступающую в систему энергию, руководствуясь своего рода правилом рычага — тем самым правилом из механики, в соответствии с которым мы можем, верно рассчитав длину плеча рычага и располагая лишь ограниченной подъемной силой, поднять большой вес. Аналогичным образом поступает и Природа при создании структур в открытых системах. Влияние незначительных изменений внешних условий — например увеличение мощности накачки в лазере или повышение температуры нагревания слоя жидкости — увеличивается за счет того, что при этом становится сильнее некая определенная форма движения. Можно доказать математически, что подобное усиление моды играет в этом случае роль плеча рычага, а изменение внешних условий соответствует силе, приложенной к этому плечу; изменение же макроскопического состояния системы, переходящей на более высокий уровень упорядоченности, можно в данном контексте представить как поднимаемый груз.

 

От неживой природы к природе живой

Цели синергетики не ограничиваются только поиском общих закономерностей, действующих в мире неживой природы; синергетика стремится еще и «навести мосты» между неживой и живой природой. Этому особенно способствуют два обстоятельства: в живой природе мы имеем дело, во-первых, исключительно с открытыми системами, а во-вторых, с конкуренцией мод. Начнем с последнего. Допуская, что различная скорость роста отдельных коллективных форм движения (иными словами, мод) является фактором, определяющим то, какая именно структура возникнет в результате, мы тем самым подразумеваем, что между различными формами движения существует постоянная конкуренция. Эта идея весьма схожа с основной идеей дарвинизма, распространяющейся на мир живой природы, — идеей, согласно которой межвидовая конкурентная борьба является двигателем эволюционного развития. Совершенно ясно, что дарвинизм представляет собой лишь частный случай более общего принципа. Конкуренция существует и в мире неживой материи; согласно современным научным представлениям, процессы, демонстрирующие проявления подобного рода конкуренции, играют, помимо прочего, определенную роль в росте и развитии любого живого существа, и это в равной степени относится как к морфогенезу, так и к развитию мозга. Принцип конкуренции различных типов коллективного поведения распространяется не только на мир неживой материи и живой природы, но и на сферу духовной деятельности людей, в чем мы могли убедиться на примерах из социологии. Этот же принцип оказывается справедлив и для мира науки: его действие распространяется на новые научные идеи, пребывающие в состоянии постоянного противоборства друг с другом и имеющие возможность развиваться лишь благодаря коллективным усилиям множества ученых, коллективному сознанию научного сообщества. Теперь перейдем к более подробному рассмотрению первого из названных нами в этом разделе пунктов — открытых систем, в которых возможно возникновение самых разнообразных структур, принадлежащих как неживой, так и живой природе.

 

