Читання Пригожина

Читання Пригожина
Новий союз Пригожина
Проблема знань
Діалектика і теорія знань
Тупик теорії пізнання та матеріалістичні рішення проблеми
Роздуми про науку

ПРИГОГІН ІЛЯ

Ілля Пригожин є заслуженим професором на факультеті наук Вільного університету в Брюсселі, де він очолював хіміко-фізичний факультет II з 1951 по 1987 рік. З 1959 року він також відповідає за Міжнародні інститути фізики та хімії, засновані Ернестом Солвеєм, а також з 1967 р. директор Центру статистичної механіки та термодинаміки Техаського університету (перейменований в Центр Пригожина в 1977 р.) в Остіні. Він є автором великої кількості повідомлень та кількох монографій з питань термодинаміки та статистичної механіки, що стосуються як рівноважних, так і нерівноважних станів. Він також публікує твори філософського та гносеологічного характеру, натхненні його науковою роботою і призначені для широкої громадськості: La Nouvelle Alliance (1979) та Entre le temps et éternité (1988), написані у співпраці з I. Stengers, Les Lois du chaos (1994).

Він отримав Нобелівську премію з хімії в 1977 році за внесок у термодинаміку незворотних процесів і особливо в теорію дисипативних структур. .

I. Принципи термодинаміки

Незворотність є дуже загальною характеристикою еволюційних явищ, що спостерігаються в нашому масштабі.

1) Перший принцип термодинаміки Таким чином, можна сказати:

За заданих початкових умов система еволюціонує незворотно, коли прагне до єдиного кінцевого стану, завжди однакового, незалежно від початкового стану. . Отже, у цьому випадку існує привілейований напрямок еволюції, який неможливо змінити без дії агента, зовнішнього щодо системи.

A характерний приклад надається явище теплопровідності: якщо ми ставимо тіло з високою температурою в контакт з більш холодним тілом, тепло буде спонтанно переходити від гарячого тіла до холодного. Цей процес триває до остаточного стану, що відповідає рівності температури. Самовільне проходження тепла від холодного тіла до гарячого тіла неможливе.

Біологічне старіння надає нам ще одну дуже відчутну ілюстрацію незворотності, пов’язану тут з хімічними реакціями метаболізму.

Загалом, саме існування незворотних явищ дає змогу зафіксувати напрямок об’єктивного потоку часу.

2) Незворотність в термодинаміці, наслідок другого принципу

Другий принцип термодинаміки кодує незворотність. Він сформульований як баланс варіації функції стану системи, що називається ентропією, яку зазвичай називають буквою S. Варіація d S ентропії під час перетворення системи завжди може бути розкладена на дві частини: варіація S внаслідок обміну енергією та речовиною між системою та зовнішнім світом, і варіація di S через створення або зникнення ентропії в системі:

Другий принцип термодинаміки сформульований нерівністю:

Знак рівності відповідає оборотним перетворенням. Тому у всіх випадках незворотні перетворення вносять позитивний внесок у збільшення ентропії. Тому ентропія може зростати в системі лише в результаті незворотних перетворень, що відбуваються там . В ізольованій системі (з S = 0) зростання ентропії не припиняється, поки система не досягне теплової рівноваги. Отже, ентропія є справжнім "показником незворотності".

Другий принцип термодинаміки, виражений нерівністю Карно-Клаузіуса. тим самим підтверджує це найбільш вірогідним станом еволюції для будь-якого ізольованого середовища є невпорядкований стан рівноваги (максимум ентропії).

Ця властивість часто використовувалася на користь нібито несумісності законів еволюції матерії із законами біологічного порядку, що регулює зовнішній вигляд життя.

II. Теза Прогогіна: відкриття дисипативних структур

Саме вивчення живих систем привело дослідників із брюссельської школи, яку очолював Ілля Пригожин, до цього відкриття: біологічні структури - це специфічні стани Росії небалансовий ; вони потребують постійного розсіювання енергії та речовини, звідси і їх назва дисипативні структури.

