4. Механизмы сборки
Классический рационализм, на котором основываются все естественные науки и идеи которого воспринимаются в качестве реальности, того, “что есть на самом деле”, неотделим от попыток выводить все свойства сложных образований из элементов, их составляющих. Глубокая убежденность в том, что в Природе может быть только так, и не иначе, в том, что все свойства Универсума уже закодированы в свойствах элементов и их элементарных взаимодействиях, - неотъемлемая принадлежность практически любого рационалистического мышления. Я думаю, что это - реликт представления о простоте Универсума, живущий со времен Коперника и Ньютона.Подавляющее большинство исследователей и сегодня убеждены в том, что если мы не можем вывести свойства, которыми обладает система, рассматриваемая как объект исследования, из свойств элементов, ее составляющих, то это происходит лишь в силу нашего недостаточного знания свойств этих элементов или особенностей их парных взаимодействий.Такая точка зрения, получившая название редукционизма, весьма распространена, и это совсем не случайно. Она служит источником важнейших научных результатов и всегда будет играть роль важнейшего инструмента исследования как в естественных науках, так и в науках гуманитарной направленности. Но позиция редукционизма вовсе не универсальна. Еще в двадцатые годы Бертран Рассел , один из виднейших представителей рационалистического образа мысли, сказал свою знаменитую фразу о том, что все происходящее в нашем мире уже закодировано в электронных оболочках атомов. Я думаю, что это лучшее и наиболее четкое метафорическое выражение основ классического рационализма. Но это, увы, далеко не всегда отражает реальность.С этой точкой зрения я не могу согласиться. Существующий экспериментальный материал ставит под сомнение подобное представление классического рационализма: редукционизм - эффективный инструмент, но годный лишь для определенного круга вопросов, не более. Возникает естественное предположение о том, что при объединении элементов в систему на определенном уровне сложности у нее могут возникнуть свойства, принципиально не выводимые из свойств элементов и структуры парных взаимодействий, как это имеет место в системах гравитирующих масс.Заметим, что отказ от принципа Рассела вовсе не означает отказа от рационалистического мышления, ибо нельзя отказать Природе в возможности существования сложных структур взаимодействий лишь потому, что мы их просто не знаем.В процессе самоорганизации материального мира происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, т.е. форм организации материи, обладающих новыми свойствами. В Универсуме постоянно возникают новые уникальные образования, не имеющие или не имевшие никаких аналогов в прошлом. И возникает естественный вопрос: как они связаны со свойствами исходного материала. Это глубокий вопрос, имеющий не только философское значение; ответ на него - вопрос и практики, а может, и будущего общества.Процессы объединения элементов в системы идут непрерывно и на всех уровнях - в неживой материи, и в живом веществе, и в обществе. И в микромире и макромире, и, вероятно, в супермире! Не будет большой ошибкой сказать, что основу мирового движения как раз и составляет непрерывная перестройка организации систем и их объединение в новые структуры. Такой процесс универсален - тенденции к кооперативности пронизывают все этажи мироздания. Поэтому непротиворечивой является гипотеза о том, что процесс возникновения новых форм организации материи определяется столь же фундаментальными законами, как законы сохранения вещества и энергии, и в общем случае не сводится к анализу простых взаимодействий. Механизмы, которые определяются этими законами, условимся называть механизмами сборки. Их систематическое изучение представляется одним из важнейших направлений не только естествознания, но и общественных наук. Причем для процессов общественной природы их анализ особенно актуален.В результате действия механизмов сборки возникают новые образования, обладающие новыми свойствами, не имеющие аналогов. И уметь предугадывать эти свойства человеку необходимо. Иногда это относительно просто, когда, например, на основе разнообразных схем резонансных взаимодействий возникают новые структуры (когерентное излучение, например). Само по себе явление резонанса легко объясняется законами сохранения. Однако образование на этой основе кооперативного сообщества требует привлечения еще одного соображения. Я его называю принципом минимума диссипации и формулирую эту гипотезу следующим образом: среди возможных форм организации системы (кооперативного сообщества), т.е. согласных с системой взаимодействия, наблюдаются лишь те, которым соответствует минимум рассеивания энергии.