Порядок и беспорядок в природе

Обращая внимание на существующий порядок в природе, мы часто в качестве примера указываем на кристаллы, где в кристаллической решетке строго чередуются атомы вещества кристалла (например натрия и хлора в поваренной соли).

Но наряду с существующим порядком в природе часто соседствует и беспорядок (хаос). В тех же кристаллах металлов, наряду с упорядоченной ионной решеткой, имеются свободные электроны, которые беспорядочно и хаотично движутся.

Порядок и беспорядок наблюдаются и в космосе. С одной стороны, мы знаем, что планеты движутся по определенным орбитам со строго определенной скоростью.

А с другой стороны, в космосе, помимо планет, имеется межзвездное вещество, которое хаотически движется в пространстве, и там, где образуются большие скопления этого вещества, возникают значительные гравитационные силы и могут образоваться звездные системы, т. е. системы с высокой степенью упорядоченности (порядка).

Последний пример указывает на существование процессов и механизмов, ведущих от беспорядка к порядку. Эту особенность подметили еще в древнегреческой мифологии, где под словом “хаос” понималось “беспредельная, первобытная материя”, из которой образовалось все сущее.

Приведенный пример иллюстрирует процессы, связанные с действием одного из фундаментальных законов природы, имеющего универсальный характер, а именно со вторым началом термодинамики.

Суть этого закона заключается в том, что во всех тепловых процессах, связанных с выделением тепла в результате трения, прохождения электрического тока и как следствие с выделением тепла при горении, при экзотермических химических реакциях и т. д. тепло всегда в естественных условиях переходит от более горячего тела к более холодному, но не наоборот.

Поскольку тепло всегда передается от теплого тела к холодному, то изменение количества тепла Q — величина положительная, а следовательно и изменение энтропии S — величина положительная, т. е. энтропия в таких процессах возрастает.

Этот закон носит всеобщий характер и формулируется таким образом: в замкнутых системах (без притока энергии извне) процессы протекают так, что энтропия системы возрастает.

Таким образом, второе начало термодинамики устанавливает в природе наличие фундаментальной асимметрии, т. е. однонаправленности всех происходящих самопроизвольных процессов.

Из второго начала термодинамики следует, что в природе возможно только одно направление процессов: от порядка к беспорядку, к хаосу.

Но такой вывод противоречит многим фактам. Известны процессы развития от неупорядоченности, хаоса к порядку, к структурам более высокой организации из структур, имеющих более низкую организацию.

Примером может служить эволюционное развитие живых организмов от примитивных до высокоорганизованных. Долгое время противоречие между вторым началом термодинамики и эволюционной теорией поступательного развития живой природы не находило разрешения.

То есть в открытой системе энтропия может уменьшаться за счет увеличения энтропии во внешней среде.

В результате при определенных неравновесных условиях в системе за счет внутренних перестроек могут возникнуть упорядоченные структуры.

Эту особенность системы называют самоорганизацией, а сами структуры, возникающие в диссипативных (рассеивающих энергию) системах при неравновесных необратимых процессах, называются диссипативными (по терминологии Пригожина).

Под действием флуктуаций возникают коллективные формы движения, новые структуры более высокой организации.