Лед, пламень и жизнь между ними

Существование пламени, воплощенного в нашем случае в Солнце, и ледяного холода космического пространства означает, что Вселенная отнюдь не пребывает — и никогда не пребывала — в состоянии теплового равновесия. Согласно нашим сегодняшним представлениям, Вселенная, возникшая в результате Большого Взрыва, хотя и была сначала немыслимо раскаленным огненным шаром, в процессе дальнейшего расширения все же остывала; мир с самого начала был устроен таким образом, что в нем сосуществовали чудовищный жар и столь же чудовищный холод. Жизнь возникла где-то между льдом и пламенем, и возможность ее дальнейшего существования в том виде, в каком мы ее знаем, зависит от того, насколько долго удастся Вселенной поддерживать существование этих двух противоположностей. Думается, данную тему еще ни в коем случае нельзя считать закрытой: согласно последним данным современной астрофизики, будущее у нашей Вселенной, безусловно, есть; правда, сама Вселенная отнюдь не всегда дружелюбно настроена по отношению к жизни как таковой. Так, к примеру, наше Солнце однажды — в отдаленном, впрочем, будущем — может взорваться, превратившись при этом в красный гигант. Во Вселенной могут образовываться так называемые черные дыры, с непреодолимой силой притягивающие и поглощающие любые виды приблизившейся к ним материи; однако и черные дыры не вечны. Всевозможные переходы и преобразования энергии приведут к ее постепенному «выгоранию», вследствие чего в мировом пространстве в конечном счете не останется иной материи, кроме гигантских ледяных шаров, лишенных какой бы то ни было жизни. Естественно, в основе подобных картин будущего Вселенной лежит несколько более или менее произвольных допущений. Во-первых, предполагается, что наш мир продолжает расширяться: модель расширяющейся Вселенной с научной точки зрения весьма хорошо обоснована. Идея, на которой основывается эта модель, чрезвычайно проста и связана с так называемым разбеганием спиральных туманностей; сам факт разбегания подтверждается наличием в спектрах этих туманностей красного смещения. Феномен красного смещения хорошо известен физикам: если находящееся в состоянии покоя тело излучает свет с частотой, относящейся к желтой области спектра, то при удалении от наблюдателя излучаемый телом свет сместится в сторону красной области. Астрономы уже давно обнаружили, что чем дальше от нас галактика, тем более «красной» она кажется при наблюдении. На основании этих наблюдений был сделан вывод о том, что галактики продолжают удаляться от нас и друг от друга (т. е. «разбегаться»), и скорость разбегания их тем выше, чем дальше они находятся. Отсюда следует, что Вселенная постоянно расширяется. Однако будет ли это расширение продолжаться вечно? Вполне возможен сценарий, в котором расширяющееся движение однажды прекратится, после чего начнется противоположный процесс — процесс сжатия Вселенной. Вероятно, это может привести к образованию нового раскаленного огненного шара, и цикл начнется сначала — вообще говоря, не исключено и вечное повторение такого цикла. Можно даже предположить (хотя теоретически это пока еще мало обосновано), что в самой Вселенной непрерывно происходят какие-то процессы, подобные Большому Взрыву, только в меньших масштабах, что и обеспечивает постоянное возникновение новых источников энергии. Подобная гипотеза представляется мне не более спекулятивной, нежели та, что грозит Вселенной финалом в виде холодного шара мертвой материи.

 

Еще одно характерное свойство жизни

Если жизнь становится возможной где-то на грани между льдом и пламенем космоса, естественно возникает вопрос о том, не может ли она существовать и на других планетах, и в первую очередь, конечно, на планетах, похожих на нашу. Учитывая, что уже неживая природа демонстрирует нам, на какое многообразие форм коллективного движения она способна, мы можем дать волю воображению, представляя себе совершенно иные формы жизни. Здесь можно вспомнить и о том, например, что Солнце состоит из плазмы, в которой протекают сложнейшие процессы коллективного движения, называемого солнечной активностью. Не могут ли процессы такого рода в конечном счете обладать свойствами, сходными со свойствами, характеризующими жизнь? Хотя, по-видимому, полностью исключить подобные допущения нельзя, все же жизни на Земле, по-видимому, присуще еще кое-что, чем не обладают открытые системы, наблюдаемые в неживой природе. Отсутствие притока энергии в виде, скажем, накачки лазера или нагревания слоя жидкости, очень быстро приводит к разрушению возникающих в этих системах структур. Живые существа обладают структурой более прочной, причем прочность, например, скелета или тела как такового обеспечивается биомолекулами — такими, как ДНК. Природе, иными словами, удалось «зафиксировать» процессы морфогенеза в виде жестких структур, и это дает возможность перехода с одного уровня развития на другой всем живым существам — как отдельным организмам, так и совокупностям их. Мне кажется, что именно в этой области на стыке между жесткостью структур и функциями, ими выполняемыми и позволяющими им образовываться вновь и вновь, — именно здесь и ждет ученых колоссальная исследовательская работа, и результатом этой работы, возможно, окажется открытие еще более фундаментальных принципов, о существовании которых сегодня мы вряд ли даже подозреваем.