" це є, пише Пригожин, по черзінестабільність що з'явилося життя. Це фізико-хімічна структура системи та обмеження що навколишнє середовище нав'язує йому, що визначає поріг нестабільність системи. І шанс вирішує, який саме коливання буде посилено після того, як система досягне цього порогу і до якої структури, до якого типу операції вона рухається серед усіх, що стали можливими через обмеження, накладені навколишнім середовищем. "

Поступово наше розуміння статусу другого принципу термодинаміки змінюється. В ізольованих системах цей принцип був приєднаний до ідеї деградації; для живих систем, навпаки, цей принцип робить можливим процеси самоструктурування.

Термін "дисипативна структура" був створений в 1969 році Іллею Пригогіним, щоб підкреслити важливість результатів, яких він та його співробітники в брюссельській школі щойно досягли: далеко від термодинамічної рівноваги, тобто в системах, що перетинаються потоками речовини та енергії, у цих системах можуть відбуватися спонтанні процеси структурування та організації, які стають місцем дисипативних структур.

Асоціація між термінами структура та дисипація, очевидно парадоксальна, оскільки структура слова викликає порядок, тоді як слово дисипація викликає марнотратство, розлад, деградацію, ознаменувало несподіваний характер відкриття; другий принцип термодинаміки, який стосується дисипативних процесів, що виробляють ентропію, зазвичай асоціювався з єдиною ідеєю незворотного розвитку системи до стану рівноваги, ідентифікованого як стан максимального безладу, де вся корисна енергія система деградувала.

Класична термодинаміка виступала проти порядку і безладу. Макроскопічний впорядкований стан був рідкісним станом, що досягався невеликою кількістю мікроскопічних конфігурацій всередині системи; наприклад, газ, молекули якого рухаються в одному напрямку. Безладний стан досягається переважною більшістю мікроскопічних конфігурацій; це, наприклад, стан, коли в середньому стільки молекул рухається в будь-якому напрямку. Закони класичної термодинаміки стосуються цих "невпорядкованих" станів, тому їх необхідність є лише статистичною. Система постійно коливається навколо середніх значень, визначених цими законами. Але потреба не менш абсолютна: другий принцип термодинаміки засуджує до регресії та зникнення будь-які коливання, що виводять систему із стану рівноваги. Розлад стабільний.

Однак відкриття дисипативних структур означає, що незворотність, далека від рівноваги, може зіграти конструктивну роль і стати джерелом порядку:

Далеко від рівноваги безлад більше не обов'язково стабільний. Нова інтерпретація звертається до основного механізму втручання коливань. Коливання, замість регресії, можуть посилюватися, і тоді система приймає новий режим роботи, який більше не є результатом взаємної компенсації молекулярних подій, а становить справжній макроскопічний порядок, що виникає із натовпу цих подій.

Це призводить до зміни гілки або біфуркації до нового стабільного стану, який може бути більш структурованим, ніж попередній, який став нестабільним і, отже, усунутим. Порушення ззовні можуть мати той самий ефект. Сформовані таким чином динамічні структури по суті не ізолюються від накладених зовнішніх обмежень, що визначає фундаментальну відмінність від кристалів, які є статичними структурами, отже, рівноваги.

Оскільки динамічні структури вимагають постійного розсіювання енергії та речовини, Пригожин дав їм ім'я дисипативні структури.

Перший приклад, який особливо називає своєю простотою, - це клітинна самоорганізація Х. Бенара під час появи вільної конвекції в горизонтальному шарі рідини, нагрітої знизу. Поява конвекційних комірок відбувається з критичного порогу, тобто теплового градієнта, і, отже, досить інтенсивної активності, що виробляє ентропію.

Але це в галузі хімії що «конструктивна роль» незворотних процесів проявляється з найбільшим розмаїттям: «хімічний годинник» з періодичною поведінкою в часі, просторова структурування, просторово-часові хімічні «хвилі». Хімічні дисипативні структури відповідають двом умовам: відхиленню від рівноваги та існуванню відносин міжкаталізу, що призводить до нелінійного характеру кінетичного опису.

Слід зазначити, що ці умови надзвичайно задовольняються будь-якою живою системою. Актуальність термодинамічного підходу була перевірена, зокрема, щодо гліколізу та інших метаболічних режимів, що характеризуються визначеною періодичністю часу.

Однак відкриття дисипативних структур має значення, яке виходить за рамки самої фізики. Зокрема, це можна розглядати як закінчення низки помилкових проблем і парадоксів, які впродовж трьох століть поширювалися стосовно проблеми організації та набуття природи. (І.Прігожин та І.Стенгерс, Альянс Ла-Нувель, Галлімард, Париж, 1979).

