CCF20090303101

206 Uzupełnienie 3

biologia molekularna zaczęła się rozwijać bardzo szybko,' ale zarazem stała się niemal ideologią.

vm

Chciałbym tutaj dodać kilka słów na temat jeszcze jednego niedawnego wydarzenia, które miało wielkie znaczenie dla problemu ewolucji życia: chodzi o rozwój termodynamiki systemów otwartych dalekich od stanu równowagi.

„Termodynamika” to słowo oznaczające przepływ ciepła i sił odpowiedzialnych za ten proces. Jak wszyscy wiedzą, ciepło przepływa od cieplejszego ciała lub obszaru do chłodniejszego i ruch ten zdąża do stanu równowagi, w którym przepływ ciepła zanika. Termodynamika jako nauka próbuje wszystko to opisać, a udane wyjaśnienie redukcjonistyczne i materiał i styczne zostało sformułowane w ramach pewnej gałęzi mechaniki molekularnej, zwanej mechaniką statystyczną.

Pierwsze dwa prawa termodynamiki to prawo zachowania energii oraz prawo stwierdzające, że entropia może tylko wzrastać. Wyrażone w kategoriach Boltzmannowskiej interpretacji entropii jako nieładu molekularnego, drugie prawo termodynamiki głosi, że nieład molekularnego systemu zamkniętego może tylko wzrastać, aż osiągnie swe maksimum - stan całkowitego nieporządku.

To prawo wzrostu nieuporządkowania, interpretowane jako zasada kosmiczna, sprawiło, że ewolucja życia stała się niezrozumiała, a nawet paradoksalna. Ewolucja życia bowiem wykazuje ogólną tendencję w kierunku przeciwnym, oddala się bowiem od Boltzmannowskiego nieładu.

Od dawna podejrzewano, że rozwiązanie tego pozornego paradoksu łączy się z faktem, iż każdy żywy system, a nawet cała Ziemia wraz z rozwijającą się na niej florą i fauną, stanowi system otwarty.

Drugie prawo termodynamiki (i jego Boltzmannowska interpretacja) oczywiście nie obowiązuje dla systemów otwartych i wydawało się, że daje to możliwość dokonania jakiegoś postępu naukowego.

Taki spektakularny postęp właśnie się dokonał. Nie mogę opowiedzieć całej tej historii, ale chciałbym tu wspomnieć

0    najważniejszych wynikach, jakie uzyskał głównie Ilya Pri-gogine¹. Zgodnie z tymi wynikami systemy otwarte w stanie odległym od równowagi nie wykazują tendencji do wzrostu nieuporządkowania, nawet jeżeli wytwarzają one entropię. Mogą one jednak eksportować tę entropię na zewnątrz, do swego środowiska, a także są w stanie raczej podnosić wewnętrzne uporządkowanie na wyższy poziom aniżeli je obniżać. Mogą rozwijać własności strukturalne, a poprzez to osiągać coś wręcz przeciwnego do stanu równowagi, w którym nic interesującego nie może się stać.

Najprostszym przykładem jest czajnik z wodą o temperaturze wrzenia na gorącej blasze. Jest to system otwarty w tym sensie, że dużo energii dopływa do czajnika od spodu i wiele odpływa po bokach i od góry.

Wewnątrz tego systemu powstają duże różnice temperatur, a zatem powstaje zjawisko wręcz przeciwne do tego, jakie powstawałoby w przypadku systemu zamkniętego. Różnice temperatur powodują przepływ ciepła oraz szybkie prądy wodne, a gdy woda zaczyna się gotować, możemy nawet zaobserwować widzialne struktury materialne charakterystyczne dla tego procesu: pęcherzyki pary wodnej. Pęcherzyki pary wodnej nie są oczywiście sobie równe, ale istnieje coś w rodzaju ich przeciętnego rozmiaru: jest to typowy efekt probabilistyczny lub statystyczny (takie skłonności zależą od całości sytuacji - temperatury gorącej blachy, rozmiaru

1    kształtu czajnika, przepływu temperatury...). Zachodzi ponadto podział wody na dwa stany - wodę płynną i parę wodną; jest oczywiście problemem probabilistycznym, czy dana grupa molekuł przyjmie jeden stan czy inny w następnej jednostce czasu: mamy tu do czynienia (jak w całej termodynamice) ze zdarzeniami probabilistycznymi, z niedetermi-nistycznymi częściami fizyki.

Prigogine rozwija tę właśnie część fizyki w sposób teoretyczny i eksperymentalny i jest już rzeczą jasną, że systemy otwarte w stanie odległym od równowagi mogą wytwarzać struktury nowe, a nie tylko dążyć do stanu równowagi, maksymalizacji entropii i zanikania struktury: to znaczy zja-

1

ilya Prigogine, Front Being to Becoming: Time and Complexily in the Physical Sciences, San Francisco 1980, zwłaszcza ss. 88-89.