Физика процессов эволюции - Эбилинг В.
Скачать (прямая ссылка):
ДО
AS = (2.32)
Тепловая машина забирает тепло при более высокой температуре и отдает тепло при более низкой температуре, поэтому по формуле (2.32) тепловая машина отдает энтропии больше, чем получает. Это позволяет говорить об экспорте энтропии. Бельгийский исследователь Пригожин (лауреат Нобелевской премии по химии 1977 г.) показал, что экспорт энтропии имеет основополагающее значение не только для тепловых машин, но и для любых систем, обладающих способностью к самоорганизации. Рассмотрим с этой точки зрения «фотонную мельницу Земли» (рис. 2.4). Эта система принимает поток тепла около 1017 Вт от Солнца, температура которого достигает 5 800 К. Эта величина соответствует эффективной температуре поверхности Солнца. Земля излучает во вне равное количество тепла, 1017 Вт, но при температуре всего лишь 260 К. Такова температура теплового излучения планеты Земля, которую наблюдатель мог бы измерить на большой высоте. Как показывают несложные вычисления, экспорт энергии в единицу времени составляет величину
Поглощенное излучение Испущенное излучение Температура Температура ~
* 10'7 Вт (-----------~ -4 - Ю14 Вт/К.
\5 800 К 260 К/
Средний экспорт энтропии на квадратный метр земной поверхности составляет величину около 1 Вт/м2 К.
Это замечательное число отражает основополагающее свойство экспорта энтропии Земли. Суть дела можно сформулировать еще проще: планета Земля представляет собой своего рода «фотонную мельницу», действующую в данном случае между горячими фотонами солнечного излучения и холодными фотонами, излучаемыми земной поверхностью. Число 1 Вт/м2 К характеризует термодинамическую интенсивность силы, приводящей в движение фотонную мельницу, которая, в свою очередь, движет
Поток
Фотоны (Т=ЗК)
Рис. 2.4. Схематическое изображение механизма фотонной мельницы в расширяющейся Метагалактике
процессами самоорганизации и эволюции на Земле. Возникновение механизма фотонной мельницы в 11-ю эпоху эволюции служит предпосылкой появления особых планет, например; нашей Земли, в 12-ю эпоху, охватывающую биогенез, а также эволюцию экосистемы и общественной системы.
2.4. Возникновение жизни
Вплоть до первой половины XIX столетия в науке господствовала точка зрения, согласно которой жизнь представляет собой нечто особенное, противостоящее физико-химическим закономерностям. Эта точка зрения нашла свое выражение в принятии гипотезы «vis vitalis» — особой «жизненной силы». Революционное свершение таких выдающихся исследователей, как Майер, Гельмгольц, Больцман и Оствальд, состоит в том, что им удалось показать не только отсутствие какого-либо противостояния между сущностью жизни и физико-химическими закономерностями, но и следование этим закономерностям по всем пунктам. Разумеется, это не означает, что существование жизни сводится к физике и химии. Было бы необычайной дерзостью пытаться объяснить, например, все многообразие существующих ныне видов животных (более 1,2 миллиона), исходя из одних лишь физико-химических законов. Можно понимать жизнь по Дарвину лишь как результат длящегося несколько миллиардов лет процесса эволюции, а все науки от физики и химии до биологии и палеонтологии относить к философии. Так как к явлениям жизни на нашей Земле принято относить столь сложные явления, как общество, музыка, живопись, литература и т.д., мы можем рассматривать жизнь только как предмет
изучения биологии. Мы придерживаемся эволюционного и междисциплинарного подхода к жизни. Что же такое жизнь?
Мы хотим пояснить этот вопрос (но отнюдь не ответить на него) с помощью мысленного эксперимента. Представим себе, что мы путешествуем по Вселенной на космическом корабле и встречаем на своем пути различные формы существования материи. Какие из них можно считать живыми существами? Ясно, что не метеоры, газовые облака, камни. Но представим, себе, что нам встретилась информационная система, т. е. система, занимающаяся обменом и обработкой информации. Естественно, мы бы спросили, возникла ли такая система сама по себе или была создана. В первом случае мы могли бы говорить о живом существе совершенно независимо от физико-химической природы системы — так же, как говорит о «живом Океане» Станислав Лем в своем романе «Солярис». Так мы приходим к следующему рабочему определению: «Живые существа — естественные информационные системы, т. е. системы, возникающие сами собой, а не в результате построения или составленной кем-то программы, от информационной системы более высокого уровня в ходе естественной эволюции». Мы видим, что в этом рабочем определении понятия эволюции и информации играют центральную роль. Еще одно центральное понятие — понятие самовоспроизведения, или саморепродукции, — нам не хотелось бы включать в определение, поскольку, как будет показано в дальнейшем, самовоспроизведение является решающим механизмом эволюции для обработки информации.
