Единый двигатель процессов разрушения и совершенствования
Клейн Единый двигатель процессов разрушения и совершенствования
Два противоположных процесса
Существуют два противоположных процесса. Один - это разрушение. Вода остывает, шарик катится вниз, кирпич разрушается. И есть другие процессы - цивилизация становится все совершеннее, мастерства становится все больше, т.е. есть процессы совершенствования. Я как-то говорил, что в основе и тех, и других процессов лежит один и тот же механизм. Что, не смотря на разнонаправленность, противоположность этих процессов, то, что их заставляет двигаться - это одно и то же.
Другими словами, те процессы, которые находятся на «термодинамической стреле» и естественным образом идут от более сложного к более простому, т.е. процессы разрушения, и те процессы, которые идут в направлении, противоположном «термодинамической стреле», от простого к сложному, процессы совершенствования - их двигателем является одно и то же.
«Термодинамической стрелой» называется направление, которое соответствует увеличению энтропии. Противоположное направление - это направление, которое соответствует уменьшению энтропии. И я говорю, что процессы, идущие в этих двух противоположных направлениях, имеют в своей основе один и тот же механизм. В какой-то момент я увидел закон, который как раз и говорит, что и то, и то - это проявление одного и того же.
Пространство балансов
На каком-то качественном уровне система балансируется по 10-ти критериям, а на каком-то - по 11-ти или по 100. Развитие есть ни что иное, как «система переходит из состояния, когда поддерживается 10 балансов, в состояние, когда поддерживается 100 балансов». Когда поддерживается 100 балансов, это более совершенная система. Отсюда, кстати, ясно, что чем более совершенная система, тем она более хрупкая, потому что удержать 100 балансов гораздо сложнее, чем 10 или один. Отсюда видно, что по-другому быть не может, это и есть «хрупкость».
Диссипативные структуры
Существует такое понятие, как «диссипация». Диссипация - это рассеяние энергии в пространстве. Просто рассеяние, т.е. она ни на что не идет. Понятно, что она должна откуда-то появиться, от системы отток. Но это - рассеяние.
Диссипативные структуры - это структуры, в которых часть энергии уходит на создание структуры, т.е. элементов и взаимосвязей между ними, а часть рассеивается в окружающей Вселенной, в окружающем пространстве. Поэтому она называется «диссипативная структура». Самая простая - это вал огня, который движется по сухой степи. «Структурой» является «огненный червяк», который на всем протяжении своего движения поддерживает свою высоту, яркость, температуру, шум, газовый состав. Все это поддерживается. За счет чего? За счет травы.
Структура неизменная. Подпитка идет за счет энергии, запасенной в среде, сухой траве. Среда, опять же - переходит из «высокоэнергетического» состояния в «низкоэнергетическое» состояние. Высокоэнергетическое - это трава. Низкоэнергетическое - это зола и пепел. И фронт этого перехода, на фронте этого перехода, как раз, возникает диссипативная структура. Энергия запасенная - из среды вырывается, формируется в некую структуру, в некий структурный объект, а часть энергии рассеивается в окружающем пространстве.
Такой же диссипативной структурой - но гораздо более сложной - является, например, человеческое тело. Ну, или человек. Тело и сознание. Про сознание сейчас забудем. Человеческое тело. Все эти пышки-плюшки, сигареты, воздух, вода позволяют тебе быть таким, какой ты есть. Достаточно перекрыть тебе один из этих элементов, как ты начнешь чахнуть, а если перекрыть кислород, то процесс чахненья займет всего 4 с половиной минуты, плюс еще 10 минут запасных, после которых начинаются необратимые изменения мозга. Эта структурка диссипативная начинает разрушаться. Ей нечего жрать, и пожар тухнет. Структура разрушается. Нет кислорода - фактически, то же самое, что и при пожаре (огонь, реакция окисления) - и эта структура начинает умирать, разрушаться. Человеческое тело - это пример диссипативной структуры. Только здесь гораздо больше балансов, чем в пламени степного пожара.