Этот принцип не есть следствие законов сохранения, как вариационные принципы механики и электродинамики (а следовательно, не может быть строго обоснован, как это принято в современной физике), и является чистым эмпирическим обобщением. Но в известном смысле он тривиален, ибо все квазистационарные формы, которым отвечает более высокий уровень рассеивания энергии, требуют более интенсивной закачки внешней энергии. И они имеют больше шансов исчезнуть (диссипировать). Время их жизни значительно меньше времени жизни резонансных структур: они существуют, но их очень трудно наблюдать!Несмотря на тривиальность этого принципа, он имеет огромную эвристическую ценность, и, опираясь на него, ученым удавалось решать совсем не тривиальные задачи. Заметим, что принцип диссипации, который я сформулировал для неживой материи, имеет весьма важные аналоги в теории конфликтов, происходящих в обществе. Принцип устойчивости компромисса (например, принцип Нэша, за который автор недавно получил Нобелевскую премию) может рассматриваться в качестве далеко идущих обобщений принципа минимума диссипации.Теперь заметим, что резонансное взаимодействие порождает такие организационные структуры, которые действительно удовлетворяют принципу минимума диссипации энергии, выделяя наиболее медленно диссипирующие (т.е. долгоживущие) структуры. Таким образом, способ анализа свойств подобных систем вполне отвечает идеологии классического рационализма: свойства резонансных систем полностью определяются известной нам системой взаимодействий и не обладают какими-либо особенностями, которые мы были бы не способны предсказать.Итак, существует обширный класс систем, механизм сборки которых достаточно очевиден и которые приводят к вполне понятным свойствам. Отсюда их свойства мы можем прогнозировать. И в то же время можно привести множество наглядных примеров, показывающих, сколь непредсказуемыми могут оказаться свойства веществ, образованных объединением других веществ, о которых мы знаем практически все. Простейшее из них - вода. Она, как известно, обладает аномальной зависимостью плотности от температуры. Но это свойство мы не можем (а может быть, и не умеем) выводить из свойств молекул водорода и кислорода, нам более или менее известных. Это значит, что мы не можем построить конечной логической процедуры, связывающей свойства воды и свойства молекул водорода и кислорода.Еще более удивительный пример нам демонстрирует открытие свойств сверхпроводимости таких классических диэлектриков, как некоторые керамические материалы. Умеем ли мы объяснить появление подобных свойств, опираясь только на знание свойств компонентов этих диэлектриков? Во всяком случае, современная квантовая химия делать подобную редукцию еще не научилась. Вот почему при синтезе веществ, обладающих заданными свойствами, наука больше опирается на аналогию, чем на строгий научный анализ.И таким примерам нет числа. Особенно, когда мы переходим в сферу живого вещества и общественных отношений. Свести феномен жизни только к физико-химическому взаимодействию элементов, составляющих живой организм, по-видимому, невозможно! Так же, как и объяснить поведение толпы свойствами всех тех людей, которые в нее входят. Точно так же и свойства разума несводимы к свойствам нейронов, из которых состоит мозг. Хотя бы потому, что нейроны почти всех живых существ примерно одинаковы, а мыслить может один лишь человек.Итак, существуют развивающиеся системы, свойства которых мы не можем предсказать заранее, мы ничего не знаем о том, в какой степени эти свойства определяются особенностями элементов, составляющих эти системы. И мы не можем “рафинировать” эту трудность, т.е. сказать, почему мы этого не можем. Мы действительно не понимаем, почему, зная свойства отдельных людей, мы не можем, например, прогнозировать действия толпы, из них составленной. И последнее, вероятно, самое существенное.Мне кажется, что причина лежит не столько в слабости логического аппарата, т.е. в отсутствии хорошо разработанной теории. Может оказаться, что эти причины гораздо более глубокие: для логического анализа нам недостает исходных посылок, правдоподобных гипотез. Другими словами, я не могу исключить, что, опираясь только на свойства исходных элементов и известные нам взаимодействия, вывести свойства новых образований вообще нельзя!Может быть, эти неизвестные нам свойства являются в принципе системными свойствами, столь же индивидуальными, как и свойства атома водорода. Другими словами, существуют ситуации, когда принцип редукционизма в его классической форме (т.е. сводимости свойств системы к свойствам отдельных элементов с помощью конечно шаговой логической процедуры) не выполняется. И систему приходится изучать сразу как некую целостность.Для объяснения этого феномена нужны новые соображения. А может быть, и новый взгляд на Универсум!
5. Второй закон термодинамики. Проблемы баланса энергии и эволюция
