Между живой и неживой материей есть и еще одно сходство. Если говорить языком кибернетики, любой живой организм — самоуправляющая система.
Неорганическая природа свойством управления не обладает. Но в зачаточном состоянии мы обнаруживаем у некоторых неживых систем и это свойство. Оно проявляется в форме так называемой авторегуляции.
Яркий пример — наше Солнце. Термоядерные реакции, которые являются источником его энергии, протекают в центральной зоне. Этот «ядерный котел» со всех сторон окружен массами вещества, которое удерживается силами тяготения. Если интенсивность реакции почему-либо падает, зона немедленно сжимается. Это приводит к увеличению давления и температуры, и реакция ускоряется. Наоборот, если реакция развивается слишком бурно, избыточная энергия вызывает расширение окружающих слоев. И зона реакции охлаждается до тех пор, пока процесс не войдет в норму.
Подобным же свойством обладают и многие другие материальные системы. Если происходит отклонение от нормы, возникают силы, которые возвращают систему в состояние равновесия.
Более того, можно предполагать, что способность к саморегуляции — свойство не только отдельных систем, но и присуще в какой-то мере материи вообще. Вспомним хотя бы хорошо известный каждому школьнику закон Ленца, согласно которому всякое изменение магнитного поля вызывает возникновение тока индукции, магнитное поле которого препятствует изменениям, вызвавшим этот ток.
Аналогичный закон — принцип Ле Шателье справедлив и для химических процессов. Если оказывать воздействие на систему, которая находится в равновесии, то это вызывает в ней соответствующее противодействие, которое будет возрастать до тех пор, пока не восстановится нарушенное равновесие.
Если сделать обобщение, то живые организмы и неживая среда, в которой они обитают, составляют единую общую систему. Между ними происходит непрерывный обмен веществ, в процессе которого живые организмы синтезируют живое из неживого и непрерывно обновляются… По крайней мере так обстоит дело на Земле.
Все это, вместе взятое, наводит на мысль о том, что живое и неживое не только не разделены какой-то непроходимой границей, но и являются в известном смысле вполне равноправными формами существования материи.
Прогресс или регресс?
Как-то мне пришлось присутствовать на одной любопытной дискуссии. Обсуждалась проблема развития в живой и неживой природе. Какое развитие считать прогрессивным, а какое — регрессивным?
Если в человеческом обществе в области социального развития критерии прогресса и регресса нам совершенно ясны, то в природе они далеко не так очевидны.
Что прогрессивнее — звезда или планета, комета или газовая туманность, травянистое растение или дерево?
Предлагались различные критерии. И тут же отвергались. Наконец кто-то высказал мнение, что, пожалуй, наилучший признак — сложность. Чем система сложнее, тем она и прогрессивнее. С таким определением почти все уже были готовы согласиться, когда слово взял биолог и заметил, что в истории жизни на Земле появление очень сложных форм иногда вело вовсе не к прогрессу, а к явному упадку. Достаточно вспомнить хотя бы удивительных гигантов-динозавров, которые, несмотря на весьма сложное строение, оказались «тупиковой» ветвью развития, исчезнувшей без следа. С другой стороны, биологам известно, что иногда целесообразными оказываются как будто бы регрессивные изменения живых организмов. Например, акад. А. Н. Северцов отмечал, что многие явно дегенеративные формы принадлежат к числу наиболее процветающих групп животного мира. Получается довольно странная ситуация: в иных случаях усложнение ведет к упадку и вымиранию, а дегенеративные изменения оказываются даже выгодными с точки зрения приспособляемости к условиям внешней среды… Споры вспыхнули с новой силой, но к «общему знаменателю» участники дискуссии так и не пришли.
Вопрос, о котором идет речь, имеет самое прямое отношение к интересующим нас проблемам. Без этого невозможно выяснить, какова роль живого вещества в движении материи. Поэтому попробуем обсудить его с позиций физики.
Любое развитие предполагает изменение, то есть переход некоторого объекта или системы из одного состояния в другое. И чем больше у данной системы возможностей для таких изменений, тем радужнее перспективы ее дальнейшего развития.
Это можно пояснить таким довольно грубым примером. Когда перед нами лежит кусок ткани, мы можем сшить из него и костюм, и платье, и пальто, и юбку. Но когда из этого материала скроен, скажем, костюм, все остальные возможности уже исключаются. Но по каким признакам определить, как меняется в процессе развития системы возможность ее дальнейших изменений?
Здесь нам придется совершить небольшой экскурс в область так называемой статистической физики.
Начнем опять с фактов.
Факт номер один. Еще в середине XIX в. известный немецкий физик Р. Клаузиус сформулировал второе начало термодинамики — науки о тепловых явлениях. Второе начало представляет собой одно из проявлений всеобщего закона сохранения. Оно утверждает, что теплота сама собой может переходить лишь от более нагретого тела к менее нагретому и этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока температура обоих тел не окажется одинаковой.
Представим себе, что вода всех рек, существующих на Земле, стекает в один океан. Поскольку уровень рек более высок, чем океана, в речной воде содержится определенный запас энергии, которая может быть превращена в работу, например, с помощью гидротурбин. Но вода, оказавшаяся в океане, не представляет в этом смысле уже никакой ценности. Ведь для того, чтобы заставить ее работать, пришлось бы сливать ее на еще более низкий уровень. Подобным же образом в результате тепловых взаимодействий некоторая часть теплоты «обесценивается», теряет способность совершать работу. Для обозначения этого явления Клаузиус ввел специальный термин «энтропия», образованный от греческого слова, что буквально означает «обращенная внутрь», «замкнутая в себе», «неиспользованная».
Факт номер два. Наблюдения над физическими явлениями позволяют утверждать, что в любой замкнутой, изолированной физической системе все виды энергии должны постепенно «стечь» в «тепловой океан», а теплота равномерно распределиться между всеми телами, после чего всякие процессы, связанные с термодинамическими превращениями, в этой системе полностью прекратятся.
Другими словами, энтропия любой замкнутой системы постоянно увеличивается.
Факт номер три. Клаузиус сделал попытку применить второй закон термодинамики ко всей Вселенной и пришел к неутешительному выводу о неизбежной ее гибели. Энтропия Вселенной, утверждал он, стремится к некоторому максимуму. И чем больше Вселенная приближается к этому предельному состоянию, тем меньше возможностей для ее дальнейшего изменения. А когда это состояние окажется достигнутым, все изменения вообще прекратятся, наступит «тепловая смерть».
В свое время Ф. Энгельс подверг теорию «тепловой смерти» резкой критике. Он указывал, что перенесение второго начала термодинамики на всю Вселенную абсолютно неправомерно. При этом основная мысль Энгельса заключалась в том, что в безграничной Вселенной среди неисчерпаемого многообразия форм движения материи должны иметь место не только процессы, ведущие к увеличению энтропии, но и процессы, связанные с ее уменьшением.
Примерно так же обстоит дело в нашем примере с реками. Запасы воды в них никогда не исчерпываются. Солнечные лучи нагревают воду в морях и океанах и заставляют ее испаряться, водяной пар поступает в атмосферу, переносится воздушными течениями в различные уголки нашей планеты и вновь выпадает на Землю в виде осадков — снега и дождя. Таким образом происходит непрерывный круговорот воды, она вновь и вновь обретает способность производить механическую работу.
Не происходит ли нечто подобное и во Вселенной? Но какие процессы могут вести к уменьшению энтропии?
Обратимся к помощи статистической физики. С ее точки зрения переход от состояний с меньшей энтропией к состояниям с большей энтропией есть переход от менее вероятных состояний к более вероятным.