Минимум диссипации
Есть такое понятие как «минимум диссипации». Минимум диссипации - это то, что система стремится перейти всегда в максимально низкое энергетическое состояние. Если шарик на борту чашки находится, и ты его отпускаешь, у него запасена некоторая потенциальная энергия. Когда шарик катится вниз, энергия переходит в кинетическую, которая дает ему возможность подниматься на следующий борт. Когда он поднимается от точки «ноль», нарастает потенциальная энергия. Шарик останавливается и катится назад, и в этом смысле он как маятник. В конце концов, силы трения его останавливают. Любой маятник или любой шарик, который будет качаться по чашке - в процессе трения выделяется какое-то количество энергии, которое и уходит в окружающее пространство. А шарик занимает максимально низкое энергетическое состояние из всех возможных в этой системе.
Точно так же этот «минимум диссипации», этот принцип, действует, когда ты берешь молоток и начинаешь заколачивать гвоздь. Вот ты первый раз в руки взял молоток, гвоздь, и чтобы прибить, у тебя столько-то уходит энергии, сил. После сотого или тысячного раза ты гвоздь вбиваешь одним ударом.
Что такое принцип минимума диссипации? Когда я говорил про шарик, там два процесса, не один. Первый процесс - это то, что шарик стремится занять положение с минимальной энергией. Но второй процесс - это система стремится перейти в такое состояние, когда выделение энергии минимально. Это два разных процесса. И в этом смысле, когда ты забиваешь гвоздь, то после тысячного раза ты приходишь к тому, что выделяешь минимум энергии. При этом одном акте. Система пришла в состояние минимума диссипации.
То же самое, если взять, например, кровеносные сосуды. Они имеют какую-то толщину. Возьмем не одного человека, который забивает гвоздь, а некий вид животных и какое-то время, которое требуется нескольким поколениям организмов народиться. Что происходит? Существует некая толщина сосудов. Это некий баланс между давлением крови и твоим общим совершенством. Как организма. Весь этот баланс заключен в толщине стенок сосудов. Если они тоньше, чем надо, то давление крови их будет рвать. Особенно, когда ты чуть-чуть поднапрягся. Если они толще, чем нужно, то ты на себе носишь лишнюю массу. Которую должен кормить, обогревать, и просто при беге таскать. Соответственно, в процессе твоей деятельности, которая включает в себя бег и прочие телодвижения, эта толщина сосудов сбалансируется. Она станет ровно такой, чтобы давление крови ее не рвало, но и ничего лишнего ты не носил.
Любое твое мастерство, когда ты минимальным количеством ходов, ударов в гольфе загоняешь мяч в лунку - это минимум диссипации. Когда ты меньшим количеством ракет или войск громишь вражескую армию - это минимум диссипации.
Процессы, которые лежат в направлении термодинамической стрелы - вода остывает, шарик катится вниз, комната, в конце концов, зарастает пылью - это и есть, что система переходит в состояние, когда она меньше всего излучает.
Локальные минимумы диссипации
Представим себе горку водопадов: водопад - озерцо, водопад - озерцо, водопад - озерцо. А вместо воды - шарик. Понятно, шарик будет стремиться, когда у него есть возможность, как и вода - опуститься как можно ниже, в состояние с наименьшей энергией, в состояние, когда у него (нее) минимальная способность излучать энергию. Попадая по пути этого движения в ловушки «локальных минимумов диссипации».
Точно так же устроены, например, кольца Сатурна. Эти кольца представляют из себя слоистую структуру - колечко, потом пустое пространство, потом колечко, пустое пространство, колечко, пустое пространство. Кольцо не сплошное, это множество концентрических кругов. Почему? Потому что существует некая сила гравитации, гравитационное поле, и в нем - «устойчивые» и «неустойчивые» орбиты. Устойчивые - это локальные минимумы диссипации.
Можно рассматривать кольца Сатурна как интерференционную картинку - здесь пучности, здесь ямы, потенциальные провалы. И там, где ямы, там собирается вещество кольца, падает в потенциальные ямы, а где пучности - оно растекается. Этот сюда упал, тот туда - и в этом смысле, это напоминает систему водопадиков или шарик, когда много ступенек. Много колец - это много ступенек. ...Солнечная система - Солнце и орбиты планет - устроена так же. Каждая планета находится в своем «озерце» на разной высоте водопада, или на разном расстоянии от центра узла.
