UVERTURA

 

Entropijski zakon govori o odnosu med redom in neredom. Splošno veljavne definicije reda pravzaprav ni. Pojem reda se namreč vedno tiče odnosov med deli celotnega sistema, notranja ureditev sistema pa nas vedno lahko preseneti s kako novostjo: pomislimo le na neverjetno domišljijo narave v evoluciji živih organizmov!

V fiziki ali v kemiji se red določa z verjetnostjo, da se bodo atomi slučajno znašli v dani konstelaciji. Čim bolj urejen je sistem, tem manjša je verjetnost, da bo do dane ureditve prišlo kar tako slučajno. V biologiji pa ta definicija pravzaprav ni več uporabna, saj v kompleksnih nelinearnih sistemih o slučajnosti ne moremo več govoriti: že na nivoju metabolizma je molekularni svet ves prepleten s povratnimi samoregulacijskimi zvezami, da o informacijskih procesih v celicah niti ne govorimo … Zaradi omenjenih težav skušajo nekateri biologi red prijeti z druge strani: tolmačijo ga s funkcionalnim (teleološkim) pristopom ali pa ga celo vzporejajo evolucijski stopnji. Vendar to spet lahko postane spolzek teren.

Ne glede na znanstvene interpretacije, svoji človeški naravi ne moremo ubežati. Notranji odnos med redom in neredom je ljudi že od nekdaj zelo zanimal, radostil ali mučil. Vsi bi radi živeli, notranja urejenost živega in zdravega organizma pa je po mnenju vseh večja kot urejenost bolnega ali mrtvega. Človeška stališča do entropije so zato vedno imela še kako močno metafizično ozadje. Na formulacijo entropijskega zakona je imela močan vpliv človeška izkušnja (condition humaine) v času, ko je ta zakon nastajal – ne da bi raziskovalci to posebej hoteli.

V obdobju klasične Newtonove mehanike, ki je trajalo nekako do konca 18. stoletja, so naravoslovci verjeli v ureditev vesolja, ki jo vzpostavlja božje počelo. Po tej predstavi je izvor reda zunaj narave in se ga zato ne da raziskovati z znanstvenimi metodami. Svet, ki ga vodijo zakoni Newtonove mehanike, je približek nebes: iz astronomskih podatkov lahko izračunaš lege planetov za poljuben trenutek preteklosti ali prihodnosti. Čas nima privilegirane smeri, opazovani dogodki bi si lahko sledili tudi v obratnem vrstnem redu. Preteklost je torej enakovredna sedanjosti ali prihodnosti, zato svet stalno ostaja na božanski stopnji urejenosti.

Tedaj ta statični odnos do reda ni cvetel samo v mehaniki, temveč je bil del celotnega ozračja tiste dobe. Vodilni aristokratski sloj tistega časa je rad verjel videzu božjega reda na Zemlji. Izstopiti iz svojega časa, da spoznaš njegove omejitve, pa je v kateremkoli obdobju nekaj najtežjega.

Ta čas se je končal s francosko meščansko revolucijo. Napoleonske vojne so vso Evropo pretresle z novimi idejami in z množico nedolžnih, ki so morali umreti zanje. Stare vrednote so se hitro rušile, zato znanstveniki, katerih moč je v novem družbenem redu rasla skupaj z rastočo proizvodnjo in koncentracijo kapitala, niso več verjeli v idilično urejenost sveta. Zdaj je bilo važno zmagati v vse hujši medsebojni konkurenci podjetnikov. Revolucijski humanistični ideali so bili vse bolj ukana bogatih in slepilo revnih; v resnici je preostala le volja po moči. Ta rastoči ego zahodne civilizacije pa je bil navznoter prazen, kar se je po svoje odražalo v izrazitem pesimizmu romantičnih umetnikov.

Devetnajsto stoletje je bilo torej obdobje propadanja starih vrednot. In ko so se iz njih že vsepovsod norčevali, je iz akademskih krogov udarila v svet novica, da ima spoznanje o večanju nereda najglobljo znanstveno osnovo! Tedaj se je namreč rodil entropijski zakon.

