VIVOS VOCO: И.Р. Пригожин, И. Стенжерс, "Вызов, брошенный науке"

Одна из величайших дат в истории человечества - 28 апреля 1686 года, когда Ньютон представил лондонскому Королевскому обществу свои "Математические начала натуральной философии", содержавшие основные законы движения, а также четкие определения фундаментальных понятий, которыми мы пользуемся и сегодня таких, как масса, ускорение, инерция. Вероятно, наибольшее воздействие на умы оказала третья книга "Начал", озаглавленная "Система мира" и заключавшая в себе закон всемирного тяготения.

С тех пор прошло три столетия. С невероятной скоростью выросла наука, пронизавшая жизнь каждого из нас. Наши горизонты расширились до пределов поистине фантастических. В микроскопической области физика элементарных частиц изучает процессы, связанные с размерами порядка 10^-15 см и промежутками времени порядка 10^-22секунды. С другой стороны, космология подводит нас к промежуткам времени порядка 10¹⁰ лет - к "возрасту Вселенной". Наука более чем когда-либо переплелась с техникой. Новые достижения биотехнологии, прогресс в информатике - вот только некоторые события из тех, что обещают радикально изменить нашу жизнь.

Параллельно с этим количественным ростом происходят глубокие качественные перемены, отзвуки которых ощущаются далеко за пределами науки как таковой и сказываются на самих представлениях о мироздании. Великие основатели европейской науки подчеркивали всеобщность и вечность законов природы. Они пытались строить универсальные схемы, которые воплощали бы в себе идеал рациональности.

История этих поисков полна драматизма. Были моменты, когда честолюбивые замыслы, казалось, близились к воплощению и уже было рукой падать до некоего фундаментального уровня, на котором можно вывести все свойства материи. Так было, когда Бор предложил свою знаменитую модель атома, сводившую материю к простым планетарным системам, образуемым электронами и протонами. Еще один такой захватывающий момент наступил, когда у Эйнштейна появилась надежда слить все физические законы в единой теории поля.

В объединении некоторых основных сил природы действительно удалось добиться немалых успехов. Но фундаментальность продолжает от нас ускользать. Везде, куда ни глянь, от физики элементарных частиц и биологии до астрофизики с ее расширяющейся Вселенной и образованием черных дыр - мы видим эволюцию, разнообразие, нестабильность.

Интересно, что неожиданная сложность, обнаружившаяся в природе, повела нас не к замедлению научного прогресса, а, наоборот, к появлению новых концептуальных структур, которые сейчас представляются неотъемлемым элементом нашего понимания всего физического мира, включающего и нас самих. Эта новая ситуация не имеет прецедентов в истории науки.

Трансформацию наших представлений о науке и мироздании трудно отделить от изменений в эмоциональном отношении к этим категориям. С каждой новой интеллектуальной программой появляются новые надежды, опасения и чаяния. В классической науке упор делался на законы, независимые от времени. Предполагалось, что если измерено некое состояние системы, то обратимые законы классической науки полностью определяют ее будущее, точно так же, как они определили ее прошлое. Естественно, что такой поиск вечной истины, скрытой за переменчивыми явлениями, встречался с энтузиазмом. Но в то же время неприятно поражало то, что такое описание природы означало, по существу, ее принижение: природа превращалась в некий автомат, в робота.

Стремление свести разнообразие мироздания к паутине иллюзий было присуще европейскому мышлению со времени греческих атомистов. Побудительной силой их работ было не желание унизить природу, а прежде всего освободить людей от страха перед сверхъестественными существами, стоящими над человеком и природой. Лукреций вслед за своими учителями Демокритом и Эпикуром снова и снова повторяет, что нам некого бояться, что сущность мира - постоянно сменяющиеся комбинации атомов в пустоте.

Современная наука превратила эту, по сути дела, этическую позицию в непреложную на первый взгляд истину; истина же, сводящая природу к атомам и пустоте, в свой) очередь привела к тому, что иногда называют "тревогой современного человека". Как нам обрести себя в случайном мире атомов? Не наука ли повинна в разрыве между человеком и природой? "Все тела, небесная твердь, звезды, земля и ее царства уступают самому ничтожному разуму, ибо разум сознает все это сам по себе, а они нет". Эта мысль Паскаля выражает то же чувство отчуждения, какое мы находим среди современных умов, например у Ж. Моно: "Человек должен, наконец, окончательно пробудиться от своих тысячелетних грез и, пробудившись, осознать свое полное одиночество, свою глубокую изоляцию; понять, что он влачит цыганское существование на окраине чуждого ему мира. Мира глухого к его музыке и безразличного к его чаяниям не менее, чем к его страданиям или преступлениям".