Динамическая система
То, что заставляет костер остывать, шарик скатываться, кольца Сатурна расслаиваться - это стремление к минимуму диссипации.
Чем отличается Сатурн от остывающего костра? Кольца Сатурна - это динамическая система, там есть движение. В этом она более сложная, чем что-то, что просто лежит и разрушается. Или остывает.
Любые системы, которые способны совершенствоваться - это, по определению, динамические системы, т.е. там должно быть движение. И все они, по определению, сложнее, чем механические системы типа колец Сатурна. Возьмем, к примеру, человеческий организм. Или, например, общественный организм. Или это система идей какая-то. Или личное мастерство. Это все системы более сложные, чем кольца Сатурна. Первое - они сложнее. Второе - они все динамические.
Стремление к минимуму
Мы говорим «система стремиться к минимуму диссипацию». Мы должны помнить, что «стремится» - это поэтический образ. Система не «стремится» - ее туда, к минимуму диссипации, «тянет» Второй закон термодинамики.
Стремление к минимуму диссипации (в соответствии со вторым законом термодинамики) - для простой механической и, тем более, для не динамической системы проявляется как «разрушение».
Для динамической самоорганизующейся системы стремление к минимуму диссипации проявляется как «совершенствование».
Начиная с определенного порога сложности, система, следуя второму закону термодинамики начинает… совершенствоваться.
Второй закон термодинамики в сложных системах проявляется как совершенствование.
Двойное действие второго закона в диссипативных структурах
Второй закон термодинамики в сложных системах действует дважды.
Первое. Как и любой кирпич, ты стремишься к разрушению. Клетки. Должны разрушаться.
Но, в отличие от кирпича, ты, как диссипативная структура, все время находишься на «потоке энергии».
Огненный вал держится на сухой траве. Ты потребляешь кислород, воздух, еду, воду. Это и есть энергия.
Ну, какая разница? Батарейку в тебя можно вставить. Но у тебя через желудок, легкие, кровь… - вот твои батарейки. И поэтому тот первичный уровень разрушения - он компенсирован этим энергетическим потоком.
Он компенсирован тем, что ты - диссипативная структура. Сколько ты будешь получать энергии, столько ты будешь жить.
Если ты струну тренькнул - тыыынь - то она раз, раз, раз, - и перестала звучать, перестала двигаться. Сколько она звучит, зависит только от первоначального импульса.
Или ты взял шарик. Или крикнул. Через 100 метров тебя плохо слышно, потому что волна ослабевает, как эта струна. Если ты взял шарик и катнул по полю - мяч ударил ногой, то он сколько-то времени катится, после этого останавливается.
Но если ты запустил по этому полю огненный вал - поджег спичкой - то вал будет идти столько, пока не кончится поле.
Поле 100 метров - он 100 метров пройдет. Поле 100 километров - он 100 километров пройдет.
Тут мячик, который ты по полю ударил, а тут вал - объект огненный. Поддерживать его движение будет энергия, запасенная в среде.
Движение мячика - «разрушится». А вал, его движение - не разрушится, потому что первоначальный импульс, который затухает, в данном случае все время поддерживается энергией среды.
И поэтому первая защита от закона - от второго закона термодинамики - стоит на том уровне, что «ты есть диссипативная структура». Недиссипативная - зачах. Диссипативная - все, ты не зачахнешь.
Диссипативная структура - это, по определению, структура, которая находится на потоке энергии. Этот поток энергии и есть то, что компенсирует затухание первоначального импульса.
Второй раз второй закон термодинамики работает следующим образом:
Система стремится к минимуму диссипации, и это проявляется в виде ее совершенствования. Совершенствуются стеночки кровеносных сосудов, совершенствуется умение забивать гвоздь, еще что-то совершенствуется. Именно потому, что «более совершенное состояние» соответствует «минимуму диссипации».