Glede njegovega nastanka moramo biti natančnejši. Pomen entropijskega zakona je v evropsko zavest prihajal nekaj desetletij (na sredi devetnajstega stoletja). Na začetku niso vedeli, da ima ta zakon kakšnokoli zvezo z redom oziroma neredom. Prvo formulacijo so podali inženirji in se je nanašala na izkoristek parnih strojev. Potem so ta zakon uzrli še v številnih drugih naravnih pojavih, od dogorevanja cigarete do mešanja vode z vinom. Ko so malo pozneje to stvar poprijeli še teoretiki na tedaj razvijajočem se področju statistične mehanike, pa so začeli govoriti o redu in neredu, oziroma o tem, da se nered v naravi spontano povečuje, medtem ko se red ne more.

Seveda je v času, ko je znanost ravno zasedla najvišji prestol, entropijski zakon našel sila ugodna tla tla tako med strokovnjaki kot tudi med laiki; prikradel se je v filozofijo in na vsa ostala področja človeške dejavnosti. V taki atmosferi se je kar pozabilo, kako je ta zakon nastal. Res je, opazovali so ga v številnih naravnih pojavih in ga za veliko najpreprostejših, idealiziranih primerov tudi teoretično razložili. Nikoli pa ga niso posplošili. Niso ga iskali v živem svetu, temveč le v svetu mrtve materije – to je v sila preprostih materialnih strukturah in po možnosti ne predaleč od termodinamskega ravnovesja. Za stik z živim svetom fizika tistega časa preprosto še ni imela orodja, niti v načinu razmišljanja niti glede eksperimentalnih možnosti.

Tako je bilo dopuščeno, da je iz entropijskega zakona nastala dogma. Ustvarili pa je pravzaprav niso znanstveniki sami. Ne, Ludwig Boltzmann (glavni učenec našega Jožefa Stefana) je po desetletjih neuspešnih poskusov, da bi entropijski zakon tudi teoretično dokazal s pomočjo ergodijskega teorema in ostalih prijemov statistične mehanike, nazadnje obupal in si končal življenje v tedaj našem Devinu pri Trstu. Desetletje pozneje je le malo severneje v rovih pod Krnom umrlo milijon vojakov na soški fronti. Res, dogmo so ustvarili tisti, ki so intuitivno čutili njeno metafizično osnovo, ujeto v določen čas: v entropijski zakon se je prikradel strah pred smrtjo, s katerim tista doba žal ni razčistila.

Če so bila stoletja pred francosko revolucijo obdobje statičnih struktur in če je bila doba, ki je sledila, zaznamovana z razpadanjem teh prvotnih struktur, pa smo zdaj prišli do točke, ko ni več ničesar, kar bi še lahko razpadalo v starem smislu. Kje naj bi bil potem novi izvir urejenosti? Meščanska kultura je sicer ustvarila nove strukture, toda njihovi temelji se kažejo vse bolj trhli. Stare resnice in miti se skrivajo v nenehno nove preobleke. Volja po poenoteni moči se veže na vedno nove ideologije in totalitarne strukture. Prikriti občudovalec nacizma Heidegger je prišel do niča, ne pa skozi nič v nekaj novega. Zdaj se modernizem in postmodernizem že desetletja vrtita v istem krogu ter lovita drug drugega za rep. Vse bolj obupani nad možnostjo odrešitve v stiku z lepoto tega sveta, smo zdaj iznašli še drugi, virtualni svet. A tisti resnični svet, ki ni samo navidezen, je vse bolj utrujen od virtualnih čarovnij.

Na tem mestu se seveda ne bomo podajali v analizo sodobnih problemov; omenil bi le, da je prav tista znanost, ki je toliko pripomogla k vzponu sodobne družbe, vanjo vnesla tudi svojo lastno nemoč: s svojim dognanim jezikom, ki se je nenehno oplajal pri matematiki, je v ljudeh vzbudila vero v neko monolitno opisljivo razlago sveta. V resnici pa metode posameznih znanstvenih strok odpovedo, čim se izsledki teh strok začno medsebojno povezovati v novo celoto, ki naj bi bila okvir našemu življenju. Neka nova vsepovezujoča (holistična) znanost je zdaj šele v prvem nastajanju. Klasična znanost je vedno obravnavala le en del, iztrgan iz celote, potem pa je (ne preveč uspešno) skušala te dele sestaviti nazaj v celoto. Tradicionalni znanstvenik, ki se je s svojim razumom postavljal nad naravo (delitev sveta na duh in materijo), je seveda zaman hrepenel po izvorni prebuditvi v resničnost celote.

