Коллектив авторов - Теории всего на свете

• Название: Теории всего на свете
• Автор: Коллектив авторов
• Издательство: Лаборатория знаний: Лаборатория Базовых Знаний
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-93208-210-2

«Напишите о вашем самом любимом, самом интересном, глубоком и изящном объяснении», – попросил издатель и писатель Джон Брокман известнейших ученых всего мира, работающих в разных областях науки, а потом собрал полученные эссе в книге, которую вы сейчас держите в руках. На ее страницах – рассказы о теориях, помогающих понять главные идеи физики и астрономии, экономики и психологии, биологии и многих других наук. Чтение это увлекательное, ведь среди авторов сборника – Джаред Даймонд, Нассим Талеб, Стивен Пинкер, Мэтт Ридли, Ричард Докинз и другие выдающиеся умы современности.

---

Может существовать множество разновидностей энтропии – столько же, сколько и корректных систем отсчета.

Организм по определению является самовоспроизводящейся физической системой. Это создает систему отсчета, упорядоченность в которой определяется в понятиях случайных взаимосвязей, способствующих воспроизводству системы (репродуктивный, а не термодинамический порядок). И в самом деле, организмы должны быть физически «сконструированы» так, чтобы улавливать нерассеянную энергию. Подобно плотинам ГЭС, где водопады используются для вращения турбин, живые организмы используют термодинамический энтропийный поток, питая с его помощью процессы собственного воспроизводства. Так они распространяют множество своих копий по окружающему их миру.

Порой из‑за энтропии в процесс подобного копирования вкрадываются ошибки, но такой «наведенный» беспорядок в системах, способных к воспроизводству, подвержен автокоррекции. Ведь «хуже» организованные системы по определению менее эффективны в самовоспроизводстве, а потому вымываются из популяции. Однако ошибки копирования, увеличивающие функциональную упорядоченность (а значит, и репродуктивную способность), становятся все более распространенными. Так и работает маховик неизбежного естественного отбора при воспроизводстве живых организмов.

Живые организмы применяют фокус с использованием различных энтропийных систем отсчета самыми многообразными путями, иной раз весьма хитроумными. Однако главное здесь – то, что факторы, естественным образом увеличивающие неупорядоченность (а значит, смещающие систему в сторону максимально вероятных состояний) для одной системы отсчета в рамках одной физической области, могут быть использованы для уменьшения неупорядоченности в другой системе отсчета. Естественный отбор выбирает и связывает между собой различные группы объектов, управляемых энтропией (скажем, клетки, органы, мембраны), причем каждой из этих групп свойственна определенная энтропийная система отсчета. Когда связываются между собой подходящие группы объектов, они проделывают работу по воспроизводству, задействуя процессы возрастания энтропии одних разновидностей для того, чтобы снижать энтропию других разновидностей, да так, чтобы это приносило пользу данному организму. К примеру, диффузия кислорода из легких в кровоток и далее в клетки происходит благодаря энтропии химического смешивания: идет сдвиг в сторону более вероятных, высокоэнтропийных состояний, однако при этом повышается упорядоченность с точки зрения способствования воспроизводству.

Энтропия вынуждает предметы падать, но жизнь изобретательна и частенько заставляет падающие предметы опускаться строго на нужное место.

Почему всё происходит

Питер Аткинс

Почетный профессор химии Оксфордского университета; автор книги Reactions: The Private Life of Atoms («Реакции: личная жизнь атомов»)

Существует чудесное по своей простоте мнение: события происходят, потому что ситуация ухудшается. Здесь есть прямая связь со вторым началом термодинамики и тем фактом, что все естественные изменения сопровождаются возрастанием энтропии. При этом я понимаю эти слова так: материя и энергия имеют тенденцию беспорядочно рассеиваться. Молекулы газа находятся в неустанном движении (которое можно с большой степенью точности назвать случайным) и стремятся занять весь предоставленный им объем. Хаотическое тепловое движение атомов в бруске раскаленного металла приводит в движение их соседей, и энергия распространяется все дальше, так что брусок постепенно остывает. Все естественные изменения, по сути, представляют собой проявление этого несложного процесса – беспорядочного рассеяния.

