(по материалам книги сына Э.Кейси, 2001 г.)
Ж. О новых версиях иерархии в молекулах неживой материи.
Этот парадокс впервые был сформулирован С.Левинталем в 1968 году и заключается в следующем: как, почему, каким путем за 15 секунд белковая полимерная цепь находит нужный способ укладки среди гигантского числа всех мысленно возможных. Как это происходит – одна из наиболее интригующих проблем в физике. Аналогом такого непонимания в биологии является «Кошмар Дженкинса»: как это кролик в клетке, всего-навсего ест траву и – умнеет!..
Возникновение порядка из хаоса характерно и для химии, биологии, экологии и даже социальной жизни. Это оказалось настолько важно, что возникла специальная область науки – синергетика, исследующая сложные взаимосвязи усиливающих друг друга процессов, приводящих к смене эволюционного развития системы скачкообразным изменением ее важнейших свойств и качеств. Илья Пригожин одним из первых предположил, что возникновение жизни шло по этому пути.
Если рассматривать живую природу с самых общих позиций, то можно увидеть, что она устроена иерархическим образом. Биоорганический мир – это системы с существенно иерархической организацией на всех уровнях – молекулярном, субклеточном, клеточном и видовом. Но, кстати, как это ни удивительно, иерархии возникают и в физических системах, не имеющих прямого отношения к биологическим – в спиновых стеклах, кластерах, наночастицах, больших молекулах – это всё "неупорядоченные" сложные системы.
Например, в спиновых стеклах, когда берется трехкомпонентный состав АBC, в котором пара АB представляет собой ферромагнетик, а пара BС, – антиферромагнетик. В ферромагнетике спины (элементарные магнитные моменты) стремятся "выстроиться" параллельно друг другу, а в антиферромагнетике – антипараллельно друг другу. Если взять такую трехкомпонентную смесь и из расплавленного состояния резко заморозить до очень низких температур, получается спиновое стекло. В его структуре складывается нечто вроде "стоп-кадра" – как будто атомам А, В и С, которые совершали беспорядочные движения в расплавленном состоянии, сказали "замри!" В этом "застывшем" состоянии магнитные моменты хорошо чувствуют окружение и каждый из них стремиться сориентироваться так, чтобы ему было "поудобнее". Но как это сделать? Ведь в различных парах порядок «понимается» по-разному, в одних – параллельно, а в других антипараллельно. Так создается очень знакомая всем ситуация, когда все "хотят порядка", но мешают многочисленные "конфликты интересов".
Оказывается, что в такой ситуации система начинает упорядочиваться нестандартным для физики способом – в системе появляются большие группы спинов, своеобразные спиновые кластеры, в которых устанавливается пусть несовершенный, но общий для всех "порядок", а в рамках этого общего порядка каждый спин "делает, что хочет". Затем, в каждом таком кластере появляются меньшие, но более упорядоченные спиновые кластеры. Теперь поведение спина подчинено требованиям двух "властных" уровней – он должен учитывать интересы большого кластера спинов и интересы меньшего кластера, которые, кстати, могут быть различными. Наконец, в малых кластерах образуются меньшие кластеры еще более упорядоченной фазы, и так далее. Возникает иерархия вложенных друг в друга кластеров упорядоченной фазы спинового стекла. По всей видимости, у сложных систем нет другого способа оптимизировать свое состояние и поведение, похоже, что иерархия – единственный способ "примирить" сложность и случайность. Однако понять этот феномен оказалось неожиданно трудно, потому что, как выяснилось, иерархию нельзя "вывести" из имеющихся фундаментальных физических теорий.