V tem kontekstu je treba razumeti tudi pretekli in sedanji pogled na entropijski zakon: bomo vzdržali kot glasniki šele zdaj razumljenega sporočila, ki ga šepetajo valujoča polja našega časa?

 

DRAMSKA SCENA

 

Če človekovo potovanje skozi novejšo zgodovino pogledamo skozi prizmo enega od osnovnih znanstvenih konceptov tega časa, namreč entropije, se nam ta pot razkrije kot drama v treh dejanjih. Prvi dve dejanji sta že odigrani, tretje pa še ni povsem spisano. Torej od nas zavisi, kakšen bo končni iztek: drama se lahko konča z nerazumnim samožrtvovanjem glavnega igralca (to pa je človeštvo), ali pa se ljudem posreči še pravočasno najti novo in boljšo obliko življenja na tej naši ljubljeni Zemlji. Zapišimo po vrsti ta tri dejanja.

 

1. Klasično védenje o entropiji: entropijski zakon

Francoski inženir Sadi Carnot je leta 1824 opisal idejne temelje tega, iz česar je četrt stoletja kasneje (torej v letu Prešernove smrti) nastala prva formalna verzija slovečega drugega zakona termodinamike oziroma entropijskega zakona. Pri opazovanju parnih strojev, glavnih nosilcev industrijske revolucije tistega časa, je odkril, da se le en del toplotne energije iz parnega kotla lahko pretvori v mehansko energijo stroja. Preostanek predstavlja odpadno toploto, ki se sicer lahko uporabi za ogrevanje naših bivališč, ne more pa se pretvoriti v kako drugo koristno obliko energije.

Potem so v drugi polovici devetnajstega stoletja številni pomembni fiziki (Clausius, Kelvin, Maxwell, Boltzmann in drugi) formulirali klasično teorijo o entropiji, v kateri igra osrednjo vlogo entropijski zakon. Ta zakon se lahko izrazi v različnih oblikah, ki pa so si fizikalno ekvivalentne (kar se da tudi dokazati). Naj jih nekaj navedem.

  • Vsak toplotni stroj (npr. parni stroj) mora uporabljati dvoje: vir toplote in ponor toplote, ki sta si na različnih temperaturah. Najvišji možni energijski izkoristek stroja je proporcionalen tej temperaturni razliki. Nemogoče je napraviti tak toplotni stroj, ki bi delal pri eni sami temperaturi. Ne moremo potegniti toplote kar iz naravnega okolja (npr. iz zraka ali iz morja) in je pretvoriti v električno ali mehansko energijo. Taka sanjska naprava, ki jo strokovno imenujejo perpetuum mobile druge vrste ali včasih tudi Maxwellov demon, bi zanesljivo na najbolj eleganten način rešila vse naše energetske probleme, vendar – po kriterijih klasične znanosti, zgoščenih v entropijskem zakonu, je kaj takega žal nemogoče.
  • V naravi obstajajo številni pojavi, ki potekajo le v povsem določeni časovni smeri, nikakor pa ne v nasprotni smeri časa. Imenujejo se ireverzibilni procesi (časovno neobrnljivi pojavi). Nekaj znanih primerov: vroča in mrzla voda se spontano premešata, zaman pa bi čakali, da se bo mlačna voda sama od sebe razmešala na vročo in mrzlo. Podobno velja za mešanje črnila in vode. Toplota lahko spontano teče s toplega mesta proti hladnemu, a nikoli obratno – tudi prevajanje toplote je torej primer ireverzibilnega procesa. Poskakujoča žoga se zaradi trenja vse bolj ustavlja, sama od sebe pa gotovo ne bo poskakovala vedno više. Cigareta dogori in cvet nepovratno ovene … Entropija se lahko definira kot stopnja ireverzibilnosti. Med ireverzibilnimi procesi se celotna entropija zaključenega fizikalnega sistema veča. Manjšati se ne more.
  • Vsak fizikalni sistem iz velikega števila atomov je moč opisati z določeno stopnjo notranjega reda (tega pa lahko označimo z negativno entropijo). Ta red je večji, če so razlike  (npr. razlike v temperaturi) med posameznimi deli sistema večje. Boltzmannova statistična mehanika uči, da so bolj neurejena stanja matematično veliko bolj verjetna od urejenih in zato red spontano teži k neredu. Nasprotno je skrajno neverjetno, da bi iz začetnega kaosa spontano zrasel nek red. Primer: v zraku, ki je v glavnem mešanica kisika in dušika, so molekule teh dveh plinov kaotično premešane. Urejenost molekul je majhna, ker za naključno izbrano molekulo ne vemo, ali je kisikova ali dušikova. Če bi bile na začetku molekule urejeno razporejene (vse kisikove molekule na eni strani sobe, vse dušikove pa na drugi strani), bi se zaradi difuzije med sabo spontano zamešale. Zaman pa bi pričakovali, da bi se zrak v sobi spontano razmešal na kisik in dušik. Ko bodo čez milijarde let vsi deli vesolja nepovratno dosegli isto ravnovesno temperaturo, naj bi naše celotno vesolje umrlo enropijske smrti.

