CC BY
32
ФИЛОСОФИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
2008.01.007. ИРЛИ Дж.-ст. O НЕКОТОРЫХ ФИЛОСОФСКИХ ВЛИЯНИЯХ НА КОНЦЕПЦИЮ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ИЛЬИ ПРИГОЖИНА.
EARLEY J.-sr. Some philosophical influences on Ilya Prigogine's statistical mechanics // Found. of chemistry. - Dordrecht etc, 2006. - Vol. 8, N 3. - P. 271-283.
Статья профессора химии Джорджтаунского университета (США) Джозефа Ирли-старшего посвящена анализу некоторых философских идей, оказавших влияние на формирование общемировоззренческой и научной позиции лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожина, реализовавшего последовательную исследовательскую программу в термодинамике, статистической механике и связанных научных областях. Авторские оценки значения тех или иных концепций опираются в статье на собственные свидетельства Пригожина - материалы автобиографии, написанной ученым специально для Нобелевского комитета3.
Пригожин (1917-2003) внес существенный вклад в изучение неравновесной динамики, оцененный Нобелевской премией по химии в 1977 г. Он также опубликовал ряд книг для широкого круга читателей, развивающих темы, связанные с его исследованиями. Публикации Пригожина принимались с большим энтузиазмом во многих странах мира, но вместе с тем порождали и широко распространявшееся беспокойство (особенно среди физиков), и открытую оппозицию в научной среде (с. 271).
Выбрав подобно старшему брату изучение химии в Свободном университете Брюсселя, Пригожин тем не менее с юности (когда он увлекался историей, археологией и музыкой) и на протяже-
Prigogin I. Autobiography. - Mode of access: http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1977/prigogine-autobio.html
нии всей своей профессиональной карьеры сохранял большой интерес к проблемам культуры. Обращение к материалам автобиографии показывает значение философии для интеллектуального развития Пригожина.
«Начиная с юности, я прочитал много философских текстов. Я все еще помню обаяние "Творческой эволюции", оставившей свой след во мне. Более точно, я чувствовал, что какое-то важное послание, еще ждущее своего прояснения, было вложено в замечание Бергсона: "Чем более глубоко мы изучаем природу времени, тем лучше понимаем, что длительность означает изобретение, создание форм, непрерывную разработку абсолютно нового"»4 (цит. по: с. 272).
Влияние идей французского философа А. Бергсона было сильно в Бельгии в период обучения Пригожина в средней школе. Бергсон придерживался мнения, что классическая наука чрезмерно сузила интерпретацию времени, «опространствила» время, пренебрегая длительностью, в том числе «живым», «прожитым временем». Всепоглощающий интерес ко времени - и особенно, к его связи с возникновением новых типов организации - стал основной характеристикой работ Пригожина, как научных, так и популярных.
Большое влияние на молодого студента-химика оказал Тео-фил де Дондер, преподававший курс термодинамики. В связи с интересом к концепции времени Пригожин начинает фокусировать свое внимание на втором принципе термодинамики, поскольку, с его точки зрения, этот принцип должен был вводить «новый, неожиданный элемент в описание физического мира». По свидетельству самого Пригожина, большая часть его научной карьеры была затем посвящена пояснению как макроскопических, так и микроскопических аспектов второго принципа для того, чтобы расширить его применимость к новым ситуациям. Большое воздействие в этой связи на Пригожина оказали также идеи Л. Больцмана, стимулировавшие интерес ученого к необратимым явлениям и процессам. Молодой ученый зачитывался работами Больцмана, но, по свидетельству самого Пригожина, ряд положений в теоретических построениях Больцмана воспринимались им как содержащие
Prigogin I. А^оЬ^гарИу. - МЫе ассе88:
http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1977/prigogine-autobio.html
«только одну часть истины». Например, отождествление энтропии с молекулярной неупорядоченностью, поскольку, с точки зрения Пригожина, необратимые процессы обладали конструктивной ролью (с. 272-273).
