В работе [1] был введен и обоснован закон иерархической эволюции. Это название для него дал Л.А. Блюменфельд в [2]. Аналогичное название сопровождает его в [3]. Развитие и пояснения к нему содержатся в [4] - [7]. Напомню его существо.



Общепринято с глубокой древности утверждать, что возникновение и эволюция жизни вплоть до человека и его разума отражают рост упорядоченности, то есть уменьшение энтропии. Однако такое противоречит второму началу термодинамики (о втором начале термодинамики см. статью на этом сайте и [4]). Об это противоречие разбиваются все попытки свести возникновение и эволюцию жизни и разума к законам физики и химии.

Идея иерархичности по отношению к живым системам кажется естественной и встречается у многих авторов. Однако прямо или косвенно при этом жизнь и разум рассматриваются как гигантская флуктуация, направленная против второго начала термодинамики, а иерархичность управляется второстепенными признаками. Даже продвинутая иерархическая идея гиперциклов М. Эйгена предполагает первично заданную флуктуацию против роста энтропии (подробнее см. [4]).

Этот порочный круг разрывает введение в [1], [4] - [7] информации как физической переменной - действие-энтропия-информация. Пояснения к этому термину см. статьи на этом сайте "О термине действие-энтропия-информация" и "Некорректность негэнтропийного принципа Л. Бриллюэна", а также [1], [4] - [7].

Итог для наглядности проиллюстрирован здесь схемой на рис. 1.

Введеный в [1] иерархический ряд для энтропии (действия-энтропии-информации) конкретно совмещает обязательность роста энтропии с кажущимся ростом упорядоченность при возникновении и эволюции жизни и разума. Для замкнутости изложения повторю о нём из [1], [4] - [7].

Развитие в природе в виде иерархического роста действия-энтропии-информации описывает ряд:

,

где индексы, отделённые вертикальной чертой обозначают условия, наложенные на энтропию итогами предыдущих ступене й иерархии (свойствами элементов, возникших на этих ступенях).

В составе этого ряда

,

где первый член справа есть мера генетической энтропии-информации, на основе которой второй член отражает количество энтропии-информации, синтезированной за счёт процессов самоорганизации типа Пригожина и Хакена. Их результат зависит от свойств элементов системы, заданных генетической информацией.

Составляющие энтропии в (2) отличаются временами релаксации. Генетическая энтропия-информация относится к долгоживущей части системы. Самоорганизация на её основе (второй член в правой части (2)) происходит в результате процессов, которые быстрые по отношению к генетической информации.

Первый член ряда (1) есть энтропия-информация, принятая за начало отсчета для данной постановки задачи. Каждый последующий член этого ряда включает в себя генетическую составляющую действия-энтропии-информации при новых признаках и условиях по отношению к предыдущим.

Формирование ряда (1) происходит путём роста энтропии (действия-информации).

Энтропия при возникновении и эволюции жизни и разума в полном соответствии со вторым началом термодинамики только растёт. Но этот рост происходит с иерархическим участием изменения признаков, относительно которых определяется энтропия.

Переход по ступеням иерархии при росте энтропии-информации происходит по схеме рис. 2 на основе принципа максимума производства энтропии (максимума способности к превращениям) [4] - [7], сформулированного относительно адиабатических инвариантов для ступеней иерархии.

В биологической терминологии этому соответствует изменение первого члена справа в (2), то есть генетической информации. Существование адиабатического инварианта для иерархических ступеней синтеза информации совместимо с неадиабатическими процессами с участием энтропии-информации, ответственной за самоорганизацию (второй член в правой части (2)).

Например, существование постоянной Больцмана не противоречит возможности неадиабатического расширения газа.




Информация (действие-энтропия) первична в природе. В этом она сохраняет человеческий смысл "проекта". Но "проект" не предзадан "с целью" (как делает инженер). Он является самопроизвольно синтезированной вновь информацией со свойствами правого столбца на рис. 1. В этом устойчивость является синонимом запоминания при синтезе информации как физической переменной (подробнее о синтезе информации см. [1], [4] - [7]).

Экстремумы энтропии-информации и её производства, материализующие запоминание при синтезе информации, очень острые. Это известно ещё из работ Л. Больцмана. Но человек есть один из биологических видов жизни, то есть сам является элементом в одном из таких экстремумов. Поэтому для него наблюдаем разброс вблизи экстремальной точки.

Для самих членов ряда (1) генетическая информация в их составе обязательно убывает с ростом номеров членов. Причина в известном соотношение для энтропии, которое для генетической составляющей действия-энтропии-информации будет иметь вид:



- энтропия при дополнительных условиях меньше, чем до наложения этих условий (где знак равенства отвечает равновероятному случайному изменению условий, а потому неинтересен).



В результате ступенчатая иерархия развития, отображаемая иерархией адиабатических инвариантов систем (рис. 2), сопровождается экспоненциальным уменьшением "высоты" ступеней (рис. 3).

Наблюдаемые человеком преимущественно последние ступени этой иерархии, к одной из которых он принадлежит. В них диапазон изменения энтропии-информации мал. Поэтому, находясь внутри своей ступени иерархии (последней, самой малой по высоте) человек воспринимает малость роста энтропии в пределах этой ступени иерархии как кажущийся рост порядка (уменьшение суммарной энтропии). С "близкого расстояния" он аналогично воспринимает и соседние ступени.