 

Klasična termodinamika torej napoveduje zelo mračen scenarij. Zaloge reda v vesolju so vsekakor omejene, še bolj pa to velja za našo malo Zemljo. Kadar se v nekem območju vesolja aktivnost poveča, gre to na račun notranjega reda v tistem območju, in ko se ta red nazadnje izčrpa, pa gre aktivnost že na račun notranjega reda v sosednjih območjih vesolja.

Biološka živa bitja (virusi, enoceličarji, rastline, živali, ljudje) so odprti sistemi. To pomeni, da so ta bitja tekom svoje biološke evolucije odkrila domiselne načine za večanje svojega notranjega reda na račun reda iz okolja. Če življenje vseh živih bitij na Zemlji postane preveč aktivno, se red celega planeta utegne hitro izčrpati in niti dobrodejni pritok reda s Sonca (v obliki urejene, nizkoentropijske energije sončnega sevanja) ga morda ne bi več mogel sproti nadomeščati. Pritok negativne enropije s Sonca je namreč omejen. Sodobna ekonomija pa noče priznati meja naši potrošnji …

To so preprosta znanstvena dejstva, a razume se jih lahko na razne načine. Če smo natančni, morajo ta dejstva nositi globok pomen – in tega sporočila se ne da prebaviti kar takole mimogrede. Dalj kot stoletje se ljudje res niso pretirano vznemirjali zaradi skritih implikacij drugega zakona. Zdelo se je, da nas ta zakon ogroža samo načelno, v vsakdanji praksi pa ne. Naša Zemlja je vendar tako velika in njena bogastva se ne morejo kar tako izčrpati! Na njej je še toliko neodkritih dežel, toliko slutenj še neodkritih zakladov in toliko novih priložnosti! Sanjska doba tehnologije … Nova čuda, kot so elektrika, samohodna vozila (avtomobili), prenos sporočil na veliko daljavo (telefon, radio, televizija), misleči stroji (računalniki) itd., so prihajala na plan znova in znova. Zdelo se je, da človeška ustvarjalnost res nima meja.

Celo sam drugi zakon se je pokazal za izjemno koristnega. Danes ga jemljejo kot enega od dveh osnovnih zakonov narave (drugi je zakon o ohranitvi energije). Na teh dveh mogočnih opornikih stoji vsa prefinjena in lepa zgradba modernih naravoslovnih znanosti. Entropijski zakon je zelo močno orodje v nepregledni vrsti praktičnih problemov in izračunov. Uporabljajo ga tako rekoč na vseh področjih, od optimizacije energijskih pretvornikov do določanja deležev nečistoč v kristalih, od analize biokemičnih reakcij v celicah do teorije kodiranja sporočil, od študija kompleksnih ekosistemov do komparativnega študija jezikov …

 

2. Notranja protislovja: entropijskega zakona nismo pripravljeni sprejeti

Donedavna se res ni nihče vznemirjal zaradi temnih metafizičnih implikacij drugega zakona. Akademsko – to že, a v praksi so se vsi sprenevedali, da ne more biti nič resnega. Še celi dve desetletji po drugi svetovni vojni smo bili namreč priče neomadeževanemu razcvetu na vseh področjih.

