Знаете, пожалуй любая наука ставит перед собой основной целью попытаться ответить на главные вопросы бытия - что такое жизнь, как она появилась, для чего всё это нужно, почему оно работает именно так, а не иначе. Вот только, увы, прямых ответов тут нет.
Поскольку мы с вами пытаемся познавать мир через физику (это, в какой-то мере, лозунг проекта) и используем концепцию научной методологии, то весьма интересно проанализировать, а как наша область знаний пытается ответить на такие вопросы?
Часто можно встретить мнение, что для физика живая материя или сама по себе жизнь, мало отличается от просто материи. И там и тут у нас есть атомы и структуры, а металлический брусок мало отличается в физическом плане от живого хомяка. Но на самом деле физика куда более дотошна в этих моментах и сугубо прикладной взгляд характерен скорее для технической части или прикладников.
Теоретическая же физика раскрывает суть проблемы куда глубже. Тут действительно есть о чём побеседовать.
Как минимум, всплывают этакие парадоксы. Например, опять-таки, очень часто можно встретить идеи из серии - сама жизнь противоречит главной идее физики. Энтропия хочет увеличиваться, в тут опа - и упорядочивание. Причем, спонтанное. Термодинамика требует хаоса, а тут раз и нарушение второго закона.
Давайте попробуем как-то всё это утрясти в единую логику. Тут нет никакой мистики, хотя очень хочется видеть обратное. Причём, мы её и не исключаем. Мы просто говорим, что в рамках физики это работает примерно так. И мы понимаем, что пока ещё останутся вопросы без ответов, а философия в чём-то будет уходить дальше.
Самый главный парадокс
Представьте себе, что вы разглядываете в микроскоп структуру металлического образца.
Вы видите в нём атомы и наблюдаете, как они организуют сложные закономерные системы. Говорить тут про беспорядок или хаос просто не поворачивается язык.
Так почему Вселенная, которая стремится к хаосу, постоянно создаёт островки порядка?
Более того, ну очень интересно, как более сложные структуры начинают вдруг мыслить. Например, металлический брусок не обладает сознанием в прямом смысле, а вот хомяк, который куда сложнее, похоже вполне себе мыслит. Но тут мы сейчас скатимся в обсуждение проблемы сознания, а нас интересует пока более конкретный вопрос.
Вы ведь помните, что такое энтропия? Это то, насколько много/мало мы знаем о системе, а это подразумевает, что энтропия растёт и вместе с ней растёт беспорядок.
Но если энтропия должна всё разрушать, почему природа всё время что‑то строит?
Удивительно. Но современная физика при этом неожиданно показывает, что хаос и порядок не враги. Более того - иногда именно хаос становится источником организации. Тут полезно посмотреть мой ролик про хаос с позиции физики и узнать, что такие суждения (мол энтропия отрицает жизнь) возникают из поверхностного понимания проблемы.
Почему люди неправильно понимают энтропию?
Большинство людей слышат слово «энтропия» и сразу представляют себе распад - ржавеющий металл или разрушение зданий. Кажется, будто сама физика медленно стирает всё сложное и красивое, превращая мир в бесформенный хаос.
Но такое представление слишком человеческое и слишком эмоциональное. На самом деле энтропия не есть «сила разрушения». Это всего лишь статистический закон, описывающий, какие состояния материи наиболее вероятны во Вселенной.
Если бросить в комнату тысячи шариков, они почти никогда не соберутся сами в идеальный куб в углу. Не потому, что физика «запрещает порядок», а потому, что беспорядочных вариантов расположения у шариков несравнимо больше.
Именно это и есть суть энтропии: система стремится не к хаосу как таковому, а к наиболее вероятному распределению энергии и вещества. Вселенная играет в гигантскую статистическую игру, где одни состояния просто встречаются намного чаще других.
Физика вовсе не запрещает порядок. Иначе не существовало бы ни галактик, ни снежинок, ни человека.
Запрещён только «бесплатный» порядок - организация без затрат энергии.
Чтобы создать структуру, необходимо направленное движение энергии. Солнце питает жизнь на Земле, перепады температур создают ураганы, химические реакции строят клетки организма. Порядок возникает там, где через систему проходит поток энергии.
Хаос и порядок не являются противоположностями в привычном смысле. Иногда именно стремление к увеличению энтропии неожиданно рождает сложные структуры. Вихри в атмосфере, узоры льда на стекле, спирали галактик - всё это примеры того, как материя начинает самоорганизовываться не вопреки законам физики, а благодаря им.
С точки зрения современной физики жизнь выглядит не как нарушение законов природы, а как особый способ перераспределения энергии. Живые организмы ускоряют химические процессы, рассеивают солнечную энергию и создают временные островки порядка за счёт ещё большего роста энтропии вокруг себя.
Получается удивительная вещь. Жизнь не борется против второго начала термодинамики. Возможно, она является одним из его самых сложных и красивых проявлений.
Самоорганизация - это скрытое свойство материи?
Как-то я снимал видео про скрытый код атома. Проблематика строилась вокруг того, что научпоп сообщество часто рассматривает упорядочивание самого атома и атомов в структуре материалов, как наличие некоторого машинного кода.