III. Порядок життя

З часу винаходу великих фізичних теорій про поведінку матерії, організація, зокрема організація живої матерії, створює проблеми для тих, хто прагне скласти послідовний науковий опис природи . Яке місце, власне, слід відводити у світі інертних мас у взаємодії, з давніми, але наполегливими знаннями, що описують процеси злагодженого розвитку, прогресивної диференціації тканин, гармонійного та остаточного функціонування різних частин живого тіла? Довгий час конфліктні терміни, механіка та біологія, були надто різними, щоб запропонувати точне і конкретне рішення. Бог-будівельник машин або життєва сила - це пояснення занадто масивне, щоб бути чимось іншим, крім знака ефективної загадки.

Але ситуація змінилася протягом XIX e століття: термодинаміка, наука вже не про механічні рухи, а про фізико-хімічні перетворення, виявилася здатною говорити про природу з точки зору незворотних процесів та еволюцій . Однак, роблячи це, вона перетворила загадку на парадокс! Тому що його відповідь на питання природного становлення виражається у розсіюванні енергії, забутті початкових умов, еволюції до безладу. Саме цей сильний контраст між еволюцією, який, здається, нав'язує другий принцип термодинаміки, і типовою еволюцією живих систем (як і суспільства) все ще формує контекст, в якому обговорювались перші результати біології.

Неймовірний порядок живих істот відповідно до рівноважної термодинаміки .

Очевидно, узгодженість встановлена, оскільки порядок тоді буде кристалічним: це буде структура білків, їхні стереоспецифічні властивості асоціації, які визначатимуть не тільки будівництво багатомолекулярних будівель, а й активність та загальну регуляцію метаболізму. Саме вони на короткий час затримують фатальну еволюцію до смерті та рівноваги. Вони перекладають у диво макроскопічної організації, яку вони створюють, послідовність вибраних статистичних чудес, з яких вони випливають. Саме в міру того, як ДНК бере на себе відповідальність за життєвий порядок, кібернетичні метафори можуть посилити фізичну аналогію кристала, відновлюючи, таким чином, сучасним способом старе рішення тварини-машини. З природним відбором у ролі конструктора. Ми запам’ятаємо всі метафори, пов’язані з генетичною програмою, з розвитком як «одкровенням» або вираженням інформації, а нещодавно і з «генетичною оболонкою», яка містить різні продукти навчальної програми. різні часові послідовності, де вони можуть бути виражені.

Передбачуваний порядок живих далеко від рівноваги .

Для Іллі Пригожина жива система - це відкрита система, яка постійно обмінюється речовиною та енергією зі своїм оточенням. . Це місце в'їзду та виїзду, будівництва та постійного руйнування його компонентів. Кожна жива система підтримує себе в постійному припливі та відтоці; він не знає, поки він живий, хімічної та термодинамічної рівноваги. Можна навіть сказати, що життя черпає свою енергію з дисбалансу, створеного метаболізмом. Коли живі організми знаходяться в рівновазі з навколишнім середовищем або коли їх внутрішній стан зливається із зовнішнім, вони мертві. Дисбаланс творчий; така система поза рівновагою пов'язана з дисипативними рухами, які іноді мають властивість створювати організовані структури. Більшість біологічних видів діяльності функціонує в умовах, далеких від рівноваги.

Ця самоорганізація не є відповіддю на питання про походження життя, але дає відтворювані умови, які роблять нечудотворним можливість історії, подібної до тієї, яка повинна була вести від хімії до живого., для Пригожина спокусливо припустити, що походження життя пов’язане з послідовною нестабільністю.

Загальні властивості самоорганізації, далекі від рівноваги, і, зокрема, колективна узгодженість, що стихійно виникає у невпорядкованій популяції в рівновазі, біфуркації, коли коливання стають можливими для трансформації режиму глобальної активності системи, та чутливість системи ( той факт, що незначні фактори рівноваги можуть відігравати визначальну роль у можливостях структурування системи, далекої від рівноваги) викликав відгомін у найрізноманітніших сферах. Починаючи з 1980-х рр. Велика кількість міждисциплінарних центрів, посилаючись на нелінійну динаміку або складність, взялися розробляти ці концепції в галузях економіки, екології, соціальних наук тощо.