Текст книги "Вид с высоты"
Автор книги: Айзек Азимов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 17 страниц)
11. Современная демонология
Зная, кто я и что я, вы, надо полагать, считаете, что, появись у меня хоть малейшая возможность подмешать элемент фантазии в какую-нибудь серьезную научную дискуссию, я тотчас принялся бы за дело под сверкание неоновых огней и пальбу фейерверков.
И все же в предыдущей главе, посвященной энтропии, я совершенно умолчал об одном самом знаменитом плоде фантазии в истории науки. Но не сделал я этого только потому, что хочу посвятить ему целую главу.
Когда горячее тело соприкасается с холодным телом, тепло стихийно переходит от горячего к холодному, и оба тела в конце концов приходят к температурному равновесию. Такова одна из сторон необратимого возрастания энтропии при всех самопроизвольных процессах в замкнутой системе.
В начале XIX века было общепринято, что теплота – это жидкость, перетекающая от горячего к холодному, точно так же как камень скатывается с высокого уровня на низкий. Упав с горы в ущелье, камень остается неподвижным. Точно так же, когда два тела достигают температурного равновесия, уже ни при каких условиях не может возникнуть потока тепла.
Однако в середине XIX века шотландский математик Джеймс Клерк Максвелл встал на другую точку зрения; он истолковал температуру как меру средней кинетической энергии частиц системы. Частицы горячего тела движутся (в среднем) быстрее частиц холодного. Когда они приходят в соприкосновение, их энергии перераспределяются. В целом наиболее вероятно такое перераспределение, при котором скорость (и, следовательно, кинетическая энергия) быстрых частиц снизится, а скорость (энергия) медленных частиц повысится. В конце концов средняя скорость частиц в обоих телах станет одинаковой.
С позиций такой теории «частиц в движении» представлялось возможным, чтобы поток тепла не прекратился и после достижения теплового равновесия.
Представьте себе, например, два сосуда с газом, соединенных узкой трубкой. Вся система находится в тепловом равновесии. Это значит, что средняя энергия молекул в любой достаточно заметной порции газа (не меньшей, скажем, чем можно разглядеть в микроскоп) равна средней энергии любой другой достаточно заметной его порции.
Это не значит, что энергии всех до единой молекул одинаковы. Среди них есть молекулы, движущиеся быстро, есть движущиеся очень быстро и даже движущиеся необыкновенно быстро. Есть и медленные молекулы, и очень медленные, и очень-очень медленные. Однако здесь царит полнейший хаос и отчаянная давка. Более того, они еще и сталкиваются друг с другом миллионы раз в секунду, так что скорость и энергия каждой из них постоянно меняются. Поэтому всякая достаточно заметная порция газа имеет свою справедливую долю и быстрых, и медленных молекул, а в результате – и ту же температуру, какую имеет всякая другая достаточно заметная порция.
Но что, если – пусть это будет редкая случайность – несколько молекул высокой энергии вдруг перешло бы по соединительной трубке из правого сосуда в левый, а несколько молекул низкой энергии – из левого в правый? Тогда левый сосуд нагрелся бы, а правый охладился (хотя общая средняя температура осталась бы той же самой). Итак, несмотря на тепловое равновесие, возник бы поток тепла и энтропия понизилась бы.
На самом деле есть некоторая бесконечно малая вероятность (невообразимо близкая к нулевой), что это случится просто благодаря хаотическому движению молекул. Разницей между «нулем» и «почти-почти-почти нулем» в практике можно пренебречь, но с точки зрения теории она колоссальна; так вот, по теории «тепловой жидкости» возможность переноса при температурном равновесии равна нулю, а по теории «частиц в движении» она равна «почти-почти-почти нулю».
Максвеллу нужен был какой-то эффектный драматический образ, для того чтобы эта разница стала предельно выпуклой.
Вообразите, сказал Максвелл, что в трубке, соединяющей сосуды с газом, сидит крошечный демон. Пусть он пропускает быстрые молекулы только справа налево, а медленные – только слева направо. Тогда быстрые молекулы соберутся в левом, а медленные – в правом сосуде. Левый сосуд нагреется, а правый охладится. Энтропия повернет вспять.
