Содержание: Илья Пригожин
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 бифуркациям. 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 подчиняются 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, соответственно, 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 стараются согласовать динамику со стрелой времени. В книге с удовольствием 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 Больцмана, 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 (флуктуационная гипотеза, см. заметку ‘Эволюция взглядов Людвига Больцмана на характер молекулярно-кинетической теории‘), когда стрела времени и энтропия связываются с особенностями восприятия мира человеком. Авторы книги критикуют такое решение, в этом они согласны с Карлом Поппером, цитаты которого приводятся в книге Пригожина (про взгляды Поппера по этому поводу см. заметку ‘Карл Поппер: За пределами поиска инвариантов‘).
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 (см. заметку ‘Карло Ровелли: Реальность выглядит совсем по другому‘). 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 (см заметку ‘Большая картина Шона Кэрролла‘). Вначале было малоэнтропийное состояние, далее получаются более вероятные состояния, соответствующие повышению энтропии. Ли Смолин в книге ‘Возвращение времени‘ по сути близок ко второму решению (см. заметку ‘Иллюзия времени в физике‘).
Я бы сказал, что в книге слишком большое внимание уделяется классической статистической механике и слишком мало квантовой механике. 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 неприменима 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. (Добавление — см. последнюю книгу Пригожина, он там поменял точку зрения: И. Р. Пригожин: Конец определенности)
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 Донна (1572—1631), в которых он оплакивал аристотелевский мир, разрушенный 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.
См. также раздел ‘Л. С. Полак защищает Больцмана от нападок Поппера и Пригожина‘ в заметке Мозг Больцмана в равновесной Вселенной.
Обсуждение
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/191115.html
27.07.2019 Пригожин о Пирсе
Илья Пригожин в 1988 году написал предисловие к изданию работ Пирса на немецком языке. Пригожин был рад предложению написать предисловие, но он скромно отмечает, что не является специалистом по философии Пирса. В предисловии разыгрывается сюжет о противоречии между классической физикой и теорией эволюции:
‘Ученые девятнадцатого века столкнулись с проблемой. Либо им надо было отказаться от классического идеала естественных наук, воплощенных в завершенном синтезе Ньютона и Лапласа динамики детерминистической и обратимой модели. Либо было необходимо отречься от важных фактов эволюции и отклонить очаровательную гипотезу «выживания наиболее приспособленных».’
Далее Пригожин кратко рассматривает работы Больцмана (хотел стать Дарвином в физике) и Бергсона (время в механике не совпадает с временем в сознании человека) по пути разрешения озвученного конфликта. Это позволяет подчеркнуть Пригожину гениальность Пирса, который решительно отверг мир классической механики в пользу эволюционных идей, хотя в те времена не было известно никаких экспериментальных фактов, на которые Пирс мог бы опереться.
Пригожин особо отмечает принцип Пирса, что в основе мира лежит вероятность (тихизм), и то, что Пирс правильно отмечал как отрицательную, так и положительную роль необратимости. В заключение Пригожин озвучивает свою позицию, что в науке требуется использовать как детерминистические, так и стохастические модели.
Я бы сказал, что доктрину тихизма можно считать подтвержденной экспериментально, поскольку при переходе от квантового к классическому миру с неизбежностью возникает стохастичность. Я не видел пока ни одной интерпретации квантовой механики, в которой удалось бы избежать появления стохастичности в этом случае. Например, в многомировой интерпретации стохастичность связана с тем, что наблюдатель не знает, в какой из вселенных он оказывается.
В целом противоречие, отмеченное Пригожиным, осталось практически без изменений. Физики находят решение в том, что биология сводится к физике. В этом случае эволюция мира является одинаковой как до, так и после возникновения жизни: мир переходит из предыдущего в последующее состояние по законам физики. Физики не отрицают возникающую стохастичность, связанную с квантовой механикой, но они в любом случае считают биологию эффективной наукой. Другими словами, для физиков естественный отбор не является фундаментальным законом и таким образом описание на фундаментальном уровне в нем не нуждается. Я бы сказал, что Больцман, похоже, был первым и последним физиком, который хотел стать Дарвином в биологии. Правда, одна из современных интерпретаций квантовой механики называется «квантовым дарвинизмом», но ее связь с теорией естественного отбора в биологии остается открытой.
Биологи, с другой стороны, не замечают конфликта. В силу специфики биологического образования они считают, что можно вполне совместить направляющую роль естественного отбора с законами физики.
Charles S. Peirce, Naturordnung und Zeichenprozess, Schriften über Semiotik und Naturphilosophie, 1988, Ilya Prigogine, Vorwort, S. 7-10.
P.S. Пирс посвятил эволюции статью «Эволюционная любовь«.