Potem pa se je v šestdesetih med nas neopazno prikradla zavest o nečem novem. Seveda ne moremo zanesljivo reči, kje in kdaj se je pokazalo prvo znamenje te globoke spremembe. Bilo je tako nekako kot s tokom reke, ki se pri izviru najprej pokaže samo tu in tam med belim prodom, morda spet ponikne, dokler nazadnje v vsej svoji moči ne privre na dan.

Doba razcveta je prišla do nekakšnega nasičenja. Utrujeni od objektivnih vrednot so se mladi ljudje obrnili k novim duhovnim vrednotam. To so bili zlati časi hipijevskega gibanja. Milijoni mladih glav so poslušali svojo novo glasbo in v duhu zrli nek nov, srčno toplejši svet brez kompliciranih industrijskih ali ekonomskih sistemov. Bil je to morski val, ki oplazi obalo, preobrne številne kamenčke in za sabo pusti precej spremenjen relief v pesku.

Na koncu šestdesetih je Rimski klub objavil nekaj takega, kar se je bralo kot resno svarilo. Videli smo krivulje (rezultate številnih temeljitih numeričnih simulacij), ki so prikazovale prihodnje trende nekaterih pomembnih spremenljivk, npr.:

  • število prebivalcev na Zemlji
  • stopnja industrijske proizvodnje
  • količina pridelane hrane
  • naravne zaloge surovin (premog, nafta, rude itd.)
  • viri pitne vode
  • stopnja onesnaženosti zemlje
  • izčrpanost zemlje.

 

Krivulje so prikazovale še nadaljnjo eksponentno rast prebivalstva in industrijske proizvodnje, vendar že z vse večjo spremljajočo krizo na vseh ostalih področjih. Svet počasi pride do nasičenega stanja. Potem pa naj bi se okoli leta 2015 nenadoma zgodila nekakšna katastrofa. Po teh izračunih naj bi v samo par letih število ljudi padlo na tretjino prvotnega, industrijska proizvodnja povsem presahne in pridelava hrane še komaj zadostuje za tiste preživele. Jasno, zemlja je strahotno izčrpana in onesnažena, mnogih pomembnih naravnih virov in zalog ni več …

Računalniki pa so nadaljevali izračune v še bolj odmaknjeno prihodnost. Počasi se vzpostavi neka nova stabilnost, a tokrat z dokaj omejenim številom ljudi in še vedno brez industrijske proizvodnje! Je to morda povrnitev k prastaremu načinu življenja?

Seveda pa bi tem strašljivim rezultatom lahko tudi ugovarjali. Računalnik jasno ni mogel upoštevati tega, kako se bodo ljudje prilagodili na prav to računalniško svarilo. Ni mogel predvideti številnih družbenih dogodkov v desetletjih, ki so že sledila in ki segajo še v naš kritični čas. Morda imamo še dovolj časa, da spremenimo naše navade ter se tako izognemo najhujšemu.

Seveda na globalnem nivoju zdaj opažamo neznanske spremembe, zlasti v obliki rastoče ekološke zavesti. Vsi tisti, ki se imajo za pomembne, zdaj že govorijo o ekologiji: politiki z njo mamijo volilce, proizvajalci pa potrošnike. Ekologija postaja zdaj že skoraj ideologija. Vendar – je vse to sploh iskreno? Npr, kako se sklepi iz Ria (1992) in Kyota (1997) udejanjajo v našem vsakdanjiku? Smo mar prenehali izsekavati tropske pragozdove, pljuča našega planeta, brez katerih dobesedno ne moremo živeti? Smo mar že začeli nadomeščati bencinarje z veliko bolj varčnimi električnimi vozili? Če ne, se bomo zadušili v mestih, pregreli atmosfero, izzvali še nevidene poplave in dvig morja. Je mar vsakdo od nas storil dovolj, da zdaj že globalni kapitalski interesi ne bodo prekrili vsega našega naravnega okolja z mrtvim betonom in asfaltom? Brez biotsko raznovrstne narave bomo zanesljivo izgubili tudi stik s svojo človeško resničnostjo, kar pomeni, da se nam bo zmešalo. In tako dalje.

