Новая наука о жизни

Значение этого закона в популярных изложениях часто преувеличивается; в частности, термин «энтропия» употребляется как синоним «беспорядка». Тогда возрастание сложности организации, происходящее в процессе эволюции и развития живых организмов, оказывается противоречащим принципу возрастания энтропии. Это затруднение возникает из-за непони­мания границ применения науки термодинамики. Во-первых, он применим только к закрытым системам, тогда как живые организмы — это открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией. Во-вторых, он имеет дело только с внутрен­ними отношениями между теплом и другими формами энергии: он применим к энергетическим факторам, которые влияют на химические и биологические струк­туры, но не объясняет возникновения этих структур. И в-третьих, техническое определение энтропии слабо связано с каким-либо нетехническим понятием беспо­рядка; в частности, оно не имеет отношения к порядку того типа, который существует в химических и биоло­гических системах. Согласно третьему закону термоди­намики, при абсолютном нуле температуры энтропии всех чистых твердых кристаллических веществ равны нулю. С термодинамической точки зрения они совер­шенно упорядочены, поскольку в этом случае нет бес­порядка, обусловленного тепловым возбуждением. Но все они упорядочены одинаково: нет различия в эн­тропии между простым кристаллом соли и кристаллом чрезвычайно сложной органической макромолекулы, такой как гемоглобин. Это означает, что большая струк­турная сложность последней не может быть измерена с помощью энтропии.

Контраст между порядком в смысле химической или биологической структуры и термодинамическим порядком вследствие неравных температур и т. д. в большой системе, состоящей из бесчисленных ато­мов и молекул, можно проиллюстрировать на примере процесса кристаллизации. Если раствор соли в сосуде поместить в охлаждаемый объем, то при охлаждении раствора соль кристаллизуется. Вначале составляющие его ионы равномерно распределены в растворе, но, ког­да происходит кристаллизация, они упорядочиваются в кристаллах, и сами кристаллы также упорядочивают­ся, образуя макроскопические симметричные струк­туры. С морфологической точки зрения произошло значительное увеличение порядка; но с точки зрения термодинамики имеет место уменьшение порядка, возрастание энтропии, вследствие выравнивания тем­пературы в системе (раствор и его окружение) и высво­бождения тепла в процессе кристаллизации, что при­водит к увеличению теплового возбуждения молекул растворителя.