Однако такое восприятие естественных изменений приводит нас к потрясающему выводу: рассеяние может и создавать порядок, рождать некую структуру. Требуется лишь устройство, которое встроится в процесс рассеяния, подобно тому как ревущую струю воды используют в созидательных целях. Точно так же можно использовать и дисперсионный поток. Говоря в целом, по мере развития мира в нем растет неупорядоченность, однако на локальном уровне многие структуры (соборы, мозг, динозавры, собаки, благочестивые и греховные деяния, стихи, проповеди) способны побороть хаос, пускай на время и в ограниченном пространстве.

Возьмем, к примеру, двигатель внутреннего сгорания. Искра воспламеняет углеводородное топливо, в результате чего возникают более мелкие молекулы – воды и углекислого газа, – склонные к рассеянию. В процессе такого рассеяния они дают толчок поршню. Одновременно энергия, высвобождаемая при сгорании топлива, распространяется в окружающем пространстве. Конструкция двигателя использует силу этого рассеяния, и благодаря целому ряду механизмов-посредников подобную энергию можно использовать для того, чтобы построить из кирпичей собор. Таким образом, рассеяние энергии привело к созданию некой локальной структуры, хотя в целом мир при этом чуть больше погрузился в неупорядоченность.

Наш обед – тоже своего рода топливо. В процессе его метаболической переработки высвобождаются молекулы и энергия, которая затем распространяется. Аналог осей, валов и шестерен автомобиля – целая сеть биохимических реакций у нас внутри, а вместо кирпичей, из которых строится собор, у нас аминокислоты, которые соединяются вместе, образуя затейливую структуру белка. Еда позволяет нам расти. Мы тоже представляем собой пример локального противостояния хаосу, но лишь благодаря тому, что в других-то местах неупорядоченность при этом возрастает.

Сходным образом можно представить себе творческий процесс или просто какую-нибудь безответственную мечту, это не будет большой натяжкой, верно? Даже в состоянии относительного покоя мозг являет собой настоящий улей, где кипит физико-химическая деятельность. Метаболические процессы, запускаемые в ходе переваривания пищи, могут приводить к росту упорядоченности. Это уже не стройка собора из кирпичей или белка из аминокислот, а превращение электрических токов в гипотезы, произведения искусства, бескомпромиссные решения, научные открытия.

Естественный отбор, еще один великий принцип, тоже можно рассматривать как невероятно сложный, филигранный процесс, когда изменения, происходящие в биосфере, и ее эволюция управляются, в конечном счете, процессом нарастания неупорядоченности. Неудивительно, что второе начало термодинамики кажется мне грандиозным открытием. Из столь простого принципа проистекают колоссальные последствия, а это – критерий величия научной идеи. «Ситуация постоянно ухудшается»: что может быть проще такого принципа? А ведь он применим ко всей Вселенной: что может быть грандиозней? А значит, это величайший из всех научных принципов.

Почему мы опасаемся, что нам не хватит времени

Элизабет Данн

Социальный психолог (Университет Британской Колумбии)

Как-то раз, совсем недавно, я оказалась на обочине дороги, выковыривая мелкие камешки из ранки на ушибленной коленке и недоумевая, что меня сюда занесло. Я ехала на велосипеде с работы и собиралась встретиться с подругой в тренажерном зале – и вот яростно крутила педали, чтобы возместить несколько минут задержки. Я знала, что чересчур разогналась, поэтому во время одного из поворотов мой двухколесный друг слишком накренился, задел участок, засыпанный гравием, и выскользнул из-под меня. Как я загнала себя в такое положение? Почему я так спешила?

Мне показалось, что я знаю ответ. Темп нашей жизни постоянно возрастает, люди больше работают и меньше отдыхают по сравнению с временами полувековой давности. По крайней мере, такое впечатление складывается из СМИ. Но я социальный психолог, и мне захотелось увидеть реальные данные. Как выяснилось, вообще-то существует очень мало доказательств того, что сегодня человек больше работает и меньше отдыхает по сравнению с представителями предыдущих поколений. Собственно, ряд наиболее тщательных исследований предполагает прямо противоположное. Почему же наши современники так часто ощущают цейтнот?

Очень красивое объяснение этого загадочного явления предложили недавно Сэнфорд Дево из Университета Торонто и Джеффри Пфеффер из Стэнфорда. Они утверждают, что по мере того, как время дорожает, оно воспринимается как все более и более редкий товар. Редкость и цена для нас сегодня – своего рода сиамские близнецы: когда какой-то ресурс (от алмазов до питьевой воды) встречается редко, он становится более ценным, и наоборот. Так что когда наше время растет в цене, нам кажется, что у нас его меньше.