Перед нами парадокс. Блестящий прорыв в молекулярной биологии - расшифровка генетического кода, в которой принимал активное участие Моно, - заканчивается трагической нотой. Сам этот прогресс, говорят нам, превращает нас в неких цыган вселенной. Как объяснить такое положение? Разве наука - не способ общения, диалога с природой?

Сегодняшние исследования уводят нас все дальше от противопоставления человека миру природы - вот что мы стремимся показать. Не разрыв и противоположность, а крепнущую связь между нашими знаниями о человеке и о природе.

В прошлом исследование природы принимало самые различные формы. Шумеры изобрели письмо; шумерские жрецы рассудили, что будущее может быть неким тайным образом записано в событиях, происходящих в настоящем. Они даже привели это убеждение в систему, перемешав магическое с рациональным. В этом смысле мы можем сказать, что наука, появившаяся в XVII веке, лишь открыла новую главу в непрекращающемся диалоге между человеком и природой.

Новое, что она принесла с собой, можно определить словом "эксперимент". Основа науки - новая, специфическая форма общения с природой: убеждение, что природа отвечает на вопросы, задаваемые в форме эксперимента. Это означает не просто точное наблюдение происходящих фактов, не только поиски эмпирических связей между явлениями - эксперимент предполагает систематическое взаимодействие между теоретическими представлениями и наблюдением.

Ученые сотнями способов выражали изумление, убеждаясь, что если вопрос задан правильно, то становится ясно, как решать головоломку. В этом смысле наука похожа на игру двух партнеров, в которой мы должны предугадать поведение природы, не связанное с нашими убеждениями, желаниями и надеждами. Природу нельзя заставить сказать то, что мы хотим от нее услышать. Научное исследование - не монолог. Именно элемент риска делает эту игру увлекательной.

Культурную напряженность, вызванную классической наукой, можно считать по меньшей мере частично ответственной за неустойчивое положение науки в обществе; она заставила героически принять безрадостные последствия рационализма, но она же вызвала и яростное неприятие, движение иррационалистов. В противоположность науке, которая отождествлялась с комплексом таких представлений, как причинность, детерминизм, редукционизм, в 20-е годы нашего столетия бурно разрослись идеи, отрицаемые этой самой наукой, но воспринимаемые как воплощение фундаментальной иррациональности природы. Они послужили иллюстрацией риска, связанного с классической наукой. Признавая за комплексом ощущений и переживаний, которые представляются человеку существенными, лишь субъективное значение, наука рискует оттеснить эту область переживаний в мир иррационального, придав ей тем самым грозную силу.

Как подчеркивал известный синолог Дж. Нидем, западное мышление всегда колебалось между представлением о мире как об автомате и теологией, в которой вселенной правит бог. Нидем называет это "типично европейским раздвоением сознания". В сущности, оба представления связаны: автомат требует управления со стороны внешней силы - бога.

Действительна ли эта трагическая дилемма? Должны ли мы выбирать между наукой, ведущей к отчуждению, и антинаучными метафизическими представлениями о природе? Полагаем, что такой выбор нельзя более считать неизбежным, поскольку те перемены, которые наука претерпевает сейчас, ведут к радикально иной ситуации. Развитие науки за последнее время предоставляет нам единственную в своем роде возможность пересмотреть ее положение в культуре вообще.

Современная наука возникла в специфической обстановке XVII века в Европе. Сейчас мы приближаемся к концу XX века, и нам представляется, что наука несет в себе еще и некое всеобщее содержание - содержание, касающееся взаимодействия не только между человеком и человеком, но и между человеком и природой. Каковы те постулаты классической науки, от которых, можно полагать, наука сегодняшнего дня освободилась? Вообще говоря, это те постулаты, которые группируются вокруг убеждения, что на некоем уровне мир прост и управляется фундаментальными законами, обратимыми во времени. Сегодня такое упрощение представляется чрезмерным. Можно свести здание к куче кирпичей, но из одних и тех же кирпичей мы можем построить завод, дворец или храм. Лишь на уровне здания в целом мы можем воспринимать его как продукт времени, культуры, общества, стиля. Однако здесь существует дополнительная и очевидная проблема: поскольку природу строить некому, мы должны приписать самим ее "кирпичам" свойства, ответственные за процесс строительства.