 

Границы познания

Мы имели возможность убедиться в том, что в развитии структур синергетикой обнаружен целый ряд закономерностей, распространяющих свое действие на совершенно различные области.

Определенные упорядоченные состояния непрерывно разрастаются, и рост этот продолжается до тех пор, пока все элементы системы не окажутся подчинены и приведены к новому состоянию упорядоченности. Часто окончательный выбор между равноценными упорядоченными состояниями происходит благодаря возникновению непредсказуемых флуктуаций; то же явление наблюдается и в духовной сфере деятельности.

Развитие, протекающее согласно описанным закономерностям, мы рассматривали на примере процессов, имеющих место и в языке, и в искусстве, и в культуре, и в мышлении вообще. Внезапно возникающее при этом новое состояние упорядоченности подобно тому, что возникает при появлении картинки, собираемой из отдельных фрагментов, в результате добавления одного-единственного элемента; возникшее столь неожиданно состояние характеризуется еще и более высокой степенью упорядоченности или — если речь идет о духовной сфере — понимания и осознания. В естественнонаучной и технической сферах мы во многих случаях имеем возможность заранее просчитать ожидаемые упорядоченные состояния; в сферах же, связанных с духовной деятельностью человека, это практически невозможно. И все-таки нам известно, что и там, и тут действуют качественно схожие закономерности.

Поскольку все в конечном счете состоит из материи, а законы самоорганизации — как мы теперь знаем — не только не противоречат законам физики, но и гармонично сочетаются с ними, наиболее актуальным становится принципиальный вопрос о необходимости участия во всем этом некоего Создателя. Здесь каждый из нас оказывается на перепутье: решение относительно веры в существование такого Создателя зависит только от нашего собственного выбора. Кто-то скажет: любые процессы развития могут быть объяснены — по крайней мере, в принципе — с позиций материализма, и в этом случае все сущее возникло благодаря самоорганизации. Другой вспомнит о том, что, скажем, при конструировании компьютеров наиболее сложным делом оказывается разработка основополагающих установок и правил, обеспечивающих затем процессы самоорганизации в машине.

Иными словами, существует и такое соображение: после того, как все возникло в природе столь удивительным образом, существование Творца необходимо для того, чтобы создать те законы, в соответствие с которыми материя сможет осуществить самоорганизацию.

Одновременно может быть выдвинута и еще одна точка зрения, ни разу не покидавшая страниц этой книги и заключающая в себе нечто тревожное. При возникновении новых упорядоченных состояний мы снова и снова имеем дело со случайными событиями; часто именно они и определяют окончательно возможность возникновения того или иного состояния. Мы сталкиваемся здесь с целым комплексом почти совершенно неисследованных проблем; можем ли мы утверждать, что наблюдаемые в лазере колебания суть проявление случайности, в то время как в процессе возникновения и развития определенных биомолекул задействованы совершенно иные силы?

Итак, мы добрались до первой границы познания, являющейся, с моей точки зрения, границей принципиальной. Становится совершенно ясно, что в науке (и, пожалуй, особенно ярко это проявляется в социологии и философии) существуют проблемы, не имеющие однозначных решений или же не имеющие решений в принципе. Этот факт может одновременно поражать и шокировать, но математику Курту Гёделю (1906-1978) удалось показать, что даже в области чистой математики существуют задачи, о которых принципиально невозможно сказать, имеют ли они решение — точнее говоря, задача об их решении не имеет решения.

Если интуитивно распространить результаты подобных изысканий и выводы, сделанные из них математиками, на другие отрасли знания, то мы приходим к заключению о существовании таких вопросов, ответить на которые мы принципиально не можем. Кто-то из молодых читателей, вероятно, окажется разочарован; в утешение могу добавить, что помимо упомянутых неразрешимых проблем существует еще невообразимое множество других — таких, что могут и должны быть решены во имя дальнейшего развития и процветания человечества.