Если, однако, теплота представляет собой непрерывную текучую жидкость, то «демон Максвелла» ничего подобного сделать не сможет. Так Максвелл успешно упразднил расхождение между теорией «тепловой жидкости» и теорией «частиц в движении».
* * *
Демон Максвелла, кроме того, дал возможность уйти от роковой неизбежности возрастания энтропии. Как я уже объяснял в предыдущей главе, возрастание энтропии означает увеличение беспорядка, истощение, износ.
Коль скоро энтропия обязана непрерывно и безудержно повышаться, везде во Вселенной когда-то должна установиться одна и та же температура. В таких условиях жизнь, как всякое движение, невозможна (разумеется, это более чем далекое будущее). Некоторые представители человеческого рода воспринимают это почти как посягательство на их личное бессмертие. Поэтому существует сильная психологическая потребность не признавать, что энтропия должна расти.
В демоне Максвелла сторонники этой точки зрения находят опору своей позиции. Конечно, демона не существует, но его главная функция заключается в умении выбирать между движущимися молекулами. Научные возможности человечества все расширяются, и может прийти день, когда оно создаст какое-нибудь устройство, выполняющее функцию демона Максвелла. Неужели человечество не сможет тогда понизить энтропию?
Увы, в этом рассуждении есть изъян. Мне больно говорить это, но Максвелл сплутовал. В присутствии демона газ нельзя считать самостоятельной изолированной системой. Полная система состоит в этом случае из газа и демона. В процессе выбора между быстрыми и медленными молекулами повышение собственной энтропии демона с избытком перекрыло бы то небольшое понижение энтропии, которое он произвел бы в газе.
Я, конечно, понимаю: вы сильно сомневаетесь в том, что я когда-нибудь действительно занимался изучением каких бы то ни было демонов, не говоря уже о демоне специальной, максвелловской разновидности. Тем не менее я убежден в истинности своего утверждения, ибо каждый кирпичик всего здания человеческой науки требует, чтобы энтропия демона вела себя именно так.
И если человек изобретет когда-нибудь устройство, которое будет выполнять функцию демона, вы можете биться об заклад, что повышение энтропии этого устройства будет больше понижения энтропии, которое ему удается осуществить. Это как раз тот случай, когда можно смело спорить на что угодно.
* * *
Энтропию нельзя понизить, и это просто факт. Никто и никогда ни при каких обстоятельствах не измерил понижение энтропии и не доказал, что в конечном счете оно произошло в какой-либо независимой части Вселенной.
Но в строгом смысле понятие энтропии применимо только к проблемам, связанным с потоками энергии. Можно дать ее точное математическое определение через количество теплоты и температуру и везде, где речь идет о теплоте и температуре, точно измерить ее. Что же произойдет, если мы выйдем за рамки этих случаев и распространим понятие энтропии на другие явления? Тогда энтропия потеряет строгий научный смысл и станет лишь довольно расплывчатой мерой упорядоченности или грубым мерилом общих свойств всех стихийных изменений.
Но можно ли хотя бы здесь, за пределами строгих количественных связей, построить рассуждение, которое доказало бы, что где-то произошло то, что мы называем понижением энтропии в широком смысле этого слова?
Вот пример, приведенный моим другом в одном довольно горячем споре. Он сказал:
«Как только мы покидаем мир энергии, понижение энтропии идет как ни в чем не бывало. Люди это делают все время. Вот большой толковый словарь Уэбстера. В нем вы найдете все слова шекспировского „Гамлета“ и „Короля Лира“, расположенные в особом порядке. Шекспир взял эти слова, разместил их в ином порядке и создал свои пьесы. По-видимому, слова в пьесах являют собой более высокую и более значительную степень порядка, чем слова в словаре. Значит, в каком-то смысле здесь произошло понижение энтропии. А где соответственное повышение энтропии в самом Шекспире? Создавая свои пьесы, он ел столько же и тратил столько же энергии, сколько потратил бы, бражничая все это время в таверне „Русалка“».
Боюсь, здесь мой друг припер меня к стене. Поэтому мне пришлось снова прибегнуть к своей старой уловке, особенно удобной, когда нужен выход из такого безнадежного положения. Я переменил тему разговора.