Ne gre samo za neiskrenost, temveč tudi za hinavščino. Dežele v razvoju se zdaj z vsemi močmi trudijo, da bi ekonomsko vzdržale ob razvitem svetu, pri tem pa često posnemajo prav tiste proizvodne postopke, ki so pred tridesetimi leti, ko še nihče ni govoril o ekologiji, pomagali razvitemu svetu utrditi svoj ekonomski primat. Zdaj je čas seveda drugačen, stari proizvodni postopki so že ekološko problematizirani, vendar Tretjemu svetu nihče ne ponudi kake boljše možnosti. Ekologija lahko postane sredstvo za prevlado bogatih nad revnimi.

Vojne pustošijo po mnogih kotičkih Zemlje, podobno pa divja vojna tudi med različnimi vizijami našega preživetja. Stvari še zdaleč niso jasne in potruditi se moramo, da bomo rešitve našli še pravočasno.

Ali še lahko v vsej tej zmedi in poplavi idej prisluhnemo entropijskemu zakonu? Težko. Vendar ta zakon ostaja. Postavlja žgoča vprašanja. Če smo povsem iskreni, iz opisane dileme vodijo samo tri možne poti:

  1. Ne bomo se ozirali na entropijski zakon, ampak bomo še naprej povečevali proizvodnjo in z njo vezane dobičke, pri tem pa čakali na čudež. A čudeža ne bo, zato bo prišlo do globalne katastrofe, primerljive s tisto v scenariju Rimskega kluba.
  2. Povrnili se bomo k načinu življenja iz predindustrijske dobe. Pristali bomo torej na zelo skromno produkcijo. Ta možnost je od vseh treh morda najmanj verjetna, saj je človeški ponos preveč trdoživ: šele po ireverzibilnem začetku popolnega ekološkega kolapsa bi ljudje sprejeli drastične omejitve, ki jih našemu življenjskemu stilu postavlja entropijski zakon.
  3. Še naprej bomo uživali sadove znanosti in tehnologije, toda na zelo spremenjen način. Sčasoma (in še pravočasno) bomo odkrili povsem nove načine proizvodnih procesov in dejavnosti – načine, ki ne povečujejo entropije našega planeta. Če bi to dopolnili še z obveznimi regulativnimi pravili vseh sonaravnih družb (skrbno izbiranje dejansko potrebnih izdelkov, spretno zastavljena reciklaža vseh odpadnih materialov itd.), bi se globalnemu kolapsu verjetno znali izogniti. Naš ponos bi to spremembo dopustil, saj bi zahtevala še več znanja, tehnološke popolnosti in duhovne zrelosti.

Vsaka pametna bralka se bo seveda strinjala, da med gornjimi tremi možnostmi prva ne predstavlja nikakršne rešitve. Druga možnost pa je zelo malo verjetna, ker se protivi znanemu zgodovinskemu pravilu: razvoj nikoli ne poteka dvakrat po isti poti. Tudi če bi to poskusili, veljajo zdaj povsem drugačni začetni pogoji, ki morajo dati tudi drugačne končne rezultate. Ne moremo se obnašati, kot da se v zadnjih stoletjih ni prav nič zgodilo, ne moremo skriti tega, kar smo se v tem času naučili. Pogojeni smo pač tudi  z našo neposredno preteklostjo. Naučiti se moramo z njo živeti in jo po naših najboljših močeh prebaviti. Samo tretja možnost upošteva te nove začetne pogoje. Morda je to edina rešitev, ki je hkrati realna in optimistična. Težko bi vsaj našli kak drug nadomestek.

Bodimo torej pozorni na to odrešujočo možnost. Zadevi se bomo približali z neobičajne plati – preko sodobne kvantne biologije. S te strani bomo sedaj ponovno obiskali entropijski zakon.