Оказалось, что необратимость превращений - не иллюзия, что она играет существенную роль в природе и лежит в основе большинства процессов самоорганизации. Мы очутились в мире, где обратимость и детерминизм приложимы лишь к отдельным простейшим случаям, а необратимость и случайность - правило.

Центром исследований, которые один из нас вел на протяжении всей своей жизни, по существу, была проблема времени. Еще студентом Брюссельского университета, впервые соприкоснувшись с физикой и химией, он был поражен тем, как мало наука может сказать о времени, особенно если учесть, что в начале своего обучения он имел дело в основном с историей и археологией. Оказавшись перед этим удивительным фактом, он мог занять одну из двух позиций, каждой из которых есть примеры в прошлом: или, раз в классической науке, по-видимому, нет места времени, вообще отказаться от обсуждения этой проблемы, или же искать какой-то иной путь понимания природы, в котором время играло бы более существенную роль путь, который из философов нашего времени избрали, например, Бергсон и Уайтхед.

Первая позиция была бы "позитивистской", вторая - "метафизической".

Был, однако, еще и третий путь - задаться вопросом, не объясняется ли простота представлений о временной эволюции, традиционная для физики и химии, тем, что обращают внимание лишь на некоторые, весьма упрощенные ситуации, не на собор, а на кучи кирпичей?

В последние годы мы научились лучше понимать смысл двух великих революций, сформировавших сегодняшнюю физику, - квантовой механики и теории относительности. Они начались с попыток исправить классическую механику и ввести в нее вновь открытые универсальные константы. Сегодня положение иное. Квантовая механика дала нам теоретические основы для описания непрерывных взаимопревращений частиц.

Точно так же общая теория относительности стала той основополагающей теорией, на языке которой мы можем описать тепловую историю ранних этапов развития нашей Вселенной.

Наша Вселенная имеет плюралистический, сложный характер. Структуры могут исчезать, но могут и возникать. Некоторые явления, насколько мы знаем, хорошо описываются детерминистскими уравнениями, однако другие включают в себя вероятностные процессы.

Как же мы можем преодолеть очевидное противоречие между этими представлениями?

Ведь Вселенная, в которой мы живем, едина. Модели, изучавшиеся классической физикой, реализуются лишь в таких ограниченных ситуациях, какие можно создать искусственно, заключив материю в ящик и подождав, пока она не достигнет равновесия. Искусственное может быть детерминистским и обратимым - природное не обходится без элемента случайности и необратимости. Это ведет к новому взгляду на материю, согласно которому она уже не воспринимается как пассивная субстанция, описываемая с позиций механистических воззрений, но связана со спонтанной активностью. Эта перемена столь глубока, что мы действительно можем говорить о новом диалоге человека с природой.

Еще в начале XIX века, именно тогда, когда классическая наука торжествовала, когда ньютонова программа господствовала во всей Европе, на горизонте возникла первая угроза ньютоновой схеме: Фурье сформулировал закон распространения теплоты. Это было, по существу, первое количественное описание явления, немыслимого в классической динамике,- необратимого процесса.

Два прямых потомка учения о теплоте - учение о превращениях энергии и теория тепловых машин - породили первую "неклассическую" научную дисциплину - термодинамику. Самым оригинальным вкладом ее в науку стало знаменитое второе начало, которое ввело в физику "стрелу времени". По существу, это было частью более общего интеллектуального движения.

XIX век был веком эволюции: биология, геология, социология выявляли процессы, связанные с зарождением и усложнением структур. Что касается термодинамики, то она основана на различении двух типов процессов: обратимых, независимых от направления времени, и необратимых, от него зависящих. Чтобы различать эти процессы, было введено понятие энтропии, которая возрастает лишь благодаря необратимым процессам.