Формулировка закона
Итак, в диссипативных структурах второй закон термодинамики работает два раза:
Один раз - на уровне бекграунда, стремясь разрушить систему. И там его действие компенсируется тем, что диссипативная структура существует за счет «притока энергии» извне, которую она тратит на свое постоянное воссоздание.
Второй раз он действует таким образом, что система стремится к минимуму диссипации. И это проявляется в ее все большем и большем совершенстве.
Второй закон термодинамики, точно так же, как он разрушает нединамические недиссипативные структуры, то применительно к диссипативным структурам - он ведет к их совершенствованию. Так звучит формулировка закона.
Дополнительно о связи процессов разрушения и совершенствования
Известна следующая связь между процессом разрушения и процессом совершенствования. Она выражается схемой: блок, через который перекинута веревка, на концах которой два кубика - один поменьше, другой побольше. И кубик большего размера, опускаясь вниз, тянет вверх кубик меньшего размера.
Совершенствование здесь выглядит таким образом: кубик поднимается наверх, за счет того, что кубик побольше - опускается вниз.
Такая связь между этими процессами известна: «для того, чтобы что-то приподнять, нужно много разрушить».
Например, для того, чтобы существовал этот огненный вал, нужно выжечь большое количество травы. Или - любое живое существо, которое находится на вершине некоей пищевой пирамиды.
И чтобы он существовал, вот столько должно быть уничтожено.
Мало того, этот фронт, который мы описывали, в связи с этим степным пожаром, как переход энергии из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое - это фронт выделения энтропии.
Трава разрушается, еще какой-то исходный материал разрушается. Так вот, для того, чтобы что-то в таком объеме как этот кубик стало более совершенным, другое… - что такое «опуститься»? - должна увеличиться энтропия. Т.е. оно должно быть переведено в низкоэнергетическое состояние.
Вот смотри - красивое яблоко, красивая груша с очень сложной структурой. Ты это забрасываешь себе сначала в рот, потом в желудок, потом выходит в форме фекалий.
Т.е. ты переработал эту штуку на дерьмо, вытащил из нее какое-то количество энергии для поддержания своей структуры, тела своего - остальное… рассеял эту энергию в окружающем пространстве.
Так вот, чем большее чего-то количество ты совершенствуешь, тем большее количество чего-то, т.е. некоего уровня совершенства, ты должен низводить до… вот… уровня несовершенства. До очень энтропийного уровня.
Это относится как к количеству, так и к качеству. Ну, например, к высоте. Чтобы как можно выше поднять, нужно как можно ниже опустить. Вот эта связь - известна.
В этом смысле любое живое существо - неважно, человек, страна, цивилизация - он представляет из себя некое «сечение», - диссипативная структура как сечение некоего потока энергии.
И чем больше в единицу времени через это сечение проходит энергии, т.е. чем больше выделяется энтропии, чем большее количество энергии понижает свое качество - тем, это значит, совершеннее эта структура.
И любое развитие цивилизации, любая ее энерговооруженность - ну, чем цивилизация более развита, тем больше ее энерговооруженность - то это означает, тем большее количество энергии переводится на всякое… не могу другого слова подобрать… дерьмо.
Тем она больше потребляет, но важно, что потребленное она перерабатывает в отходы.
Тем больше она производит отходов.
И в этом смысле, если мы рассмотрим «эволюцию разрушения» как главный вектор второго закона термодинамики, то тогда мы говорим, что способность разрушать - она тоже совершенствуется. То пока не было человека - с такой-то скоростью все разрушалось. Появился человек - вот с такой-то скоростью стало разрушаться. Появилось мощная человеческая цивилизация техногенная - вот с такой скоростью стало разрушаться, а сейчас и вообще вот с такой скоростью. Плюс здесь всякие риски - ну, допустим, риск атомной войны, когда все вообще наглухо подыхает. Т.е. скорость перевода… так бы лежали и лежали…еще миллион лет в земле - нефть, уголь, уран - пока бы космические силы добрались до того, чтобы это все по пылинкам рассеялось в окружающем пространстве. А появился человек - такой глобальный помощник Вселенской энтропии - и он все это достает, тут же переводит на энергию, рассеивает в пространстве, это все исчезает…
Т.е. процесс этой «энтропичности» - вот он совершенствуется. А из этой связи, когда два грузика, один идет вверх, а другой вниз - как эту модель ни крути, этой связи, что второй закон термодинамики в одном случае так проявляется, в другом так, ты никак не увидишь. Потому что, чтобы его увидеть, ты должен войти в пространство моделей диссипации, диссипативные структуры, минимум диссипации.