Но с тех пор я не раз мысленно возвращался к этому вопросу. Так как я чувствую (интуитивно), что повышение энтропии – всеобщая необходимость, то мне, по-видимому, следовало бы построить какое-нибудь доказательство того, что закон возрастания энтропии приложим и к творчеству Шекспира.
И вот как представляется мне эта проблема теперь.
Коль скоро мы сосредоточиваемся только на самих словах, то давайте вспомним, что слова Шекспира имеют для нас смысл лишь потому, что мы понимаем по-английски. Знай мы только польский, страницы Шекспира и страницы словаря казались бы одинаково бессмысленными. Поскольку поляки, как и англичане, пользуются латинским алфавитом и поскольку в обоих алфавитах последовательность букв одинакова, то из этого следует, что человек, говорящий только по-польски, мог бы найти в словаре любое английское слово без труда (даже не зная его значения), но в английском тексте пьес Шекспира он мог бы найти то же самое слово только по счастливой случайности.
Поэтому слова, рассматриваемые лишь как слова, более упорядочены в словаре, и если понятие порядка в том смысле, какой оно имеет для словаря, приложимо к текстам Шекспира, то создание пьес приводит к повышению энтропии.
Но, рассматривая слова только как некие сочетания букв, я, конечно, увожу вас в сторону. И делаю я это, только чтобы вообще исключить слова из своего рассуждения.
Слава Шекспира не в том, что он использовал слова-символы, а в идеях и образах, которые он выразил посредством этих символов. Стоит нашему польскому другу взять польский перевод Шекспира, как он не колеблясь предпочтет чтение Шекспира чтению польского словаря.
Поэтому оставим в стороне слова и займемся идеями. Тут уж глупо сравнивать произведения Шекспира со словарем. Глубокое проникновение Шекспира в сущность человеческой природы идет не от словаря, а от острой наблюдательности и понимания людей.
Так что если уж пытаться в этом случае определить, в какую сторону изменяется энтропия, то будем сравнивать не слова Шекспира со словами из словаря, а шекспировский взгляд на жизнь с самой жизнью.
Из того, что никто в истории литературы так превосходно не отобразил мысли и чувства человечества, как Шекспир, еще не следует вывод, что он превзошел саму жизнь.
Просто невозможно с любым количеством действующих лиц, меньшим, чем все люди, которые когда-либо существовали, и в любом переплетении страстей, более или менее слабых, более или менее сложных и запутанных, чем все порожденные жизнью, полностью воспроизвести жизнь. Шекспир был вынужден брать лишь самое важное и характерное в жизни, и сделал он это исключительно хорошо. Двадцать его героев за три часа обнажают больше чувств и отражают больше различных сторон человеческой природы, чем это мыслимо в жизни для любой реальной группы из двадцати человек в течение тех же трех часов. В этом смысле Шекспир делает то, что мы могли бы назвать локальным понижением энтропии.
Но если мы возьмем всю систему и сравним всего Шекспира со всей жизнью, то станет бесспорно ясно, что Шекспир неизбежно упустил значительную долю сложности и глубины духовной жизни человечества и что его пьесы отражают в общем повышение энтропии.
А что верно для Шекспира, то верно, как мне кажется, и для интеллектуальной жизни всего человечества.
Я не уверен, что сумел бы развить эту мысль достаточно четко, но я считаю, что в самом деле не может существовать творения человеческого духа, созданного из ничего. Все возможные математические соотношения, законы природы, комбинации слов, линий, красок, звуков… все существует хотя бы потенциально. Отдельный человек открывает то или другое, но, говоря совершенно строго, не порождает открываемого.
Обнаружение потенциальной возможности и воплощение ее в что-то конкретное всегда сопряжены с какими-нибудь потерями, а это, вообще говоря, и будет повышением энтропии в данном, так сказать, превращении.
Потеря может быть очень небольшой, как, например, в математике. Отношения, выраженные теоремой Пифагора, существовали и до Пифагора, до зарождения человечества и Земли. Когда эта теорема была понята, она была понята в том виде, в каком уже существовала. Я не вижу каких-либо существенных потерь, связанных с процессом ее осознания. Увеличение энергии, в сущности, равно нулю.
