Если система получает больше энергии, чем ей необходимо для покрытия тепловых потерь, то избыточная энергия идёт на усложнение структуры. В самом деле, Земля имеет температуру в среднем около 15 «С. Она получает энергию от Солнца, температура поверхности которого составляет примерно 6000 °С. Поток энергии от Солнца (в основном видимый свет) попадает на Землю и частично ею поглощается, а частично отражается, сбрасывается в космическое пространство в форме инфракрасного (теплового) излучения. Это, в свою очередь, возможно потому, что температура космоса составляет примерно -270 °С. То есть всё, что происходит на земном шаре, сопровождается увеличением энтропии окружающего космического пространства!
Появление высокоорганизованной материи — от одноклеточных организмов до человека — увеличивает энтропию Солнечной системы.
И в целом второй закон термодинамики для нашей части Вселенной не нарушается. Такая ситуация сохраняется уже на протяжении нескольких миллиардов лет. Если поток энергии от Солнца прекратится, остановятся все процессы на Земле, в которых из простых молекул получаются более сложные, то есть идущие с уменьшением энтропии.
Таким образом, существует направленный поток энергии: Солнце > Земля > космос, причём энергия световых квантов в видимой области спектра намного больше тепловой энергии. Именно в этих условиях возникла и существует жизнь.
В термостате, в котором нет потоков энергии, не могут возникать процессы самоорганизации вещества, не может происходить возникновение порядка из хаоса. Об этом как раз и писал И. Р. Пригожий в своей книге: «Наша Вселенная имеет плюралистический, сложный характер.
Структуры могут исчезать, но могут и возникать.
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…
Мы знаем, что в системах, далёких от равновесия, могут спонтанно возникать новые типы структур. В далёких 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 её окружением». А при чём тут живое и неживое?
Земной шар, на котором возникла жизнь (примем это положение как наиболее вероятное), — типичная открытая термодинамическая система.
Ведь он буквально купается в солнечном излучении, приносящем огромную энергию.
Благодаря этой энергии на Земле возможны процессы самоорганизации, самосборки, идущие с уменьшением энтропии.
Жизнь на Земле зародилась в сильно неравновесной среде, а возникшие организмы стали жить и эволюционировать, потребляя энергию, поступающую к ним извне, — то есть, в конечном счёте, энергию Солнца. Энергию растениям даёт солнечный свет.
Животные, и человек тут не исключение, «питаются» высококачественной энергией, которую ранее запасли растения.
Значит, и они не появились бы без солнечной энергии.
«Конечно, проблема возникновения жизни остаётся трудной, — продолжает Пригожий, — 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…
неравновесность, создаваемую для биосферы солнечной радиацией».
Выступая в Москве, в Институте истории естествознания, Пригожий так пояснил свою теорию неравновесных систем: «Как это получилось, что жизнь так устойчива? Из крокодила получается крокодил, из курицы — курица.
Речь идёт не только о наследственности, но и о стабильности. Шрёдингер думал, что эта устойчивость подобна хорошим часам, то есть имеет механическое происхождение.
Мне трудно было с этим согласиться.
Аналогия, которая пришла мне тогда в голову, связана с городом. Ведь город живёт только потому, что он есть открытая система, — если вы изолируете его, то он постепенно прекратит существование.
А взаимодействия внутри города — это то, что делает систему стабильной. В эту аналогию я верю ещё и теперь и думаю, что она представляет очень важный элемент моей теории…
Самым интересным своим результатом я считаю тот, который показывает, что в неравновесии возможно то, чего в равновесии получить нельзя. Главное возражение против физико-химической интерпретации жизни состояло в том, что такие сложные состояния огромного числа молекул невозможны по теории вероятностей.
Но, повторяю, что невероятно в равновесии, становится вероятным в неравновесии».
Именно в открытой системе, не испытывающей недостатка в притоке энергии извне, из неорганических веществ могли образоваться более упорядоченные органические молекулы (процесс идёт с уменьшением энтропии). А далее эти органические молекулы вступали в различные реакции и соединялись в полимерные цепочки.
Энтропия при этом уменьшалась ещё сильнее. (Зато возрастала энтропия океана, в котором, как полагают, и зародилась жизнь.
Но для океана это возрастание было совершенно незаметным по сравнению с небольшим количеством первых сложно устроенных молекул.) Вероятно, сборке этих примитивных полимеров в более сложные комплексы способствовали катализаторы — ими могли быть некоторые минералы и ионы металлов.
Ведь и сейчас химики используют в качестве катализаторов и минералы (например, кристаллические силикаты — цеолиты), и ионы металлов переменной валентности.
Очевидно, для возникновения жизни важны были и размеры Земли: на очень маленькой планете жизнь вряд ли могла бы возникнуть.
А если бы и возникла, то эволюция не пошла бы дальше самых примитивных форм.
Вот очень наглядный пример.