ОДНА
ФОРМУЛА
И
ВЕСЬ
МИР
НАУКА И ПРОГРЕСС
КНИГА
ОБ ЭНТРОПИИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ЗНАНИЕ»
МОСКВА
1982
ББК22.3
С28
Рецензенты: доктор философских наук Л. Б. Баженов, доктор физико-математических наук И. М. Я г л о м.
Седов Е. А.
С28 Одна формула и весь мир. Книга об энтропии. М.: Знание, 1982.—176 с.— (Наука и прогресс).
35 к. 70 ООО экз.
В энциклопедическом справочнике сказано. «Понятием энтропии широко пользуются в физике, химии, биологии и теории информации». Как же произошло, что понятие энтропии, введенное немецким физиком Р. Клаузиусом в термодинамику, «перекочевало» затем и в химию, и в биологию, и в теорию информации? И самое главное, почему это случилось?
Автор отвечает на эти вопросы.
Книга рассчитана на широкие круги читателей.
1704000000—010
С- 32-82 ББК 22.3
073(02)—82 53
© Издательство «Знание», 1982 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Царица мира и ее тень (Пролог) 5
Глава 1. Проникновение в сущность 13
Всеобъемлющий ум. Кто ошибался? Инкогнито. Крестный отец. Вечные двигатели. Функция состояния. Вселенная под угрозой. Пробелы в теории. Несчастливый билет 13
Погружение в микромир Энтропия и вероятность Читали ли вы Шекспира? Формула хаоса 20
Несправедливость. От Больцмана до Шеннона. Бандва-гон от науки. Движение без трения и информация без смысла. Джинн покидает бутылку. Запретите радиосвязь! 25
Глава 2. Порядок и хаос вступают в союз 39
Как выглядит энтропия? Эксперименты с буквами Странные фразы. Информация и порядок. У птенцов нет плавников. Текст из одних «А» 39
Затмения Солнца. Сердце и нервы. Классика и модернизм. Театр абсурда. Словесная удаль. Законодательницы мод. В поисках золотой середины 52
Прелесть случайностей. Спонтанная архитектура. Формула счастья. «Чтоб не заглохла нива жизни...» Подражание муравьям 65
Г лава 3. Выручай, энтропия! 73
Мой просвещенный друг. Информация и Нус. Мудрецы созерцают мир. За свободу воли! О споре, длящемся 2500 лет. Как рождались кентавры. Любовь побеждает вражду 73
Запрограммированный мир. Диалектическая спираль Наука на костылях. Бесполезные книги. Не пророк, а угадчик. В чем виноват Ньютон? Статистический фатализм 83
«Своеволие» микрочастиц. О беспричинном хаосе. И да, и нет. Серая логика мозга. Зачем понадобился шум? Право вето Энтропия спасает мозг. Шея жирафа Долой случайности. Генная инженерия 90
Г лава 4. Петух с конским хвостом 105
Бритва о двух остриях. Самая мудрая книга. Трагедия Дарвина. Исторические носы. Язык, возникший сам по себе. Книги на камне. Ожившая информация Модели движения 105
Недостающий закон. Концентратор энергии. Как дрессируют собаку. От слона к амебе. Вверх по спирали. От двух до пяти. Информация для галактик. Реанимация Вселенной 119
Операция «Даннинг». Уровень шума. Снова вехи истории. Пресловутое «вдруг». Гениальная молния. Двадцать строк из Вергилия. Гулливер у лапутян. Творец или робот? Проблема дилетантизма 140 К истокам гармонии (Эпилог) 167
Литература 171
Д. С. Конторов Проблема энтропии в современной науке (Послесловие) 172
ЦАРИЦА МИРА И ЕЕ ТЕНЬ (ПРОЛОГ)
Героиня этой книги — энтропия. Кто скрывается под этим именем? Таинственная незнакомка?
Если угодно, то да. Десятки лет с этим именем была связана некая научная тайна Австрийский ученый Людвиг Больцман первым рискнул приподнять над ней завесу. Он предложил вероятностную формулу, раскрывающую физический смысл энтропии.
Почти сто лет понятие энтропии связывалось с представлениями о разрушении, хаосе, тепловой смерти Вселенной. «Царица мира и ее тень» — так назвал свою популярную книгу об энтропии профессор Йенского университета Феликс Ауэрбах. Во всей научно-популярной литературе вряд ли найдется книга, название которой было бы в такой же мере поэтичным и грустным.
Царица мира — это энергия. Тень ее — энтропия. Щедрая, могущественная царица одаряет мир силой и бодростью, а тень ее следует за ней неотступно, предвещая не только царице, но и всему осчастливленному ею миру пусть не очень скорую, но неминуемую смерть.