Отсюда прочное убеждение человека, что жизнь и существование его самого есть результат уменьшения энтропии. Это кажущийся эффект - суммарная энтропия только растёт.

Ряд (1) и условие (3) исчерпывающе устраняют главный парадокс при попытках физико-химического описания жизни. Возникновение и эволюция жизни являются результатом роста энтропии.

Флуктуации, направленные к уменьшению энтропии для этого не нужны. Однако падение внутри ступени иерархии количества генетической информации по мере роста её номера создаёт иллюзию роста порядка (уменьшения суммарной энтропии, чего не происходит).

Естественно, что в живых системах существуют процессы, при которых извне подводится энергия. В них энтропия может уменьшаться обычными в термодинамике частными способами. Такие исключения только подчёркивают правило о самопроизвольности роста энтропии. Количественно соотношение изменений энтропии при синтезе информации и в результате энергетических воздействий, как впервые введено в [4], [7] определяется критериями устойчивости в комплексной плоскости.

Этим "вечная" проблема совместимости жизни и разума со вторым началом термодинамики исчерпывающе устранена.

Общепринятый способ проверки новой теории состоит в формулировке её следствий, допускающих экспериментальную проверку. Одно из таких предсказаний было сделано сразу же в [1], а потом повторено в [4] - количество генетической информации, ответственной за существование бактерий, должно быть больше, чем количество информации, отличающей друг от друга далеко продвинутые таксономические градации жизни. В качестве одного из подтверждающих это примеров в [1], [4] был использован факт, на который биологи и генетики не обратили внимание.

Многим кажется очевидным, что изменчивость бактерий выше, чем организмов, на которых они паразитируют. Однако это общепринятое заблуждение. Опровергает его сам факт продолжения эволюции жизни на уровнях намного более высоких, чем бактерии. Ведь если бы изменчивость бактерий была выше изменчивости старших градаций жизни, то болезни давно прервали бы эволюцию жизни, уничтожив виды, более сложные, чем бактерии.

Огромные количества генетической информации, отличающие бактерии (как ширина их ступени иерархии), ограничивают их изменчивость. Поэтому у старших таксономических градаций возникает возможность за счёт своей большей изменчивости и отбора вырабатывать устойчивость против болезней. Ведь возбудители их более консервативны, чем организмы-хозяева.

Сам факт существования и возможности дальнейшей эволюции жизни на уровнях более старших, чем бактерии, доказывает убывание генетической составляющей в составе членов иерархического ряда роста энтропии (1) по мере роста их номеров (убывание высоты ступеней иерархии).

Однако найдутся те, кто скажет, что это косвенное подтверждение закона иерархической эволюции как роста энтропии. Для них отмечу, что уже после выхода работ [1], [4] прямое количественное подтверждение закона иерархической эволюции дала уникальная по объёму и значению экспериментальная работа наших дней, в результате которой был полностью расшифрован геном человека [8], [9].

Это подтверждение в одном из её результатов, вызвавшем наибольшее удивление и сенсацию - оказалось, что у человека более трети генов сходны с бактериальными. Но ведь именно это предсказал и объяснил закон иерархического роста энтропии [1], [4] - [7] в процессе возникновения и эволюции жизни!

На высшем уровне современной науки состоялось экспериментальное, количественное подтверждение этого закона путём проверки его предсказания - количество генетической информации, ответственной за морфологические признаки и метаболизм конкретных видов жизни, падает по мере эволюции жизни, то есть по мере продолжения ряда (1).

Работы [1], [4] - [7] известны далеко не всем генетикам. Поэтому факт, предсказанный и объяснённый задолго до экспериментов [8], [9] (закономерный на основе изложенного выше см. рис. 3), вызвал их удивление и сенсацию.

В заключение подчеркну, что закон иерархической эволюции как роста энтропии глобальный - он управляет всей "неживой" эволюцией Вселенной [7] от не понятого пока момента её возникновения и "элементарных частиц" до жизни и человека. Он также является основным принципом работы нервных систем животных и мозга человека, что позволяет разуму человека познавать окружающую его природу [4].

Он на единой основе объясняет и разум человека, и работу его памяти [6].


Литература

1. Хазен А.М. Происхождение и эволюция жизни и разума с точки зрения синтеза информации // Биофизика. Т. 37. N1. С. 105-122. 1992.
2. Блюменфельд Л.А. Рецензия // Биофизика. Т. 47. N2. 2002. (См. также в "Содержании" перепечатку её на этом сайте).
3. Моросанов И.С. Эволюционная концепция теории систем // Системные исследования. Ежегодник. 1998. Часть I. С. 32-43. М.: Эдиториал УРСС. 1999.
4. Хазен А.М. Разум природы и разум человека. М. Изд. НТЦ Университетский. 2000.
5. Хазен А.М. Принцип максимума производства энтропии и движущая сила прогрессивной эволюции // Биофизика. Т. 38. N3. С. 531-551. 1993.
6. Хазен А.М. Первые принципы работы мозга, гарантирующие познаваемость природы // Сб. Теоретическая биология. N12. М. 2001.
7. Хазен А.М. Введение меры информации в аксиоматическую базу механики. М. Изд. ПАИМС. 1996. (Второе дополненное издание. Изд. РАУБ. 1998).
8. Nature. Т. 409. Полный N6822. С. 880-953. 2001.
9. Science. Т. 291. Полный N5507. С. 1177-1351. 2001.