Что такое жизнь?

Что является отличительной особенностью жизни? Когда материю называют живой? Когда она «что-то делает» – движется, обменивается веществом с окружающей средой и т. д., причем на протяжении значительно большего периода времени, чем при сходных обстоятельствах можно было бы ожидать от неживой материи. Если неживую систему изолировать или поместить в однородную среду, в большинстве случаев любое движение быстро прекратится в результате различных видов трения. Разницы электрических или химических потенциалов выровняются, вещества, склонные формировать химические соединения, сформируют их, а температура станет одинаковой из-за переноса тепла. После этого вся система превратится в мертвый, инертный комок материи. Будет достигнуто постоянное состояние, в котором не происходит наблюдаемых событий. Физик назовет это термодинамическим равновесием, или состоянием с максимальной энтропией.

На практике подобное состояние обычно устанавливается стремительно. В теории это зачастую еще не абсолютное равновесие, не истинный максимум энтропии. Однако финальное приближение к равновесию происходит очень медленно. На это могут уйти часы, годы, века… Приведу пример, в котором равновесие достигается достаточно быстро: если стакан с чистой водой и стакан с подсахаренной водой поставить вместе в герметично закрытый сосуд с постоянной температурой, вначале кажется, будто ничего не происходит и достигнуто полное равновесие. Однако через день-другой станет заметно, что чистая вода, обладающая бо́льшим давлением пара, постепенно испаряется и конденсируется на сахарном растворе, в результате чего второй стакан переполняется. Лишь когда чистая вода полностью испарится, сахар достигнет своей цели – равномерно распределится по доступной воде.

Это медленное приближение к окончательному равновесию нельзя принять за жизнь, и потому мы не будем рассматривать его. Я упомянул это, чтобы меня не обвинили в неточности.

Она питается отрицательной энтропией

Уклонение от быстрого скатывания в инертное состояние «равновесия» делает организм столь загадочным, что с древнейших времен человеческая мысль приписывала ему – а в некоторых местах по сей день приписывает – некую особую нефизическую или сверхъестественную силу (vis viva[35], энтелехия).

Каким образом живой организм избегает упадка? Очевидный ответ: при помощи еды, питья, дыхания и (в случае растений) ассимиляции – или метаболизма. Это греческое слово (μεταβάλλειν) означает изменение или обмен. Обмен чем? Без сомнения, изначально подразумевался обмен материей. (Так, по-немецки «метаболизм» называют Stoffwechsel [36].) Абсурдно считать «обмен материей» основополагающим. Любой атом азота, кислорода, серы и т. п. ничем не отличается от других. К чему ими меняться? В прошлом наше любопытство на время приглушили, сообщив, что мы питаемся энергией. В какой-то очень развитой стране (то ли в Германии, то ли в США, а может, и там и там) в ресторанах в меню, помимо цены, указывают энергетическую ценность каждого блюда. Излишне говорить, что в буквальном смысле это тоже абсурд. Энергоемкость взрослого организма столь же постоянна, как и его материальный состав. А поскольку каждая калория стоит столько же, сколько любая другая калория, непонятно, зачем ими меняться.

Что же такое ценное содержится в пище, которая позволяет нам выжить? На этот вопрос легко ответить. Каждый процесс или событие – назовите как хотите, – все, что происходит в природе, означает повышение энтропии той части света, где это происходит. Так, живой организм непрерывно повышает свою энтропию – или, можно сказать, производит положительную энтропию, – тем самым стремясь к опасному состоянию максимальной энтропии, то есть смерти. Чтобы держаться подальше от этого состояния – то есть жить, – организму необходимо постоянно черпать из окружающей среды отрицательную энтропию, которая, как мы сейчас поймем, в действительности является положительной. Организм питается отрицательной энтропией. Или, если выражаться яснее, важная особенность метаболизма заключается в том, что организму удается избавиться от всей той энтропии, какую он производит в ходе своей жизнедеятельности.

Что такое энтропия?