На протяжении всего прошлого века необратимые процессы рассматривались как помехи, неудобства, недостойные изучения. Сегодня положение радикально изменилось. Мы знаем, что в системах, далеких от равновесия, могут спонтанно возникать новые типы структур. В далеких от равновесия условиях может происходить переход от беспорядка и теплового хаоса к порядку. Могут возникать новые динамические состояния материи, состояния, отражающие взаимодействие данной системы с ее окружением. Такие новые структуры мы назвали диссипативными, чтобы подчеркнуть важную роль, которую играют в их возникновении процессы диссипации, рассеяния энергии.

Замечательно, что, когда мы переходим от равновесия к далеким от него состояниям, мы удаляемся от повторяющегося и всеобщего в сторону специфического, уникального. В самом деле, законы равновесия универсальны. Вблизи состояния равновесия материя склонна повторяться. Вдали же от него вступают в действие разнообразные механизмы, способствующие возникновению различных диссипативных процессов. Например, вдали от равновесия мы можем наблюдать явление "химических часов" - реакции, которые идут согласованно и ритмично. Мы можем видеть также процессы самоорганизации, ведущие к неоднородным структурам.

Хотелось бы подчеркнуть непредсказуемость такого поведения. Каждый из нас имеет интуитивное представление о том, как идет химическая реакция; мы воображаем себе молекулы, плывущие в пространстве, сталкивающиеся и вновь появляющиеся в ином виде. Мы видим хаотическое поведение, подобное тому, какое описывали атомисты, говоря о пылинках, пляшущих в воздухе. Но поведение "химических часов" совсем иное. Несколько упрощая, можно сказать, что в них все молекулы изменяют свою химическую индивидуальность одновременно, через равные промежутки времени. Если мы представим себе молекулы голубыми или красными, мы можем увидеть, как они меняют свой цвет в ритме реакции "химических часов".

Очевидно, такое поведение уже нельзя описать как хаотическое. Возник новый тип порядка. Мы можем говорить о согласованности, о некоем механизме "общения" между молекулами. Но такое общение возможно лишь в состояниях, далеких от равновесия. Любопытно, что оно, по-видимому, представляет собой правило в мире биологии и, по существу, может быть взято за основу при определении биологической системы.

Кроме того, тип диссипативной структуры решающим образом зависит от того, в каких условиях она возникает. В выборе механизма самоорганизации могут играть важную роль внешние поля - гравитационное поле Земли, магнитное поле.

Мы начинаем видеть, как даже на химическом уровне можно строить сложные структуры, сложные формы; некоторые из них могли быть предшественницами жизни. Во всяком случае, эти далекие от равновесия явления иллюстрируют важное и неожиданное свойство материи: отныне физика может описывать структуры как результат адаптации к внешним условиям. Если воспользоваться несколько антропоморфным сравнением, то можно сказать, что в состоянии равновесия материя "слепа", а в условиях, далеких от равновесия, она получает способность ощущать, "принимать во внимание" в своем поведении различия во внешней среде (силы тяготения, электрические поля), адаптироваться к ним.

Конечно, проблема возникновения жизни остается трудной, и мы не думаем, что здесь нас ожидает простое решение. Но жизнь уже не представляется противоречащей "обычным" законам физики, не выступает против них, чтобы избежать предписанной ими судьбы - разрушения. Наоборот, представляется, что жизнь специфическим образом отражает сами условия, в которых существует наша биосфера, включая нелинейность химических реакций и неравновесность, создаваемую для биосферы солнечной радиацией.

Вторжение необратимости, исходившей преимущественно из технических наук и физической химии, было встречено с недоверием. Кроме культурных, были на то и технические причины. Всякая попытка "вывести" необратимость из динамики неизбежно должна была привести к неудаче, так как необратимость - не всеобщее явление. Можно вообразить ситуации строго обратимые - например, маятник в отсутствие трения или движение планет. Подобные неудачи повлекли за собой разочарование и подозрение, что в конечном счете все представления о необратимости имеют субъективные истоки.

Существуют разные классы динамических систем; мир далеко не гомогенен. Поэтому вопрос лучше ставить иначе: какова специфическая структура динамических систем, которая позволяет им "различать" прошлое и будущее? Какой минимум сложности для этого необходим?

