Синергетика биосферы

Поскольку согласно второму закону термодинамики, любые виды энергии в конечном счете переходят в тепловую, рассеиваясь в пространстве и становясь недоступными для дальнейшего использования, все термодинамические системы, включая Вселенную, должны стремиться к состоянию равновесия (тепловой смерти).

Для того, чтобы этого не произошло, чтобы могли совершаться жизненные процессы, энергия солнечного излучения должна накапливаться в экосистеме против термодинамического градиента.

Действительно, живые системы обладают способностью создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности путем образования и накопления в органическом веществе высококачественной свободной энергии химических связей за счет преобразования более низкокачественной энергии солнечного света.

Отличительной чертой накопленной организмами энергии в отличие от световой является то, что она не деградирует в тепловую и не рассеивается в пространстве, благодаря чему может быть преобразована в другие виды энергии. Таким образом, энергетические функции живого вещества находятся в несоответствии со 2-м законом термодинамики.

И действительно, несоответствие термодинамического характера явлений жизни 2-му закону термодинамики было отмечено уже давно. Так, в начале века украинский ученый С.А. Подолинский впервые указал на это, подчеркнув наличие в природе процессов, противоположных рассеянию энергии, т.е. процессов накопления и преобразования солнечной энергии, повышения уровня организации и упорядоченности различных систем.

Позднее известный физик Н.А. Умов также отмечал недостаточность двух законов термодинамики для объяснения явлений жизни и выдвинул идею третьего закона термодинамики, фиксирующего специфический характер энергетических процессов явлений жизни.

Наконец, совсем недавно, где-то в 70-х годах ХХ в. американские ученые Говард и Элизабет Одум также предложили третий закон энергии, который характеризует наличие в природе процессов, противоположных рассеянию энергии – закон накопления и преобразования различных по качеству видов энергии.

Противоречие законов эволюции органического мира в сторону его дальнейшего усложнения и возрастания упорядоченности, с одной стороны, и законов классической термодинамики, в частности, закона возрастания энтропии, - с другой, снимается, если рассматривать биосферу, в отличие от закрытых равновесных систем, применительно к которым были разработаны законы термодинамики, системой открытой, находящейся в неравновесном состоянии и обменивающейся веществом, энергией и информацией с окружающей средой (вселенной).

Обоснование совместимости второго начала термодинамики со способностью открытых систем к самоусложнению и самоорганизации – одно из крупных достижений современной физики. Данная область исследований получила название синергетики (от греч. «синергос» – совместимый, согласованно действующий). Выдающуюся роль в этом направлении исследований принадлежит американскому физику И.Р. Пригожину, который был удостоен Нобелевской премии за разработку теории открытых систем.