А в той модельности его нет, и поэтому, сколько бы ты ни рассматривал, ты этой связи там не увидишь.
Поэтому та модель - а она известная, распространенная, и любой, кто этим занимается, сразу же ее получает - она все закрывает.
Чтобы понять, как это устроено, нужно забыть про ту модель.
На какой-то стадии, значит, своего развития человеческая цивилизация зафиксировала такие процессы, как информационные.
Когда ты стираешь или копируешь файлы, или что-то еще, то количество энергии, которая затрачивается - минимально. Оно практически равно нулю по отношению к процессам, которые благодаря этому запускаются или прекращаются, выключаются.
Короче, в неинформационном пространстве любое твое действие сопровождается переводом громадного количества энергии в это рассеивание. В энтропию. Что такое КПД? Сейчас, наверно, самое мощное КПД - ну, процентов сорок пять, допустим, для бензинового двигателя. КПД паровозного двигателя - 17, кажется, процентов. Это означает, что из 100 процентов сжигаемого угля только 17 процентов идет на работу. А все остальное просто рассеивается. Вот что такое КПД.
Люди рассеивают гораздо больше, не говоря уже про такие штуки, как ТЭЦ работает, а до домов, потому что трубы дырявые, ничего не доходит. Все это энергосбережение, то-се - ну, хоть как-то это повысить. Полезность.
Так вот, во всех реальных процессах ты платишь большую цену за то, что, во-первых, часть энергии уходит в работу, и это все равно разрушение чего-то, а еще большая часть энергии разрушается и просто рассеивается.
И вот только при информационных процессах, при любой твоей деятельности в виртуальных мирах, количество энергии, которое ты на это расходуешь, оно просто смехотворно, по сравнению с реальными процессами.
Если ты бежишь в компьютерной игре, и ты бежишь в реальном мире, это совершенно разные энергетически процессы.
И если это не в виртуальном мире, а ты работаешь, идут потоки информации, то там совсем не то количество энергии тратится. А на порядки меньшее.
Короче, преобразования в информационном пространстве, в отличие от преобразований в реальном мире, гораздо меньше энергии. Гораздо меньше разрушают. Но как оттуда вытащить какую-то энергию на обеспечение физических процессов - это совершенно непонятно.
В этом смысле, информационное пространство и информационные процессы - это просто первые зафиксированные в истории процессы, которые не сопровождаются разрушением. А до этого все процессы, которые находились в естественном физическом мире, они все сопровождаются разрушением.
Возможны ли такие энергетические системы, которые, первое, не будут разрушать, а второе, если даже будут разрушать, то энтропия не будет накапливаться и удушать - это совершенно непонятно. Существуют некоторые экзотические теории, что энергию можно добывать из вакуума, причем бесплатно. Возможно ли это? Хрен его знает. Существует представление о том, что наше представление о Вселенной, все-таки, несколько более примитивное, чем это есть на самом деле. И может быть, из этого разрыва между нашим представлением и тем, как оно есть на самом деле… - может быть, там находятся какие-то источники энергии, которые позволяют не энтропизировать окружающее пространство? Но пока все существующие сейчас процессы энергообеспеченческие человеческой цивилизации - они усиливают, усиливают, усиливают выделение энтропии как в виде парникового эффекта, таяния льдов, радиоактивных отходов, да просто мусора, который в океане плавает, и всему этому осталось… не так уж много времени, чтобы… ну, полностью поглотить цивилизацию.
А смысл вот какой:
Если ты берешь какой-нибудь объект, который существует в мире, то увеличивая его линейные размеры в 2 раза, ты увеличиваешь его объем в 8 раз, а площадь поверхности в 4 раза. На кубе, шаре это легко увидеть.
Увеличь радиус в 2 раза - объем увеличивается в два в кубе. А площадь поверхности в два в квадрате.
