Самоорганизация усиливает рост энтропии?

Пять мифов о развитии и энтропии. Миф пятый.
 
     Где больше энтропии: в джунглях смутных, за солнца луч идёт там вечный бой?
     Нет, в солнцем залитых краях верблюдных, сверкающих от счастья быть собой.


      Прохлада лесов, сохраняясь в любую жару, свидетельствует о полноте переработки солнечной энергии в зёрнах хлорофилла – лишь часть её деградирует до теплового уровня, тогда как в пустыне на нагрев  уходит почти всё. М. Никитин пишет: «Биосфера в целом эксплуатирует энергию Солнца, т. е. градиент температуры между Солнцем и холодным космосом; этот градиент используется путем поглощения солнечного света в ходе фотосинтеза и излучения тепла в космос с поверхности планеты. На космических снимках хорошо видно, что богатые жизнью области планеты – леса и прибрежные воды – темнее, чем остальная суша или океан». (Михаил Никитин. Происхождение жизни. От туманности до клетки. // М. 2018 // ours-nature.ru/lib/b/book/2929307426/45). То есть при равном притоке энергии излучение тепла в космос жизнью меньше, чем безжизненными областями.
     Это прямо противоречит часто звучащему утверждению, якобы следующему из теории диссипативных структур И. Пригожина, что возникшая в некоторой среде самоорганизация увеличивает производство в ней энтропии. Следует, правда, оговориться, что лес диссипирует (рассеивает) энергию не только в виде тепла. Она выбрасывается в окружающую среду также с парами воды, кислородом, увядшими листьями, засохшими сучьями и т.д. Но, не достигнув предельного, теплового уровня дезорганизации, энергия, выброшенная лесом, как ненужная, пригодна для использования другими формами жизни. Почти вся энергия, используемая биосферой и человечеством, рождается в зёрнах хлорофилла и постепенно деградирует в организмах простейших, травоядных, хищников, на каждом этапе частично превращаясь в тепло.
     Хотя второе начало термодинамики запрещает самопроизвольное убывание энтропии, скорость её роста определяется только законом Пригожина, утверждающим, что она быстро достигает некоторого предельного значения, после чего, в зависимости от условий, либо перестаёт расти, либо растёт медленно. Река может образовать водопад, срывающийся с обрыва, быстро превращая потенциальную энергию в тепловую форму. А может спускаться плавно, орошая землю и поддерживая жизнь на ней. Или вырабатывать электрическую энергию в турбинах ГЭС. В этих случаях сокращён первый этап, описанный Пригожиным, и увеличен второй. Такое экономное расходование энергии, как правило, выгоднее для систем, часто неспособных переварить её слишком быстро.
     Самоорганизация вовлекает в свою орбиту дополнительную энергию, что, действительно, увеличивает рост энтропии. Но лишь  на этапе образования неизбежен её выброс в среду в большом объёме. Возникающая при этом система, то есть некоторое единство связанных между собой элементов, уменьшает число доступных для этих элементов состояний, а это ограничивает рост энтропии. Можно говорить об инфраструктуре развития, включающей стабильные элементы, соединяющие их связи, а также границы, отделяющие системы от среды и друг от друга. (В заметках об общей теории эволюции систем http://proza.ru/2020/06/17/58 и др. границы я отношу к пассивным связям в отличие от активных – взаимодействий элементов). Инфраструктура не только замедляет рост энтропии, но и ускоряет восходящее развитие систем.
     Особенно явно замедляется рост энтропии при возникновении границ. Если демон Максвелла, сортирующий частицы, производит энтропии больше, чем уничтожает, то простая перегородка после постройки почти не требует никаких затрат, то есть не  увеличивает энтропию. Однако, сокращая количество возможных состояний для каждого элемента, она фиксирует число микросостояний всей системы, т.е. снижает предел роста энтропии. "Обмануть" второе начало термодинамики нельзя, но дальнейший рост энтропии будет минимальным. Небольшая система, отгородившись от большой, слабо влияет на общую энтропию, но предел роста своей внутренней может снизить на порядки.
     Для неживой среды перегородки не характерны. Элементарные частицы отделяются от среды энергетическим барьером, охраняющим их как от экспорта, так и от импорта энергии. Космические тела гравитация защищает лишь от экспорта. Некоторые вещества, например, вода, образуют поверхностные плёнки, также снижающие переток энергии, а следовательно и рост энтропии. Но в большинстве случаев энергия сравнительно свободно растекается по среде.
     Там же, где появляется жизнь, перегородки видны повсеместно: не только организмы защищены кожей, панцирями, корой, но и клетки, и органеллы в них окружены защитными мембранами. Всё живое при этом старается использовать внешнюю защиту: дупла, норы, пещеры и т.п. А те, кто умеет, и человек больше всех, строят сами. Стены и заборы разделяют хозяйства, пограничные сооружения защищают государства.
     В сознании границы образуются понятиями. Объекты внешнего мира, порой даже особо не разделённые между собой (как, например, цвета радуги), человек разделяет, классифицирует и изучает, строя в личном и общественном сознании более или менее адекватные модели. Переход от образов к понятиям снижает расход энергии на мышление и позволяет достигать большей  глубины понимания.

Вывод: самоорганизация вовлекает в процесс своего развития дополнительный объём энергии, однако, благодаря меньшей скорости её деградации производство энтропии может как увеличиться, так и уменьшиться.
Ред.21.10.2125

Назад - http://www.proza.ru/2018/09/30/1982
Начало (Пять мифов о развитии и энтропии. Введение) -http://www.proza.ru/2018/09/30/1948