В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики - Питер Эткинс

бездействием, закона сохранения энергии. Эту мысль можно выразить и иначе: хотя количество энергии во Вселенной остается неизменным, ее качество имеет тенденцию к ухудшению. Энергия, сконцентрированная в одном месте, обладает высоким качеством в том смысле, что она может быть использована для производства множества вещей (представьте себе, к примеру, литр бензина); освобожденная и рассеянная (например в результате сгорания), эта энергия по-прежнему где-то существует, но теперь она уже гораздо менее полезна. Газ, находящийся в цилиндре под высоким давлением, несет запас локализованной высококачественной энергии, ведь его молекулы с большой скоростью носятся в замкнутом объеме пространства. Но это качество упадет, если выпустить газ из цилиндра и дать энергии его молекул рассеяться. В этом вся суть термодинамики: количество энергии сохраняется, но ее качество ухудшается.

Энтропия просто-напросто есть мера этого качества – причем высокая энтропия соответствует низкому качеству. Энтропия горючего низка, тогда как энтропия продуктов его сгорания высока. Энтропия сжатого газа низка, но после того, как он разлетелся в разные стороны, его энтропия повысилась. Поэтому формула «количество сохраняется, качество падает» превращается в «энергия сохраняется, энтропия растет». Подобным же образом шуточное определение «дела идут все хуже» превращается в более формальное «энтропия стремится к увеличению».

Когда в 1850-х понятие энтропии вошло в научный обиход, все были изрядно озадачены его происхождением. Ученых Викторианской эпохи вполне устраивало постоянство энергии: ведь (как им казалось) ей и не надо было откуда-то появляться с тех пор, как Создатель обеспечил Вселенную таким ее количеством, которого, по Его мнению и согласно Его бесконечной мудрости, как раз достаточно для вечного удовлетворения всех наших потребностей. А вот энтропия, казалось, появилась ниоткуда. Неужели акт Творения все еще продолжается? Неужели существует таинственный, глубокий и неистощимый колодец с энтропией, которая понемногу заливает все сущее, становясь доступной нашему восприятию со скоростью, отмеренной все тем же бесконечно мудрым Создателем? На выручку этому приемлемому в рамках культуры, но упрощенному представлению о природе вещей, как и во множестве других случаев, пришла наука в форме молекулярного понимания энтропии.

* * *

Когда и где ни происходили бы изменения, беспорядок во Вселенной увеличивается, качество ее энергии деградирует, ее энтропия растет. Забавно, что взаимосвязь событий в мире настолько велика, что эта деградация не выливается в космически однородное и равномерное сползание в хаос, в общий распад всех структур, в глобальное рассеяние энергии, в расплывание всей материи в вязкую слизь. Кое-где могут возникать местные очаги уменьшения хаоса – взять хоть нас самих. Единственное, чего требует второе начало, – это чтобы полная энтропия изолированной системы (всей Вселенной или любой ее изолированной части, такой, например, как наша маленькая фляжка на водяной бане) возрастала при спонтанных изменениях. Но при общем возрастании хаоса на отдельных участках энтропия может и уменьшаться, а структуры – появляться.

Разберем немного подробнее, что это значит. Рассмотрим двигатель внутреннего сгорания. Горючее – это компактный запас концентрированной энергии. Когда оно горит, его молекулы дробятся на части (если это углеводород, мы получаем множество молекул двуокиси углерода и воды) и разлетаются в разные стороны. Энергия, высвобожденная в процессе горения, распространяется в окружающем пространстве. Механизмы двигателя, состоящие из поршней и шестеренок, предназначены для того, чтобы отвечать на это рассеивание и распространение, по сути, чтобы ловить разлетающиеся молекулы и отбирать у них энергию. Двигатель может оказаться частью подъемного крана, используемого при строительстве собора и поднимающего бетонные блоки для их установки на высоте. Таким образом, процессы рассеяния энергии, происходящие в двигателе, помогают возникновению структур. Вселенная в целом становится более хаотической, но здесь, в месте строительства собора, возникает упорядоченная структура. В целом беспорядок возрастает, но локально это требование может быть смягчено.

Образование порядка, вызванное увеличением беспорядка, мы видим на каждом шагу. Часто выстраиваются цепочки таких связей: рост беспорядка приводит в каком-то месте к возникновению порядка, который затем разрушается, порождая порядок в другом месте. Но в этих цепочках событий главным остается одно: беспорядка, создавшегося в каком-либо месте, всегда оказывается больше, чем беспорядка, в результате уничтоженного где бы то ни было. Разрушение беспорядка есть рождение порядка.

Солнце – великий рассеиватель энергии. Посредством цепочек таких рассеиваний на Земле происходят разнообразные процессы и события, в том числе и эволюция всего живого. Термоядерный синтез, происходящий внутри Солнца, высвобождает энергию, рассеивающуюся в пространстве. Крошечную часть этой энергии перехватывает зеленая растительность Земли и использует ее для строительства органических структур. В этом случае находящиеся в хаотическом беспорядке начальные материалы – это двуокись углерода и вода, а высокоорганизованные структуры, порожденные в результате, – это углеводороды, которые покрывают суровую литосферу благожелательной ко всему живому биосферой. Органические структуры: травка, деревья и все такое прочее, и все это цветет и пахнет, – но стоит Солнцу погаснуть, и никакая травка не спасет Солнечную систему от хаоса.

Растения – пища животных. Пища – это горючее двигателей внутреннего сгорания в наших телах и в телах других животных. «Сгорание» пищи – процесс гораздо более сложный и тонкий, чем горение топлива в двигателях, ведь внутри нас физически ничего не горит. Но аналогия все же очень близкая. В процессе пищеварения сложные органические молекулы разлагаются на простые составляющие, в том числе на двуокись углерода и воду, и при этом выделяется энергия. В организмах нет приводов и зубчатых шестеренок, но метаболические процессы внутри них (внутри нас!) представляют собой близкие органические аналогии шестеренок – они передают организующую силу исходного пищеварительного процесса в места, аналогичные кранам. Там из аминокислот, молекулярных строительных кирпичиков Природы, составляются структуры, которые мы называем белками, – крошечные молекулярные соборы. Так происходит рост организмов. В целом при расщеплении пищи беспорядок усиливается, но биохимические процессы в организме реагируют на это рассредоточение так же, как двигатели реагируют на сгорание топлива, – и в результате появляются структуры, в том числе и мы. Как я уже отмечал, мы просто локальные случаи отклонений от беспорядка; мы – дети хаоса.

Но не только вы и я обязаны своим существованием росту всеобщего беспорядка. Вся экосистема в целом является производной беспорядка и следствием хаоса. Ни один организм не может быть островом. Естественный отбор – это чрезвычайно сложный и вызывающий восхищение способ приспособления ко второму закону термодинамики. Биосфера – это невероятное переплетение взаимосвязанных сущностей, подпитывающих друг друга, чтобы наиболее эффективно «прожить» те средства, которые дает процесс пищеварения. Горючее – съеденная пища – достается трудно, но при этом необходимо для выживания и дальнейшего распространения: ведь жизнь есть структура, которую надо поддерживать путем увеличения беспорядка во Вселенной. Живые существа просто не могут