Як з’явилася складність. Епізод 3 з 5

Всесвіт, як єдине ціле, еволюціонує в напрямку зростання ентропії, або невпорядкованості, тенденції, яку фізики називають другим законом термодинаміки.
Цей рух до дезорганізації може змусити вас вважати, що організовані структури, на кшталт, скажімо, живих істот, ніколи б спонтанно не з’явилися.
Насправді, ентропія може знизитися в певній частині всесвіту.
Ви можете обміняти зменшення ентропії в одному місці, наприклад, замерзання води в холодильнику, на рівне, або більше зростання ентропії в іншому місці, наприклад, нагрівання задньої поверхні холодильника.
Впорядкованість зростає тут, але лише за рахунок зменшення впорядкованості там.
Ми все ще можемо запитати: чому у всесвіті виникають складні структури, якщо загальна тенденція пов’язана з тенденцією зростання невпорядкованості?
Секрет полягає в тому, що порядок і складність - це дуже різні поняття.
Ентропія показує кількість комбінацій розташування частинок в малому масштабі, коли вони мають ті ж самі властивості на більших масштабах.
Як от температура 37 градусів за Цельсієм, коричневе волосся, здібність до гри у футбол тощо.
Є багато різних способів.
Складність, з іншого боку, є мірою того, наскільки важко описати набір великомасштабних властивостей.
Прості системи легко описувати, тоді як складні системи вимагають набагато більше інформації.
Візьміть, наприклад, склянку, заповнену наполовину кавою і наполовину молоком.
Все починається зі стану з відносно низькою ентропією.
Ви можете поміняти місцями молекули кави одна з одною, або молекули молока між собою і це не викличе суттєвих змін.
Але, якщо ви поміняєте місцями молекули кави з молекулами молока, то це вже будуть помітні зміни.
Початкова конфігурація проста - молоко вгорі, кава внизу.
І як тільки молоко та кава починають змішуватися, ентропія починає зростати.
І там, де вони змішані разом, заміна окремих молекул кави на окремі молекули молока більше не викликає значних змін.
Але система також стає складнішою.
Щоб описати те, що ви бачите, ви повинні точно вказати, які саме завитки молока і кави закрутилися вихорами один в одного.
Ентропія продовжує зростати аж допоки молоко і кава повністю не змішаються один з одним.
Тож, заміна будь-яких молекул кави на будь-які молекули молока більше не призводитиме до жодних змін.
Це стан рівноваги, в якому існує величезна кількість варіантів розташувань молекул.
І ці варіанти, фактично, нічим не відрізнятимуться.
Але така максимально розмішана рівновага знову проста, адже це всього лиш однорідна суміш кави і молока, і в ній не існує більше фрактальних вихорів різних речовин.
Цей загальний принцип підтверджується знову і знову.
В той час, як ентропія зростає, складність спочатку зростає, а потім зменшується.
Складність може бути цілком природним кроком на шляху до збільшення ентропії.
Найкращим прикладом є сам всесвіт.
Ранній всесвіт був надзвичайно однорідним і мав дуже велику густину.
Цей низько ентропійний стан був до того ж екстремально простим.
В далекому майбутньому всесвіт знову стане однорідним, але при цьому дуже розсіяним.
Це висока ентропія і такий стан знову екстремально простий.
В наш час, коли ентропія має деяке середнє значення, об’єкти можуть бути складними.
Зірки і галактики, мінеральні жили в каменях і химерно закручені хмари, амінокислоти і білки, люди і коти - усе це існує в захопливій і дивовижно красивій стадії змішування кави з молоком.
Але, як і у випадку з кавою і молоком, в далекому майбутньому складність знову буде зменшуватися.
І складні системи, на кшталт нас, будуть зрештою спрощені настільки, що не зможуть більше існувати.