Образ энтропии как тени энергии вполне соответствовал тем представлениям, которые утвердились в науке и считались общепризнанными вплоть до последних лет. Но вот появились на свет кибернетика и теория информации, и образ тени царицы мира перестал соответствовать духу новых научных идей.
Теперь понятие энтропии связывают не только с хаотичным движением молекул нагретого газа — оно включает в себя еще и мутации генов, рождающие новые биологические виды, и ведущийся методом проб и ошибок творческий поиск, и шумовые сигналы, специально подмешиваемые в эвристические (от известного восклицания «Эврика!») программы электронных машин. Если эти процессы лишить содержащейся в них энтропии, они не породят ничего неожиданного, нового. Этот вывод можно распространить на весь окружающий мир.
Непредсказуемостью, энтропийностью обладает в известной мере любой творческий процесс. Именно поэтому физик Нильс Бор считал оригинальные научные взгляды «сумасшедшими идеями», а поэт Афанасий Фет называл яркие художественные детали и образы «безумной прихотью певца».
Регулярно вспыхивающие в последние десятилетия диспуты о «модерне» и классике в музыке или в живописи, о театре абсурда, о «спонтанности» в архитектуре (например, в «Литературной газете» от 8 января 1975 года) — это тоже споры о том, какой долей энтропии должны обладать произведения разных жанров искусства, чтобы, с одной стороны, не превратиться в хаотическое нагромождение красок, форм или звуков, а с другой — отличаться от всего ранее созданного непредсказуемостью, то есть новизной.
Нет, энтропия — это не тень царицы, энтропия — это прекрасная молодая принцесса. Своей вечной и неизбывной молодостью мир обязан именно ей.
Неужели ученые столько лет заблуждались? Нет. Энтропия и в самом деле выражает хаос, и если бы мир достиг состояния с наибольшим значением энтропии, его действительно постигла бы тепловая смерть.
Но это лишь одна сторона явления. Как смерть является необходимым условием обновления жизни, так и наличие энтропии, с одной стороны, угрожает всеобщей тепловой смертью, а с другой — служит источником зарождения нового, будоражит и стимулирует жизнь.
Если бы силой волшебства удалось избавить царицу от ее тени, мир избежал бы тепловой смерти, но его тут же настигла бы другая беда — он превратился бы в машину, обреченную на вечное повторение одних и тех же движений, и каждый день жизни был бы точным повторением предыдущего дня. Если это еще не смерть, то во всяком случае старость, настолько дряхлая, что жизнь превращается в машинальное повторение одних и тех же движений, и ничего нового уже не может происходить.
От такой незавидной участи спасает нас энтропия, та самая, избыток которой грозит будто бы тепловой смертью. В этом и заключается ее двуединая сущность, столь же диалектически противоречивая, как и весь окружающий мир.
Эволюции взглядов на энтропию и посвящена эта книга с печальным началом, но зато с полным светлого,жизнеутверждающего оптимизма концом. Она поможет понять, чем обусловлены и новый подход к самой энтропии и новые «энтропийные» взгляды на весь окружающий мир.
Энтропия — не единственная героиня книги. Другая героиня ее — беспокойная, ищущая, созидающая и проникающая в тайны природы человеческая мысль.
Со времен древности и до нынешних дней мысль людей неустанно бьется над разгадкой главной тайны природы — над вопросом о том, почему так гармоничен окружающий мир. Откуда взялись крылья у птицы и плавники у рыбы, кто подарил оленю быстрые ноги, а тигру — острые зубы, кто заставил Землю вращаться вокруг себя и одновременно вокруг Солнца, чтобы ночи сменялись днями, а после зимы наступала весна? И наконец, откуда взялось на свете ни с чем не сравнимое по своей сложности и совершенству устройство — мозг человека, породивший вот эту самую не знающую покоя пытливую и созидательную человеческую мысль?
Оказывается, ответы на эти вопросы так или иначе связаны с современной трактовкой понятия энтропии, возникшей благодаря теории информации.
Информация — это третья героиня книги, с которой читателю предстоит часто встречаться на ее страницах.
До создания теории информации в понятие «информация» никто не пытался вкладывать строгий научный смысл. Слово «информация» толковалось как простое осведомление о чем-либо. Факты, новости, сведения, полученные путем общения, чтения или наблюдения и все подобное этому объединялись в одном слове «информация» практически во всех толковых словарях и энциклопедических справочниках. Такое определение информации казалось вполне исчерпывающим как для науки, так и для повседневной практики до тех пор, пока не возникла необходимость в количественном измерении всех этих новостей, сведений, знаний с помощью специально введенных для этой цели единиц (бит).
