При рассмотрении и описании физических объектов широко используется понятие их иерархии. Все объекты живой и неживой природы по строению представляют собой системы, для которых характерно иерархическое соподчинение входящих в них элементов, т.е. структурных уровней организации.
Самые элементарные из них относятся к области познания физики, - электроны, протоны и другие элементарные частицы (хотя рассматривается и еще более низкий уровень организации материи – кварки). Затем идут атомные уровни, молекулярные уровни, изучением которых занимается как физика, так и химия. За молекулярным уровнем следует субмолекулярный – уровень исследования работы макромолекул, как единого целого и т.д., вплоть до уровня организмов и сообществ из них. Каждый нижележащий уровень располагается как бы в оболочке вышележащего уровня и сохраняет его особенности. Изучение каждого уровня организации живой материи должно иметь биологический смысл, т.е. должно быть направлено на изучение феномена жизни, а не просто структуры ее физико-химической организации.
Если же во главу угла ставить не уровень организации материи, а размеры объектов, то это – уже область интересов наук о мегамире (астрономии и астрофизики). То есть, в объяснении порядка физического мира можно отталкиваться:
- либо от иерархической подчиненности компонентов по функциональному признаку;
- либо рассматривая эволюцию системы по принципу «от простого к сложному».
Исследования школы нобелевского лауреата И.Р. Пригожина показали, что понятия структурной устойчивости и порядка через флуктуации применимы к системам различной природы. Биологическая упорядоченность, генерация когерентного света лазером, возникновения пространственной и временной упорядоченности в химических реакциях и гидродинамике, автоволны в различных средах, наконец, функционирование экосистем в животном мире или жизнь человеческого общества – все эти примеры являются поразительной иллюстрацией явлений самоорганизации, образования диссипативных (потенциально неустойчивых) структур. Эти структуры наряду с замечательными регуляторными свойствами проявляют необычайную гибкость и разнообразие.
Упорядочиваться и усложняться, совершать работу по уменьшению энтропии (то есть, работу против внешних сил) – этим свойством обладают самоорганизованные системы. Грубым, но наглядным примером такой системы является бытовой холодильник. С одной стороны, второе начало термодинамики утверждает, что невозможно передать энергию от более горячего тела к более холодному. Но внутри холодильника температура понижается, а снаружи – электромотор выделяет теплоту. Причины кроются в том, как устроен холодильник и по какому алгоритму он работает...
Самоорганизованной системой можно считать нашу планету Земля. Хаотический набор химических и физических процессов, происходивший миллионы лет, привел к тому, что в литосфере аккумулировалось много полезных для человека ресурсов – минерального и органического происхождения. Да и сам феномен возникновения белковой формы жизни тоже является признаком самоорганизованной системы. Таковыми являются и все биологические организмы, а также образуемые ими сообщества – экосистемы, вплоть до биосферы (глобальной экосистемы). Все эти объекты способны аккумулировать энергию и ресурсы.
Возникновение и усложнение биоорганизации происходит практически «бесплатно». Энтропия совокупности 10¹³ одноклеточных организмов почти не отличается от энтропии человека, состоящего из 10¹³ клеток. Эволюция жизни путем максимилизации убивания энтропии, за счет внешней энергии и повышения уровня структуры живого.
«Если нам действительно удастся построить всеобъемлющую физическую теорию, то со временем ее основные принципы станут доступны пониманию каждого. И тогда все мы – философы, ученые, специалисты и нет, сможем принять участие в дискуссии о том, как же так получилось, что существуем мы, и существует Вселенная. И если будет найден ответ на этот последний вопрос, нам станет понятен замысел Бога». Так Стивен Хокинг закончил свою недавно вышедшую книгу «От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени».
Точка зрения Хокинга отражает традиционные представления о конечной цели физики. В прошлом ученые неоднократно утверждали, что все великие проблемы рано или поздно будут решены и теоретической физике наступит конец. В наши дни эту веру зачастую связывают с созданием «Теории Всего Сущего» – магического сверхзакона, из которого можно будет вывести все формы физической реальности – от элементарных частиц до атомов химических элементов, галактик и черных дыр. Такая теория свела бы Вселенную к формальному тождеству – абстрактному вневременному описанию...