Пригожин и Стенгерс: Порядок из хаоса

Книга Порядок из хаоса вышла на русском языке в 1986 году. Получилось так, что в те времена я ее не прочитал и наверстать упущенное удалось только сейчас. Должен сказать, что мне нравились идеи Пригожина: диссипативные системы в сильно неравновесном состоянии, самоорганизация и все такое. Я даже видел Пригожина — он делал доклад в МГУ. Правда, Пригожин решил, что он хорошо владеет русским и стал делать доклад по-русски. При этом никто не решился переводить с русского на русский.

В книге затронуто много тем. Большое внимание уделено диссипативным системам, флуктуациям, аттракторам и бифуркциям. Я остановлюсь только на одной теме: противопоставлении механики и термодинамики. Эта тема в настоящее время как-то ускользает из внимания. Сегодня можно часто услышать, что квантовая механика и общая теория относительности несовместима между собой, однако про противоречие между механикой и термодинамикой практически ничего не слышно.

Противоречие заключается в следующем. Макросистема состоит из атомов, которые подчинаются уравнениям механики, при этом уравнения механики обратимы относительно времени. На уровне макросистемы существует энтропия, которая задает стрелу времени, то есть, второй закон термодинамики запрещает обращение по времени на уровне макросистемы. Возникает вопрос, каким образом исходя из уравнений механики, обратимых по времени, можно объяснить появление энтропии, которая задает стрелу времени. Есть три возможных решения:

  • Уравнения механики абсолютно правильны, а появление стрелы времени и энтропии связано с особенностями восприятия природы человеком. Энергия объективна, а энтропия субъективна.
  • Энтропия объективна, следовательно термодинамика приводит к необходимости коррекции уравнений механики.
  • Убедить себя в том, что хотя на уровне микромира все обратимо во времени, увеличение степеней свободы с необходимостью приводит к возникновению принципиального нового свойства — энтропии — и, соотвественно, стрелы времени.

В книге Пригожина и Стенгерс отношения между механикой и термодинамикой рассмотрены в рамках истории двух дисциплин. Мне понравился этот подход, он хорошо показывает, как мнения людей менялись по ходу времени.

Из истории появления законов Ньютона мне понравился такой эпизод:

‘Нидэм рассказывает об иронии, с которой про­свещенные китайцы XVIII в. встретили сообщения иезуитов о триумфах европейской науки того времени. Идея о том, что природа подчиняется простым позна­ваемым законам, была воспринята в Китае как непре­взойденный пример антропоцентрической глупости.’

Вот, почему китайцы пропустили научно-техническую революцию. Цитата Вольтера прекрасно выражает идею истинного ньютонианца:

‘…все управляется незыблемыми законами … все заранее предустановлено … все необходимо обусловле­но… Есть люди, которые, испуганные этой истиной, до­пускают лишь половину ее, подобно должникам, вруча­ющим кредиторам половину своего долга с просьбой от­срочить выплату остального. Одни события, говорят та­кие люди, необходимы, другие — нет. Было бы странно, если бы часть того, что происходит, была бы должна происходить, а другая часть не должна была бы проис­ходить… Я непременно должен ощущать неодолимую потребность написать эти строки, вы — столь же не­одолимую потребность осудить меня за них. Мы оба одинаково глупы, оба — не более чем игрушки в руках предопределения. Ваша природа состоит в том, чтобы творить дурное, моя — в том, чтобы любить истину и опубликовать ее вопреки вам.’

Пригожину и Стенгерс не нравится такая позиция — они придерживаются второго решения, что термодинамика с необходимостью говорит о том, что законы механики должны быть скорректированы. В книге с удовольстием описывается открытие закона теплопереноса Фурье. Это был первый сильный удар по ньютонианцам, поскольку уравнение Фурье в отличие от уравнений механики необратимо по времени. Сторонники механики пытались изменить закон Фурье, но ничего не получилось, тепло осталось жить по своим законам. Далее последовало открытие второго начала термодинамики и началось обсуждение того, как разрешить возникнувшее противоречие.

В книге подробно рассматриваются работы Людвига Больмана, который хотел показать, что законы механики на уровне микромира совместимы с появлением энтропии на уровне макросистемы (третье решение). Однако критика Пуанкаре, Цермело и Лошмидта показала, что построения Больцмана непоследовательны. Больцман признал критику и поменял свою точку зрения — он стал сторонником первого решения, когда стрела времени и энтропия связываются с особенностями восприятия мира человеком.