В физических теориях нет такого явного совершенства и потому более ощутимо повышение энтропии. А в литературе и в искусстве, которые имеют целью воздействовать на наши чувства и показать нам нас самих, повышение энтропии (даже если это делают такие сверхгении, как Софокл и Бетховен) должно быть огромным.
И, уж конечно, никогда невозможно превзойти потенциально возможное; никогда не создается ничего такого, что не существовало бы потенциально. А это не более чем другой способ утверждать, что энтропия не понижается никогда.
* * *
Другой пример того, что, по-видимому, являет собой постоянное понижение энтропии в больших масштабах, – это эволюция живых организмов.
Я говорю совсем не о том, что организмы создают из простых соединений сложные, растут и размножаются. Это делается за счет солнечной энергии, и не требуется большой сноровки, чтобы доказать, что здесь имеет место общее повышение энтропии.
Я имею в виду гораздо более тонкое явление. Специфические свойства живых клеток (а через половые клетки, следовательно, и свойства многоклеточных живых организмов) передаются от поколения к поколению путем копирования генов. Гены – невероятно сложные соединения, а копирование должно быть в идеале абсолютно точным.
Но где в нашем несовершенном мире достижимы идеалы? В копии вкрадываются погрешности, отклонения от совершенства, которые мы называем мутациями. Так как появление ошибок – процесс случайный, а очень сложное химическое соединение имеет гораздо больше возможных путей упрощения, чем дальнейшего усложнения, то подавляющее большинство мутаций ведет к худшему, то есть клетка нового организма утрачивает какую-либо способность, свойственную родительской клетке.
(Точно так же существует гораздо больше способов, сильно колотя по хрупкому механизму изящных часов, сломать их, чем внести в них какое-либо заметное усовершенствование. По этой причине, если часы стали, не бейте по ним молотком и не ждите, что они после этого начнут ходить.)
Такая «мутация к худшему» согласуется с тенденцией к повышению энтропии. От поколения к поколению первоначальный «портрет» гена стирается. Беспорядок увеличивается, каждая новая «копия» утрачивает что-то от родительского организма, и жизнь идет к вырождению вплоть до вымирания. Это было бы неизбежно, если бы все зависело только от мутаций.
Но этого не происходит.
Больше того: происходит противоположное. Эпоха сменяет эпоху, и в целом живые организмы становятся все сложнее и приспособленнее. Из одноклеточных вышли многоклеточные. Из двух зародышевых листков вышло три. Из двухкамерного сердца вышло четырехкамерное.
Эту форму явного понижения энтропии не удастся объяснить, ссылаясь на энергию Солнца. Разумеется, приток энергии в умеренных количествах (то есть ниже смертельного уровня) ускоряет темп мутаций. Но он не влияет на относительную долю благоприятных и неблагоприятных мутаций. Приток энергии просто быстрее толкал бы жизнь к генетическому хаосу.
Нам остается только призвать демона (как сделал Максвелл), умеющего делать выбор между мутациями, пропуская одни и закрывая путь другим.
Такой демон действительно существует, хотя, насколько мне известно, я единственный, кто так его назвал и приравнял к демону Максвелла. Открыл же его английский естествоиспытатель Чарльз Роберт Дарвин, и поэтому мы назовем его «демоном Дарвина», хотя сам Дарвин называл это естественным отбором.
Те мутации, которые делают живое существо менее приспособленным к борьбе с другими за пищу, продление рода и к самозащите, действуют, очевидно, в таком направлении, что безвременный конец для этого существа становится вероятнее. А те мутации, которые повышают его способность к борьбе за существование, очевидно, ведут к расцвету вида. И, разумеется, приспособленность или отсутствие ее относится только к тем определенным условиям, в которых существо живет. Что толку верблюду от лучших в мире плавников?
Значит, действие мутаций наряду с естественным отбором направлено в сторону постоянного повышения приспособляемости каждого данного существа к данной среде, а это уже повышение энтропии.
