Что такое жизнь?

Давайте проанализируем движение настоящих часов. Это отнюдь не чисто механическое явление. Чисто механические часы не надо заводить, им не нужна пружина. Приведенные в движение, они будут работать вечно. Реальные часы без пружины остановятся после нескольких качаний маятника, их механическая энергия перейдет в тепло. Это бесконечно сложный атомистический процесс. Его общая картина, сформулированная физиком, вынуждает признать возможность обратного процесса: часы без пружины могут внезапно начать двигаться за счет тепловой энергии собственных зубчатых колес и окружающей среды. Физик скажет: часы переживают необычайно сильный приступ броуновского движения. В главе 2 мы показали, что подобное постоянно происходит с очень чувствительными крутильными весами (электрометром или гальванометром). В случае часов это, разумеется, маловероятно.

Относить ли движение часов к динамическим или статистическим событиям, подчиняющимся законам природы (выражаясь словами Планка), зависит от нашей позиции. Назвав его динамическим явлением, мы сосредоточимся на регулярном ходе, который обеспечивает сравнительно слабая пружина, преодолевающая незначительные возмущения теплового движения, каковыми в итоге можно пренебречь. Но если вспомнить, что без пружины часы постепенно остановятся за счет трения, окажется, что этот процесс надо объяснить только как статистическое явление.

Каким бы незначительным ни было влияние трения и нагрева на часы с практической точки зрения, нет сомнений, что второй подход, учитывающий их, является более фундаментальным, даже если мы имеем дело с регулярным движением часов с пружиной. Не следует считать, будто приводной механизм положил конец статистической природе процесса. Истинная физическая картина включает вероятность того, что даже регулярно идущие часы могут внезапно обратить свой ход и, работая в обратном направлении, завести собственную пружину за счет тепла окружающей среды. Это событие лишь «немного менее вероятно», чем «броуновский припадок» часов без приводного механизма.

Работа часов все-таки подчиняется статистике

Давайте проанализируем ситуацию. Рассмотренный нами «простой случай» – лишь один из многих, точнее, всех подобных феноменов, вроде бы избегающих всеобъемлющего принципа молекулярной статистики. Часовой механизм, сделанный из реальной физической материи (в отличие от воображения), не является истинным «часовым механизмом». Элемент случайности может быть снижен, вероятность того, что часы внезапно пойдут неправильно, минимальна, но она всегда остается ненулевой. Необратимое влияние трения и температуры сказывается даже на движении небесных тел. Так, приливное трение постепенно замедляет вращение Земли – и пропорционально этому замедлению Луна постепенно удаляется от планеты, чего бы не происходило, если бы Земля представляла собой совершенно жесткую вращающуюся сферу.

Тем не менее факт остается фактом: «физические часовые механизмы» проявляют признаки процесса «порядок-из-порядка», который столь взволновал физика в живом организме. Судя по всему, оба случая имеют нечто общее. Нам предстоит открыть, что именно, а также выявить удивительное различие, придающее живому организму беспрецедентную новизну.

Теорема Нернста

В каком случае физическая система – любое соединение атомов – подчиняется «динамическому закону» (в понимании Планка), или проявляет «черты часового механизма»? Квантовая теория отвечает на данный вопрос кратко: при абсолютном нуле. При приближении к абсолютному нулю молекулярный хаос перестает оказывать какое-либо влияние на физические события. Кстати, этот факт был открыт не теоретически, а путем тщательного изучения химических реакций при широком диапазоне температур и экстраполяции результатов на абсолютный нуль – достичь которого нельзя. Это знаменитая тепловая теорема Вальтера Нернста[38], которую иногда вполне заслуженно называют третьим началом термодинамики (первым является энергетический принцип, а вторым – принцип энтропии).

Квантовая теория дает рациональное объяснение эмпирическому закону Нернста, а также позволяет оценить, насколько должна приблизиться система к абсолютному нулю, чтобы проявить приблизительно «динамическое» поведение. Какая температура в каждом конкретном случае почти эквивалентна нулю?

Не думайте, будто эта температура непременно должна быть очень низкой. В действительности Нернст совершил свое открытие благодаря тому, что даже при комнатной температуре энтропия играет на удивление незначительную роль во многих химических реакциях. Позвольте напомнить, что энтропия – прямая мера молекулярного беспорядка, а именно его логарифм.

Маятниковые часы, в сущности, работают при абсолютном нуле

Что такое маятниковые часы? Для маятниковых часов комнатная температура практически эквивалентна абсолютному нулю. Вот почему они работают «динамически». Работа маятниковых часов не изменится при охлаждении (если вы удалили все следы масла!). Но они не будут работать, если нагреть их выше комнатной температуры, потому что в конце концов расплавятся.