В этом направлении уже достигнуты некоторые успехи. Сегодня мы точнее представляем себе истоки времени в природе, и это приводит к далеко идущим последствиям. Закон энтропии, который ввел необратимость в макроскопический мир, теперь поддается пониманию и на микроскопическом уровне. Он соответствует правилу отбора, ограничению первоначальных условий. Таким образом, второе начало вносит в наше описание природы новый, не сводимый к чему-то иному элемент. Будучи совместимым с динамикой, оно не может быть из нее выведено.

Уже Больцман понимал, что вероятность и необратимость должны быть тесно связаны. Только когда система ведет себя достаточно случайным образом, в ее описании может появиться различие между прошлым и будущим, а значит, и необратимость. Наш анализ подтверждает такую точку зрения. Действительно, к чему "стрела времени" в детерминистском описании природы, согласно которому будущее уже каким-то образом содержится в настоящем, а оно, в свою очередь, содержит в себе и прошлое? Стрела времени - это проявление того факта, что на самом деле будущее не задано заранее.

Наш повседневный опыт обнаруживает коренное различие между временем и пространством. Мы можем передвигаться из одной точки пространства в другую, а повернуть время вспять, поменять местами прошлое и будущее не можем. Это ощущение невозможности только сейчас обретает точный научный смысл. Разрешенные состояния отделены от состояний, запрещенных вторым началом термодинамики, барьером бесконечной энтропии. В физике существуют и другие барьеры, например скорость света, которая ограничивает скорость передачи сигналов. Существование таких барьеров очень важно: если бы не они, рассыпалась бы в прах причинность.

Проблема времени находилась в центре внимания на протяжении всего нашего столетия - вспомните Эйнштейна, Пруста, Фрейда... Одним из самых неожиданных результатов специальной теории относительности Эйнштейна, опубликованной в 1905 г., было введение локального времени, связанного с каждым наблюдателем. Однако это локальное время оставалось обратимым. Главной проблемой Эйнштейна как в специальной, так и в общей теории относительности было преимущественно "общение" между наблюдателями - способ сравнения промежутков времени. Однако теперь мы можем изучать время и в других концептуальных аспектах.

В классической механике время было всего лишь числом, характеризующим положение точки на траектории. Но на более общем уровне время может иметь и иной смысл. Когда мы, глядя на ребенка, угадываем его возраст, он не локализован в той или иной части его тела,- это общее суждение. Часто говорилось, что наука "опространствила время". Однако теперь мы обнаружили, что возможна и иная точка зрения. Представьте себе пейзаж и его эволюцию: растут деревни, появляются мосты и дороги... Это значит, что пространство приобретает временное измерение; по выражению географа Б. Берри, мы, наоборот, пришли к "овременению пространства".

Но, может быть, самое важное достижение состоит в том, что теперь мы можем с новой точки зрения рассматривать проблему структуры, порядка. С точки зрения динамики, как классической, так и квантовой, не может существовать единственной, направленной во времени эволюции. "Информация", определенная на языке динамики, остается во времени постоянной. Это звучит как парадокс. Когда смешиваются две жидкости, не может произойти никакой "эволюции", несмотря на то что мы не в состоянии, не прибегая к внешним воздействиям, вернуть их в прежнее состояние. Закон же энтропии описывает смешивание как эволюцию, направленную к "беспорядку", к наиболее вероятному состоянию. Мы теперь в состоянии показать, что между этими двумя описаниями нет противоречия, но, чтобы говорить об информации или упорядоченности, следует дать новое определение этим понятиям. Эволюционистскую парадигму, выражением которой служит второе начало термодинамики, теперь можно сформулировать и на микроскопическом уровне. Поскольку она охватывает всю химию, а также значительную часть биологии, это представляется достаточно важным результатом.

Прозрение пришло совсем недавно. Изменения в концептуальной основе физики еще далеко не закончены. Однако наша цель состоит не в том, чтобы рассказать об окончательных приобретениях науки, об устойчивых и прочно установленных результатах. Мы хотим подчеркнуть творческое начало, заложенное в научной деятельности, а также связанные с ним перспективы и новые проблемы. Во всяком случае, сейчас мы знаем, что находимся в самом начале пути. Нас еще ждут бесконечная неуверенность и риск. Поэтому, излагая наши нынешние представления о природе, полезно отдавать себе отчет в том, насколько неполны наши ответы.