Фундаментальные законы как классической, так и квантовой механики имеют обратимую относительно времени симметрию: было бы невозможно решить, является ли видеозапись столкновения бильярдных шаров (или взаимодействия, включающего простой атом и фотон) прокручиваемой назад или вперед. В этом заключается причина того, что понимание начала необратимости большинства событий, которые мы наблюдаем в жизни, даже таких кажущихся простыми процессов, как отдача теплоты чашкой с горячей жидкостью, является проблематичным. Больцман внес большой вклад в осознание того, что спонтанные изменения (остывание кофе; в тексте - cooling coffee; если употребить русское слово охлаждение, пропадает смысл спонтанности процесса. - Реф.) включают переход из менее вероятных (более высокоорганизованных, обладающих меньшей энтропией) состояний в более вероятные (менее высокоорганизованные, обладающие более высокой энтропией) состояния. Больцман также сделал дальнейший логический вывод о том, что, поскольку все спонтанные изменения приводят к понижению организации системы (к более высокой энтропии), ранние состояния Вселенной, действительно, должны были быть высокоорганизованными (обладать очень низкой энтропией).
Т. Де Дондер был основателем Брюссельской термодинамической школы, которая исследовала необратимые процессы, в том числе химические реакции. Большая часть работ Брюссельской школы была связана с оцениванием производства энтропии в неравновесных системах. Одно из ранних достижений Пригожина заключалось в демонстрации того, что неравновесные системы, близкие к состоянию равновесия, будут развиваться так, чтобы достигнуть состояния равновесия при минимальном росте производства энтропии. Де Дондер однозначно связывал производство энтропии с темпом химической реакции посредством использования функции, которую ему пришлось назвать «сродством». Понятие сродства, введенное де Дондером, не получило широкого распространения, и многие ученые до сих пор относятся к нему «с подозрением». И сам подход к изучению необратимых явлений, по
словам Пригожина, вызывал первоначально недоумение и недружелюбную реакцию (с. 274)5.
Обратимая относительно времени симметрия основных физических законов иногда становится основанием для предположений, что время является чем-то нереальным, зависящим от восприятия людей-наблюдателей. Это впечатление усиливается с помощью метода, обычно используемого для работы с неравновесными системами. Поскольку вычисление микроскопического состояния такой системы в общем случае невозможно, средние значения рассматриваемых величин вычисляются для малых, но макроскопических объемов. Такие модели «дают» необратимость, но этот результат может быть (и так его обычно рассматривают) артефактом аппроксимации, которая была использована.
Пригожин часто цитировал известное высказывание Эйнштейна, отражающее его взгляд на проблему необратимости времени: «Для нас, верующих физиков, различие между прошлым, настоящим и будущим - только иллюзия, однако, устойчивая». Пригожин рассматривал подобную точку зрения как неправильную и пагубную, поскольку она подразумевает радикальное разграничение мира человека и фундаментальной физической реальности. Он (как и Бергсон) считал время объективным, реальным и творческим, а не результатом человеческой неадекватности или какой-то особенности раннего состояния Вселенной (с. 275).
Классическое понимание основы второго закона термодинамики заключается в том, что Вселенная возникла из исходной сингулярности, обладавшей чрезвычайно высокой степенью организации. Пригожин придерживался того мнения, что происхождение многих типов необратимости локально (заключается в деталях рассматриваемого взаимодействия), а не глобально (относится к какой-то особенности исходной сингулярности).
Пригожин утверждал, что его подход означает разрыв со стилем науки, который доминировал в течение нескольких столетий, и знаменует новый поворот в оценке человеком физического мира. По мнению автора, работа Пригожина может рассматриваться как значительный вклад в главный интеллектуальный переход, который
Prigogin I. Autobiography. - Mode of access: http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1977/prigogine-autobio.html
сейчас осуществляется в нескольких областях культуры, в результате которого подвергаются пересмотру доминировавшие долгое время допущения. Например, тип экономики, доминировавший во второй половине XX в., решительно пересматривается в рамках подхода, который принимает значительно более серьезно подробную эволюционную историю далеких от равновесия мультиагент-ных систем (с. 276-277)6. Во многих отношениях это развитие экономической теории является параллельным тому изменению физического понимания термодинамики, которое защищал Пригожин.
Оппоненты Пригожина, например теоретический физик Дж. Брикмонт7, полагают, что объяснение Больцманом необратимых процессов является полностью удовлетворительным, и нет оснований рассматривать недавние работы по термодинамике необратимых процессов как приводящие к радикальной перемене в фундаментальном физическом понимании мира. По утверждению Брикмонта, «существуют две фундаментальные составляющие в классическом объяснении необратимости, помимо микроскопических законов: ... исходные условия и множество степеней свободы; нам приходится различать микроскопические и макроскопические переменные в объяснении необратимости» (цит. по: с. 277).