Мол программа описывает, как атому нужно встроиться в структуру. Этакая матрица если желаете. Так-то оно так, но движущая сила в создании деревяшки из атомов - это скорее эмерджентность.
Атомы имеют методы и свойства. Они определяют, что при таком-то балансе сил, атом поведёт себя так-то. В итоге частицы, как магнитные шарики, слипаются в материю. Это не совсем код. Это свойство самой материи, хотя и это можно описать посредством кода.
При определённых условиях материя начинает организовывать себя сама. Если через систему проходит поток энергии, хаотическое движение частиц внезапно способно породить устойчивые структуры.
Это явление изучал Илья Пригожин. Он показал, что системы, находящиеся далеко от равновесия, могут не разрушаться в хаос, а наоборот спонтанно создавать порядок. Нагреваемая жидкость вдруг выстраивается в аккуратные конвекционные ячейки Бенара. Атмосферный хаос рождает гигантские ураганы с почти идеальной структурой. Химические реакции начинают пульсировать ритмами, словно обладают собственным «дыханием». Даже молнии и русла рек возникают как результат самоорганизации потоков энергии и вещества.
Самое удивительное здесь даже не сами примеры, а вывод, который из них следует. Возможно, природа вовсе не «борется» за порядок. Возможно, порядок - это один из самых эффективных способов рассеивания энергии. Тогда жизнь перестаёт выглядеть невероятной аномалией посреди мёртвой Вселенной. Живые организмы могут быть естественным следствием физических законов - сложными структурами, которые возникают там, где энергия долго течёт через материю.
И если смотреть на мир под таким углом, то жизнь оказывается не исключением из физики, а одним из её самых глубоких проявлений.
Как же хаос внезапно начинает создавать сложность?
Иногда достаточно маленькой флуктуации и едва заметного отклонения, чтобы вся система начала стремительно перестраиваться. Это основы теории хаоса.
Слабое возмущение в атмосфере способно вырасти в бурю. Незначительная мутация может изменить целый вид. На определённом уровне сложности системы начинают жить по совершенно иным правилам. Они могут внезапно переходить в новое состояние, самоорганизовываться и создавать порядок буквально на границе хаоса.
Именно поэтому природа так часто поражает нас структурами, у которых словно бы нет единого управляющего центра. Огромные стаи птиц синхронно меняют направление, будто ими управляет единый разум, хотя каждая птица видит лишь ближайших соседей. Косяки рыб движутся как жидкий организм. Муравейники строят сложнейшие системы тоннелей без архитектора и чертежей. Даже города, финансовые рынки и интернет растут скорее как живые экосистемы, чем как заранее спроектированные механизмы.
Иногда порядок возникает из взаимодействия огромного количества простых элементов. Никто не управляет системой полностью, но из локальных связей внезапно рождается глобальная структура. И именно это особенно трудно принять человеческому мышлению.
Современная физика всё чаще показывает, что сложность может возникать сама как естественное свойство материи, энергии и информации.
В таком раскладе и идея формирования Вселенной играет другими красками. Вот только вопрос как сама материя стала такой, почему она так начала вест и себя останется без ответов.
Почему жизнь выглядит почти неизбежной?
Возможно, при наличии энергии, подходящей материи, времени и открытой среды усложнение материи становится почти неизбежным процессом.
На молодой Земле океаны были наполнены химическими соединениями, через атмосферу непрерывно проходили молнии, планету нагревало Солнце, а вулканы создавали гигантские потоки энергии. В таких условиях молекулы не просто хаотично сталкивались. Некоторые структуры оказывались устойчивее других.
Возникали примитивные мембраны, способные отделять внутреннюю среду от внешней. Появлялись автокаталитические реакции - химические процессы, которые начинали поддерживать сами себя. Постепенно химия словно делала первый шаг к биологии.
Если жизнь возникает как результат самоорганизации материи в потоках энергии, то она перестаёт выглядеть невероятной аномалией во Вселенной. Жизнь становится не магическим исключением из законов природы, а одной из возможных фаз её развития - такой же естественной, как образование звёзд, кристаллов или галактик.
Физик - это способ Вселенной наблюдать саму себя
Часто шутят, что физик - это способ Вселенной изучать саму себя. Это логично. Если самоорганизация способна создавать всё более сложные структуры,
то в какой‑то момент появляется нервная система. Это просто неизбежно.
При таком раскладе возможно, сознание - это не противоположность физике, а её естественное продолжение.
Вселенная не просто движется к хаосу. На пути к термодинамическому равновесию она временно создаёт звёзды или планеты. Или даже нас с вами. И всё это может быть естественным следствием фундаментальных законов. Мы не можем утверждать, что это именно так. Мы просто пытаемся опираться на современную науку.
Возможно, жизнь - это способ, которым Вселенная ускоряет собственные процессы и одновременно начинает осознавать своё существование.
Впрочем, если к публикации будет интерес, т омы ещё ни раз вернемся к этому вопросу :) Тут есть, что по изучать и что расширить для понимания.
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.