Как-то Эрвин Шредингер возмутил многих философов науки, написав: "Существует тенденция забывать, что наука тесно связана с человеческой культурой вообще и что научные открытия, даже представляющиеся в данный момент наиболее передовыми, доступными лишь посвященным и трудными для понимания, обретают смысл лишь в общем контексте культуры. Теоретическая наука, не сознающая, что тем из ее построений, которые будут сочтены важными и существенными, суждено со временем претвориться в понятия и слова, доступные необразованному обществу и способные стать неотъемлемой частью общего мировоззрения, - теоретическая наука, которая об этом забывает, в которой посвященные общаются между собой на языке, доступном в лучшем случае узкому кружку приверженцев, обречена на изоляцию от остальной части культурного человечества; в конце концов она неизбежно атрофируется и усохнет, каким бы захватывающим тайным беседам ни продолжали с упоением предаваться ее замкнувшиеся в себе представители".

Вопросы времени лежат в самой сердцевине науки. Становление, необратимость - это проблемы, которым посвятили свою жизнь целые поколения философов. Сегодня, когда история - экономическая, демографическая, политическая - движется с беспрецедентной скоростью, новые вопросы и новые интересы заставляют нас вступать в новые диалоги, искать новой согласованности.

Научный прогресс часто описывается как разрыв, как отход от непосредственного опыта в сторону абстракций, все более трудных для восприятия. Мы полагаем, что такая интерпретация есть лишь отражение исторической ситуации, в которой оказалась классическая наука вследствие неспособности включить в свои теоретические построения огромные области взаимоотношений между человеком и окружающей средой.

Несомненно, абстрактные научные достижения существуют. Однако концептуальные нововведения, которые имеют решающее значение для развития науки, не должны с неизбежностью принадлежать к их числу. Новый подход к понятию времени уходит своими корнями не только во внутреннюю историю науки, но и в тот социальный контекст, в каком наука находится сегодня. Такие открытия, как обнаружение нестабильных элементарных частиц или расширяющейся Вселенной, очевидно, принадлежат к внутренней истории науки, но всеобщий интерес к неравновесным ситуациям, к развивающимся системам, возможно, отражает наше ощущение, что человечество в целом переживает сейчас некий переходный период.

Распространена точка зрения, согласно которой в "храме науки" ведется поиск не более и не менее как формулы Вселенной. Человек науки, всегда рисовавшийся аскетом, теперь нередко предстает в облике некоего волшебника, обладающего универсальным ключом ко всем на свете явлениям и тем самым наделенного потенциально, всемогущим знанием. Это возвращает нас к вопросу, который мы уже рассматривали: знание, дающее универсальный ключ, может существовать лишь в упрощенном мире (особенно в мире классической науки, где усложненность попросту маскирует простоту, лежащую в основе вещей).

Одна из проблем нашего времени состоит в том, чтобы преодолеть заблуждения, сводящиеся к оправданию и поощрению изоляции научного сообщества. Нужно открыть новые каналы общения между наукой и обществом. Все мы знаем, что человек изменяет окружающую его среду в беспрецедентных масштабах, создает "новую природу". Но чтобы понять этот созданный им мир, нужна наука, которая не является ни просто инструментом, покорным внешним интересам, ни раковой опухолью, безответственно растущей на теле общества.

Мы убеждены: зарождается новый синтез, новый взгляд на природу. Может быть, со временем люди научатся сочетать западную традицию, с ее упором на эксперимент и количественные формулировки, и такую, как китайская, с ее представлением о спонтанном, самоорганизующемся мире.

Лучше всего не тосковать о прошлом, а пытаться найти среди необыкновенного разнообразия наук какую-то объединяющую нить. Каждый великий период в истории науки приводил к какой-то модели природы. Для классической науки это были часы; для науки XIX века, периода промышленной революции,- постепенно замедляющая ход паровая машина. Каким станет этот символ для нас? Возможно, его удастся найти среди творений скульптуры, древней, доколумбовой, или современной. В некоторых прекраснейших произведениях, будь то танцующий Шива или миниатюрные храмы Герреро, явственно ощущается поиск единства покоя и движения, времени остановленного и времени летящего.

Именно такое сочетание может определить своеобразие нашей эпохи.