Брикмонт сделал бы смысловое ударение в данном суждении на слове «приходится», в то время как Пригожин выделил бы слово «нам». Пригожин не принял бы точку зрения, что необратимость, с которой сталкиваются химики и инженеры, основывается только на человеческом незнании. Пригожин придерживался того мнения, что источник необратимости заключается в динамике взаимодействий, вовлеченных в эти процессы, а не в выборе используемых в описании переменных, незнании чего-то человеком-исследователем или в каком-то остаточном действии исходного «огненного шара» (Большого взрыва. - Реф.). Главная цель его долгой и активной научной карьеры заключалась в том, чтобы показать локальное происхождение необратимости. Расхождением его цели со стрем-
6 Bowles S., Gintis H. Walrasian economics in retrospect // Quart. j. of economics. - Cambridge (Ma), 2000. - Vol.115, N 4. - P.411-439.
7 Brickmont J. Science of chaos or chaos of science? // Physicalia magazine. -N.Y., 1995. - N 17. - P. 208. - Mode of access: http://www. chronos.msu. ru/EREPORTS/brickmont. htm
лениями большинства физиков можно объяснить многое в том беспокойстве, которое вызывала в их среде его работа (с. 277).
Анализируя некоторые современные точки зрения на логический вывод Больцмана о первоначальном состоянии Вселенной, автор показывает, что предположение о том, что стрела времени берет свое начало исключительно из исходной сингулярности, является недоказанным. И если бы поиски Пригожиным локального происхождения термодинамической необратимости были успешными, это могло бы способствовать прогрессу космологии.
В конце 1960-х годов Пригожин перенес свое внимание с систем, близких к равновесию, на те, что далеки от него - для этих систем, обладающих высоким сродством, производство энтропии рассматривалось как источник новой упорядоченности. Это смещение акцентов совпало с развитием широко распространившегося интереса к нестабильностям и осцилляциям в химических системах. Теоретическая работа группы Пригожина, особенно связанная с построением абстрактной сетевой модели химических реакций (названной «брюсселятором»), была принципиально важна для понимания осцилляций, самоорганизации и образования матриц в химических и биологических системах (с. 279).
Далекие от равновесия химические системы управляются сложными наборами дифференциальных уравнений, связанных со многими химическими реакциями, а также с диффузией реагентов и продуктов. Даже если все фундаментальные законы, описывающие лежащие в их основе физические процессы, являются полностью обратимыми, такие системы проявляют необратимую эволюцию в направлении, которое увеличивает общую энтропию -направлении, ведущем в будущее, а не в прошлое.
В конце XIX в. А. Пуанкаре обнаружил, что вычисление траекторий объектов в Солнечной системе осложнено «резонансами» -быстродействующими ассоциациями объектов, которые не позволяют интегрировать дифференциальные уравнения. Рассматриваемые статистической механикой системы в общем случае являются «большими системами Пуанкаре», для которых резонансы - повсеместное явление. Применительно к таким случаям Брюссельско-Остинская группа (группа исследователей под руководством При-гожина) обнаружила, что вычисления, использующие «дополненное гильбертово пространство», приводят к распределениям веро-
ятности, а не к траекториям. Это привело к утверждениям, что, когда присутствуют резонансы, основными являются распределения вероятности, а траектории - вторичными и приблизительными (если вообще существуют). Пригожин заключил, что этими исследованиями было установлено локальное происхождение асимметрии временной обратимости (с. 280).
В заключение автор отмечает, что отчасти по причине философских влияний на истоки его творчества, Пригожин в своей научной работе рассматривал сложные проблемы, изучаемые инженерами, химиками, биологами и социальными учеными, такими способами, которые редко используются в физической науке. Этим можно объяснить большой читательский интерес к научно-популярным работам Пригожина. Но вместе с тем в его концепции ставились под сомнение понятия, долгое время считавшиеся физиками хорошо обоснованными, что вызывало холодное или даже враждебное ее восприятие (с. 282).
Д. И. Джигайло, Т. В. Сохраняева