Может показаться, что в данном случае мы слишком произвольно определили повышение энтропии, противореча тому, что понимается под этим обычно; у нас повышение энтропии означает увеличение, а не уменьшение порядка. Однако противоречия нет. И я постараюсь объяснить это путем аналогии.
Допустим, у вас есть несколько небольших фигурок различных форм и размеров и вы выстроили их в шеренгу посередине большого подноса. Если встряхнуть поднос, фигурки сместятся и строй нарушится.
Это похоже на процесс мутаций без естественного отбора. Энтропия явно повышается.
Но предположим, что в подносе есть вмятины, к которым различные фигурки точно подходят. Если фигурки располагались на подносе как попало, но не лежали каждая в своей вмятине, то при встряске они рано или поздно найдут свои углубления и установятся в них.
Как только фигурка в результате случайных перемещений найдет свою вмятину, выбить ее оттуда удастся уже лишь весьма сильной встряской.
Это похоже на процесс мутаций, сопровождающийся естественным отбором. Энтропия здесь тоже повышается, ибо все фигурки оказались во вмятинах, где их центры тяжести расположены ниже, чем в любом другом близком к этому положении. А понижение центра тяжести – это обычный путь повышения энтропии; скажем, так растет энтропия, когда камень скатывается с горы.
* * *
Организмы, которые мы знаем лучше других, усовершенствовали свою приспособленность к среде за счет некоторых очень заметных усложнений. Поэтому мы обычно думаем, что эволюция – это непременный переход от простого к сложному.
Мы обманываемся. Там, где упрощение помогает приспособиться к среде, эволюция идет в обратном направлении – от сложного к простому. Пещерные животные, обитающие в абсолютной темноте, теряют зрение, хотя у родственных им видов, живущих в других условиях, со зрением все в порядке.
Пресмыкающимся стоило, так сказать, великого труда развить две пары ног, достаточно сильных, чтобы поднять тело над землей. Змеи отказались от ног и, скользя на брюшной чешуе, чувствуют себя лучше всех современных рептилий.
Особенно большие упрощения претерпели паразиты. Солитер превосходно приспособился к своей среде, отказавшись от пищеварительного аппарата, в котором он больше не нуждается, и от функций передвижения. Он сохранил только умение поглощать поверхностью, снабженной хоботками, которыми он прикрепляется к внутренней стороне кишок своего хозяина, и способность бесконечно продуцировать яйца.
Такие изменения обычно называют (с заметным оттенком неодобрения) дегенерацией. Однако это лишь наш предрассудок. Почему обязательно одобрять приспособляемость одних и не одобрять приспособляемость других? В холодном и хаотическом мире эволюции приспособляемость есть приспособляемость.
Если мы спустимся до биохимического уровня, то увидим, что люди лишились способности синтезировать многие органические соединения, которой обладают другие виды, в частности растения и микроорганизмы. То, что мы потеряли способность вырабатывать различные витамины, ставит нас в зависимость от нашей диеты, а тем самым и от других организмов, более разносторонних в этом отношении. Это такое же дегенеративное изменение, как и отказ солитера от желудка, который ему не нужен, но, незаслуженно хорошо относясь к самим себе, мы стараемся не замечать таких вещей.
И, конечно, никакое приспособление не является окончательным. Если среда изменится, если климат планеты станет значительно холоднее или теплее, суше или влажнее, если какой-либо хищник станет более опасным или появится новый хищник, если паразитические организмы станут более заразными или ядовитыми, если по какой-либо причине иссякнут источники пищи… тогда приспособление, которое было удовлетворительным прежде, станет неудовлетворительным и вид вымрет.
Чем выше приспособленность к определенной среде, тем меньшее изменение ее приведет к вымиранию вида. Следовательно, долго живут те виды, которые выбирают особенно устойчивую среду, и те, которые как бы сохраняют универсальность, хорошо приспособившись к одной среде и успешно соперничая в ней с другими видами, но не настолько хорошо, чтобы уже не быть в состоянии сменить среду на более подходящую, если первая подведет их.
* * *
Когда мы говорим о демоне Дарвина (как и о демоне Максвелла), встает вопрос о роли разума. Но здесь уже дело не в том, чтобы имитировать демона, а скорее в том, чтобы свести его роль на нет.