Следует сказать, что со времени выхода книги мало что изменилось. В настоящее время можно встретить все три позиции. Первая позиция о субъективности энтропии особенно часто встречается у физиков, которые отождествляют энтропию в уравнении Больцмана с информацией в уравнении Шэннона.

Карло Ровелли в книге Порядок времени выбрал путь Больцмана. Время не принадлежит фундаментальной реальности и вселенной, а связано с особенностями восприятия. Шон Кэрролл в книга Большая картина: К происхождению жизни, смысла и самого космоса излагает третье решение. Вначале было малоэнтропийное состояние, далее получаются более вероятные состояния, соотвествующие повышению энтропии. Ли Смолин в книге Возвращение времени по сути близок ко второму решению.

Я бы сказал, что в книге слишком большое внимание уделяется классической статистической механике и слишком мало квантовой механики. В статистической механики, основанной на классической механики, с самого начала возникало много парадоксов и расхождений с экспериментальными результатами. Можно сказать, что это неявно свидетельствовало, что классическая механика неприминима к описанию микромира. С другой стороны, при переходе к квантовой механике возникает общий вопрос, каким образом из волновой функции на уровне микромира получается классическая макросистема. Может быть проблема интерпретации квантовой механики и противоречие между термодинамикой и механикой каким-то образом связаны между собой.

Отмечу, что в книге много интересных цитат. Ниже несколько особенно понравившихся мне цитат.

Описание ученого, данное Альбертом Эйнштейном в поздравительной речи на 60-летие Макса Планка (Мотивы научного исследования):

‘Большинство из них — люди странные, замкнутые, уединенные; несмотря на эти общие черты, они в дей­ствительности сильнее разнятся друг от друга, чем изгнанные. Что привело их в храм?… одно из наиболее сильных побуждений, ведущих к искусству и науке, — это жела­ние уйти от будничной жизни с ее мучительной жестко­стью и безутешной пустотой, уйти от уз вечно меняю­щихся собственных прихотей. Эта причина толкает лю­дей с тонкими душевными струнами от личных пережи­ваний в мир объективного видения и понимания. Эту причину можно сравнить с тоской, неотразимо влекущей горожанина из шумной и мутной окружающей среды к тихим высокогорным ландшафтам, где взгляд далеко проникает сквозь неподвижный чистый воздух и на­слаждается спокойными очертаниями, которые кажут­ся предназначенными для вечности.

Но к этой негативной причине добавляется и позитивная. Человек стремится каким-то адекватным спосо­бом создать в себе простую и ясную картину мира для того, чтобы оторваться от мира ощущений, чтобы в из­вестной степени попытаться заменить этот мир создан­ной таким образом картиной.’

Стихи Джона Дони (1572—1631), в которых он оплакивал аристотелевский мир, разрушеный коперниковской революцией:

‘Новые философы все ставят под сомнение,
Стихия грозная — огонь — изъят из обращения.
Утратил разум человек — что не было, что было,
Не Солнце кружит круг Земли, Земля —вокруг светила.
Все люди честно признают: пошел весь мир наш прахом,
Когда сломали мудрецы его единым махом.
Повсюду новое ища (сомненье — свет в окошке),
Весь мир разрушили они до камешка, до крошки.’

В заключение цитата Чарльза Пирса по отношению к тепловой смерти вселенной:

‘Вы все слышали о диссипации энергии. Обнаружено, что при любых трансформациях энергии часть ее превращается в тепло, а тепло всегда стремится выровнять температуру. Под воздействием собственных необходимых законов энергия мира иссякает, мир движется к своей смерти, когда повсюду перестанут действовать силы, а тепло и температура распределяется равномерно…

Но хотя ни одна сила не может противостоять этой тенденции, случайность может и будет препятствовать ей. Сила в конечном счете диссипативна, случайность в конечном счете концентративна. Диссипация энергии по непреложным законам природы в силу тех же законов сопровождается обстоятельствами, все более и более благоприятными для случайной концентрации энергии. Неизбежно наступит такой момент, когда две тенденции уравновесят друг друга. Именно в таком состоянии, несомненно, находится ныне весь мир.’

Информация

Илья Пригожин, Изабелла Стенгерс, Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой, Москва, Прогресс, 1986.

Про позицию Больмана: Мозг Больцмана в равновесной Вселенной

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/191115.html


Comments are closed.