Проблема возникновения упорядоченных структур в природе

Вторая половина XIXв. была ознаменована не только интенсивным развитием классической термодинамики и статистической физики как теорий, позволяющих описывать большие (макроскопические) физические системы, находящиеся в состоянии равновесия, но и прогрессом в области биологии, выразившимся в развитии представлений об индивидуальном развитии организмов и в создании теории биологической эволюции Ч. Дарвина.

И термодинамика, и теория биологической эволюции способствовали диалектизации научной картины мира, утверждая идею непрерывного и необратимого изменения материальных систем. Но если термодинамика связывала направление эволюции физических систем с их упрощением, хаотизацией во времени, то теория Дарвина, напротив, утверждала, что в ходе исторического времени жизнь на Земле совершенствуется, то есть усложняется, становится более упорядоченной. Отдельно взятые живые организмы также усложняются на протяжении большей части своего существования. Так, многоклеточный организм человека с дифференцированными тканями и органами развивается из единственной просто устроенной клетки – зиготы.

В XIXв. это противоречие в направленности изменения упорядоченности физических и биологических систем часто объяснялось сверхъестественными причинами, в частности, наличием у живых систем души, или некой “жизненной силы”, которая позволяет этим системам не подчиняться физическим законам, противостоять второму началу термодинамики.

Но примеры самоорганизации, то есть спонтанного перехода систем из менее упорядоченного состоянеия в более упорядоченное, характерны не только для живой природы. Так, при снижении температуры воздуха в условиях высокой влажности пары воды конденсируются с образованием инея, имеющего сложную кристаллическую структуру; изменение атмосферного давления приводит воздушные массы в движение и порождает смерч; течение воды в реке сопровождается появлением водоворотов; в карстовых  пещерах растут сталактиты и сталагмиты; сложную внутреннюю структуру имеют снежная лавина, образующийся при ядерном взрыве “гриб” и т. п. Спонтанное повышение уровня упорядоченности структур материального мира не является редким, исключительным явлением, человек сталкивается с ним ежедневно.

Распространенность самоорганизации в неживой природе не позволяет рассматривать ее как нарушающее законы природы, необъяснимое или сверхъестественное событие. Но как указанные явления могут быть соотнесены с установленным термодинамикой и статистической физикой стремлением макроскопических материальных систем к максимальной хаотизации? Возможно ли раскрыть закономерности самоорганизации и научиться предсказывать самопроизвольное возникновение и развитие упорядоченных структур?