Принцип самоорганизации

Принцип самоорганизации

Для того чтобы понять, что ремонт – естественный способ покончить с одноразовым использованием вещей, мы должны убедиться, что этот принцип не изобретен человеком, а с незапамятных времен заложен природой. Восстановительные процессы известны уже в неживой природе, но только среди живых организмов они разворачиваются в полную силу. За ними стоят свойства самоорганизации и самоисцеления, без которых жизнь не могла бы возникнуть и просуществовать даже секунду.

Конечно, естественный принцип восстановления нельзя так просто взять и перенести на мир вещей: холодильник, ремонтирующий сам себя, как только он перестает морозить, по-прежнему является утопией. Еще забавнее представить, что содержимое холодильника можно было бы «восстановить»: почти выпит пакет молока, пуста банка джема, сыр съеден – короткое сообщение об ошибке, и полки снова заполнены едой. В таком мире никогда не возникло бы проблем с ломающимися кофеварками или стиральными машинами, перестающими отжимать белье.

То, что звучит для нас как абсурд, в природе оказывается естественным процессом: поврежденные системы восстанавливаются. Вспомните хотя бы такой яркий пример, как заживление ран: мы восстанавливаем себя сами, у нас включается процесс самозаживления. Это принцип самоорганизации, встречающийся прежде всего в неорганическом мире.

Горные кристаллы – замечательные однородные тела – растут, потому что составляющие их атомы самоорганизуются по законам физики. Сначала атомы беспорядочно плавают в маточном растворе, о котором писал Томас Манн в романе «Волшебная гора». Они ищут свои места в трех измерениях пространства, пока не найдут идеальное. Кристалл растет «правильно», только если составляющие его секстиллионы атомов занимают правильную позицию.

И тут возникает вероятность ошибки, случающейся из-за неправильного соединения атомов и молекул. Отдельные атомы пристыковываются на неверном расстоянии, «встают» в некорректном положении. В маточном растворе мог находиться неправильный атом или молекула с призывом: «Помогите, я не туда приземлился!» В большинстве случаев такая ошибка будет исправлена. Иначе не существовало бы прекрасного горного хрусталя, состоящего из числа атомов 10 в 23-й степени. Да, да, вы не ошиблись, читая «единица с двадцатью тремя нулями». Эту цифру нереально представить.

«Ремонт неисправностей» работает на основе самоорганизации. Так как в природе все происходит по принципу минимизации энергии, кристалл определяет, что для отдельных атомов существуют энергетически выгодные позиции, и «ставит» их именно на эти позиции.

Минимизация энергии – это высший естественный принцип: так, если я брошу апельсины в ящик и потрясу его, то фрукты плотно улягутся на свои места. Это мы наблюдаем на овощном рынке. Оптимальный способ упаковки достигается тем, что после тряски энергетически неблагоприятные позиции смещаются, и плоды занимают упорядоченное положение. Аналогично в растворе из-за теплового движения частиц «трясет» и растущий кристалл, который, однако, «запоминает» выгодные позиции. Кристаллы возникли на Земле около 3,8 миллиарда лет назад, став первой упорядоченной структурой планеты и первым шагом к развитию жизни. Таким образом, атомное конструирование – физический принцип, а кристаллы – «шаблон», на поверхности которого зародилась жизнь.

Будучи студентом инженерного факультета, я проходил практику в компании Siemens, где выращивал кристаллы кремния. Передо мной стояла задача физическим методом запустить природные процессы, чтобы удалить весь «мусор» – ненужные, неправильные атомы, еще присутствующие в кристаллах. Смысл такого процесса, называемого очисткой методом зонной плавки, заключался в том, чтобы исправлять ошибки при выращивании и в результате получать чистые кристаллы кремния. Полупроводниковая электроника, элементы солнечной батареи, кристаллы транзистора и другая техника – все работает только потому, что в процессе производства удаляют «грязные» атомы, а затем добавляют посторонние, но нужные.

Принцип энергетической минимизации и самоорганизации применяется и для подгонки определенных свойств материалов. Вспомним легирование[6] полупроводниковых кристаллов, сделавшее возможным создание всей полупроводниковой электроники.

Важно, что природа делает ошибки, которые, однако, сама частично исправляет.

Поскольку всякая неживая материя использует принцип «ремонта» дефекта, такое развитие свойственно всем веществам на нашей планете. Без функции самовосстановления не смогла бы образоваться Земля, а в отсутствие принципа минимизации энергии, самоорганизации и восстановления после ледникового периода не возникло бы человечество.