Многим кажется, что развитие нашей техники сводит на нет действие закона естественного отбора. Техника дает возможность людям с плохим зрением ни в чем не уступать остальным, просто купив очки, диабетикам – прекрасно чувствовать себя благодаря инъекциям инсулина, а душевнобольным – жить как ни в чем не бывало за счет благотворительных и медицинских учреждений и т. д.
Некоторые люди называют это «опасностью мутационного вырождения» и, как вы можете судить по самому выражению, весьма серьезно обеспокоены этим вопросом. Все без исключения, насколько мне известно, считают это положение опасным для человечества, хотя практически никто не предлагает каких-либо конкретных решений.
А так ли уж это опасно для человечества?
Вывернем-ка «опасность мутационного вырождения» наизнанку и посмотрим, нет ли тут чего-нибудь еще, кроме опасности.
Во-первых, свести действительно на нет демона Дарвина невозможно, потому что естественный отбор по самому своему определению должен действовать вечно. Человек есть часть природы, и его воздействие на окружающую среду так же естественно, как и действие ветра и воды.
Итак, допустим, что закон естественного отбора действует; рассмотрим же, как он действует. Поскольку он сводится к приспособлению человека к среде (единственное, что дарвиновскому демону под силу, или по крайней мере единственное, что он делает), нужно выяснить, в чем суть среды, окружающей человека.
В некотором смысле наша среда – это весь мир от влажных, жарких джунглей до ледяных просторов. Люди всегда, на какой бы низкой стадии развития они ни находились, сплачиваются в общества, что дает им возможность изменять среду в соответствии с нуждами человека, даже если они умеют лишь разводить костры, или обтесывать камень, или обламывать ветви деревьев.
Поэтому, не вызывает сомнений, что самым важным из условий среды для человека являются другие люди – или, если хотите, человеческое общество. В сущности, подавляющая часть человечества неразрывно связана с жизнью в очень сложных обществах, определяющих все стороны нашего существования.
Если близорукость в Нью-Йорке не такая беда, как в примитивном охотничьем обществе, а диабет в Москве не такое неудобство, как в обществе, не знающем биохимии, то откуда взяться «эволюционной нужде» в совсем не обязательных хорошем зрении и хорошо функционирующей поджелудочной железе?
Человек все в большей мере становится иждивенцем всего общества; может быть, то, что мы называем «опасностью мутационного вырождения», есть просто приспособление человека к новой роли, подобное приспособлению солитера к своей. Даже если этот факт не ласкает нашего самолюбия, как эволюционное изменение он вполне разумен.
Многих из нас раздражают ограничения, связанные с жизнью в многолюдных муравейниках, которые мы называем городами. Раздражают рабская зависимость от часовой стрелки, заботы и волнения. У некоторых бунт выливается в правонарушения, в «антиобщественное поведение». Другие ищут пустынные уголки Земли, где можно вести жизнь робинзонов.
Но если нашим «муравейникам» суждено выжить, то нам понадобятся и люди, которые будут жить их интересами: не станут ходить по газонам, бить светофоры и вываливать мусор на тротуары. Тут уж можно положиться на тех, кто страдает нарушением обмена веществ, потому что они не могут позволить себе бороться с обществом, которому фактически обязаны жизнью. Диабетик не будет тосковать по широким просторам, – там ему негде будет возобновить запас инсулина.
А если это так, то демон Дарвина делает лишь то, что естественно.
Но из всех сред самая неустойчивая и хрупкая – это, по-видимому, среда, созданная современной сложной техникой. В нынешнем своем виде наше общество существует не более двухсот лет, а дальнейшее его существование могут решить несколько ядерных бомб.
Разумеется, эволюция проявляет себя в длительные периоды времени, и двух столетий далеко не достаточно, чтобы вырастить Homo technikos (человек эпохи техники. – Ред.).
Разрушение нашего зависящего от техники общества в припадке ядерного неистовства было бы губительным даже в том случае, если бы многие миллионы людей остались в живых.
Среда, к которой мы приспособились, исчезла бы, и демон Дарвина, не задумываясь, беспощадно стер бы человечество с лица Земли.