А здесь какая проблема? Когда ты что-то увеличиваешь, когда что-то разрастается, то каждый кубик начинает выделять энтропию.
Каждый кубик выделяет столько же энтропии, сколько предыдущий. А отводится энтропия через поверхность.
По-другому она не может отводиться из этой системы.
И соответственно, у тебя пока система маленькая, она легко отводит. У нее есть запас по отведению энтропии.
Ей нужно, например, всего четверть внешней поверхности, чтобы отводить всю энтропию.
Но когда система растет, она обязательно приходит в то состояние равновесия, когда… вот еще немножко и поверхность перестает отводить всю энтропию.
Именно по этой причине, например, волк, медведь, собака, заяц представляют из себя целую кучу существ, а не один океан Солярис. Вернее - озеро-Солярис под названием «медведь».
Ну, жили так себе бы организмы, биологические виды, таким сгустком, вместо... целой кучи особей. Т.е. особи любые живые - они не могут быть больше предельных размеров. Существуют предельные размеры, когда энтропия уже не выводится.
И то, мы рассматриваем сейчас простую модель, когда энтропия в одном кусочке, единичном кубике, не возрастает. Т.е. если система совершенствуется, то энтропия в одном единичном объеме, выделение энтропии - оно нарастает. Скорость потока перехода энергии нарастает.
Если мы рассматриваем цивилизацию, то энерговооруженность цивилизации не сопровождается тем, что увеличиваются границы государств. Есть интенсивный способ развития, есть экстенсивный. Интенсивный - это так: прибавляем и прибавляем, и прибавляем, сразу энтропия. А экстенсивный - производительность труда увеличивается, способность к производству, энерговооруженность… Это означает, что каждый кубик выделяет все больше и больше энтропии.
И, соответственно, цивилизация как единое целое, обязательно выходит на тот уровень, когда способности ее выводить из организма энтропию становится… - вот предел, вот больше нельзя.
Точнее - больше можно, но тогда это сопровождается загаживанием тотальным. Нефть, разливается по тундре, мусор по океану.
Леса в Амазонии вырубаются… Углекислый газ и всякие там фреоны в атмосферу забрасываются… Т.е. человек разрушает свою среду обитания. И в этом смысле известные нам экологические проблемы, связанные с деревьями, с нефтью, с загрязнением рек - это лишь часть, начальная часть этого процесса тотального разрушения собственной среды обитания, т.е. заболачивания ее неотводимой энтропией.
Любая растущая система живет на разнице между объемом создаваемой энтропии и возможностью ее отведения.
И обязательно существует предел. Математическая формула там просто пишется - лимит там то-то, то-то. Т.е. обязательно. При стремлении «n» к бесконечности обязательно будет предел - например, пять и четыре. N стремится к бесконечности, а в конце формулы будет стоять какая-то константа. Не знаю, в чем она там выражается. Поэтому я и говорю: 5,3 например. И все, больше нельзя.
Кстати, обрати внимание на закон Мура, там вот 5,32. Это эмпирический закон. Рост Интернета. Закон Мура открыли там… в 1987 году… что Интернет растет экспоненциально, за определенный промежуток времени удваиваясь. Так вот, там есть число 5,32, эмпирическим путем выведенное. Я не помню, что оно означает, некий коэффициент. Закон Мура, посмотри в интернет. Аналитически никто эту штуку решить не может. Возможно 5,32 - это не какая-то сложная функция, а самый обычный просто предел. Медленнее расти не может, так как очень мобильная среда, а быстрее расти не может, потому что существует некий ограничитель. Т.е физический смысл этой величины пытаются по-разному найти. А это может быть просто предел, который основан буквально на двух-трех цифрах. Чуть ли не на радиусе поверхности Земли.
Посмотри это и сделай открытие. Объясни, почему 5,32 всему миру. Ну, что? Круто.
Спасибо jey_j Инга, она перевела аудиозапись этой беседы в текст.
Кл. 24.01.09.
Клейн. Лекция №59: Диссипативные структуры, автоволна, мужской фольклор, бег к просветлению, Ахиллес, школа мышления