Человек и ноосфера - страница 26

Я думаю, что существует некоторая общая проблема, актуальная для любых уровней организации материи. Я ее называю «проблемой сборки», или, может быть, точнее, «проблемой механизмов сборки». При объединении элементов, то есть при переходе к макроуровню, происходит образование новой структуры, обладающей своими специфическими качествами.

Кое-что об этих алгоритмах сборки мы уже знаем. Один такой пример нам дает изучение движения того же вязкого газа, о чем мы только что говорили. Если мы знаем механизм соударения молекул и если газ достаточно плотный, то есть если длина свободного пробега молекул достаточно мала, то мы, в принципе, владеем алгоритмом сборки: мы можем определить температуру, плотность, давление и другие характеристики системы «движущийся газ», которые не имеют смысла для произвольной совокупности молекул. Приведенный пример относительно прост, ибо мы знаем, как получаются общие свойства системы из свойств ее элементов.

Более сложный пример, хотя тоже еще относительно простой, нам дает кристаллография. Кристаллизация вещества – это один из примеров «сборки системы». В конце прошлого века Е. С. Федоров установил так называемый закон Федорова. Ему удалось перечислить все возможные формы (286) кристаллических структур. Оказалось, что, какое бы ни было вещество, способное к кристаллизации, будь то поваренная соль или алмаз, оно может принять лишь одну из перечисленных возможных форм.

Этот пример – тоже относительно простая иллюстрация возможных алгоритмов сборки, поскольку форма равновесия кристалла является в конечном счете следствием закона минимума потенциальной энергии. Однако здесь уже есть одна принципиальная трудность. Далеко не всегда мы можем предсказать финальное состояние процесса сборки. Как и в случае механизмов бифуркационного типа, оно определяется не только внешними условиями, но и неконтролируемыми случайными флюктуациями и внешними воздействиями.

Эти и многие подобные примеры действительно просты, ибо свойства системы могут быть установлены заранее – они определяются известными законами физики и химии (с учетом случайных флюктуации, конечно).

Но такие примеры, как правило, счастливые исключения. Проблема сборки, то есть определение свойств системы на основе информации о свойствах ее элементов, не только труднейшая, но она только начинает осознаваться как одна из самых актуальных и самых универсальных проблем современной науки. Известных успехов достигли специалисты в области создания новых полимеров. Им действительно удается порой создавать искусственные материалы, обладающие заранее заданными свойствами. Однако их достижения в большей степени обязаны накопленному опыту и интуиции инженеров и химиков, нежели строгим выводам науки.

Проблемами сборки на молекулярном уровне занимается квантовая химия. Однако ее успехи пока еще очень ограниченны, и многие экспериментальные факты, нам всем известные, продолжают оставаться глубокой тайной. Так, например, мы очень много знаем о свойствах кислорода и водорода и, конечно, знаем, что их соединение – вода – будет образовывать систему, молекула которой состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Но мы совершенно беспомощны в объяснении свойств этой системы. Почему, например, плотность воды до поры до времени, как и у других веществ, растет вместе с падением температуры? Но ниже 4 градусов Цельсия она падает. В чем секрет такой аномалии? Можно ли сборку этой системы, называемую водой, полностью объяснить известными нам законами физики и химии и редуцировать изучение свойств воды к изучению атомарного уровня ее компонентов?