 

3. Vseprisotna pesem življenja

Kar zremo v naravi, je seveda daleč od toge forme drugega zakona. Ne moremo se znebiti vtisa, da se s pomočjo tega zakona nekateri fiziki še vedno zagrizeno borijo za neko preživelo predstavo o povsem mrtvem Vesolju. Ko so pred 150 leti fiziki formulirali entropijski zakon, so se zgledovali po takih rečeh, kot so na primer parni stroji, anorganske kemične zmesi ali difuzija elektronov iz ene kovine v drugo, nikoli pa po pretanjenih pojavih iz živega sveta, kot so kalitev mlade rastline, celična delitev ali preobrazba gosenice v metulja.

Fizika in biologija sta bili tedaj še povsem ločeni stroki. Naravoslovci niti še niso razpolagali z ustreznimi orodji za opazovanje krhkih pojavov iz notranjosti drobnih bitij. Šele pred kratkim smo razvili take tehnike kot sta na primer elektronska mikroskopija celic ali računalniško modeliranje biomolekul. Zdaj smo veliko bolje pripravljeni na to, da od blizu občudujemo neverjetna čuda, ki se dogajajo vsenaokoli, v vsakem živem organizmu.

Na prvi pogled bi se zdelo, da biološki pojavi drugemu zakonu nasprotujejo. Živa snov namreč teži k samoorganizaciji, kar pomeni, da notranji red narašča. Toda povprečni fizik bi dejal, da gre ta notranji red na račun reda iz okolja, saj so živa bitja odprti sistemi. Rastline, s katerimi se hranijo tudi živali, sprejemajo visokourejeno sončno sevanje in ga znajo tako dobro izkoristiti.

Deloma je to res. Številna najnovejša odkritja pa nas vendarle puščajo v dvomih. Molekularna biologija (še zlasti kvantna biologija), kognitivne znanosti in podobne mlade znanstvene (inter)discipline nas takorekoč zasipavajo s slikami neznansko drobnih biomolekularnih sistemov, ki pa že povsem inteligentno delujejo. Entropijski zakon se začne na nivoju kvantnih delcev, toda kaj, če so prav ti delci morda že preveč pametni, da bi ubogali zakon, ki zna delati le z neživimi objekti.

Pred stotimi leti je navidez še obstajal prepad med atomi in inteligentno materijo. Tedaj so inteligenco pripisovali le bitjem na velikostni skali daleč nad posameznimi atomi ali molekulami. Zdaj pa o tem vemo precej več. Z ene strani so nam mnogo dale izkušnje z umetno inteligenco. Logični elementi v sodobnih silicijevih čipih so že manjši kot mikrometer, da ne govorimo o razvijajoči se nanotehnologiji. (Mikrometer je tisočinka, nanometer pa milijoninka enega milimetra). Opazovalna skala se manjša tudi v biologiji. Uporabljamo nove tehnike opazovanja z izredno ločljivostjo: poleg SEM (skenirna elektronska mikroskopija) sta zdaj tu še bolj prodorni tehniki STM (skenirna tunelska mikroskopija) in EFM (mikroskopija na elektronski dotik). Vidimo lahko ne samo najmanjša znana živa bitja, kristale življenja – viruse, temveč celo posamezne biomolekule. Naša moč opazovanja že seže do posameznih atomov v njih. In povsod, celo na velikostni skali manj kot 100 nanometrov, lahko opazujemo neverjetno kompleksnost samoorganizacije, ki omogoča inteligentno delovanje teh nanostruktur.

Nekdanji prepad se zapira tudi z druge strani. S pomočjo sodobnega računalniškega modeliranja že znamo simulirati kvantno obnašanje velikih (večjih kot 10 nanometrov) makromolekularnih sistemov. Zdaj vemo, da so često celo ti relativno ogromni kvantni sistemi v koherentnem kvantnem stanju. To pomeni, da so notranje povsem uglašeni (opisljivi z eno samo valno funkcijo). Torej zapletene biomolekule lahko kot ena sama kompleksna entiteta nastopajo na nivoju, na katerem ima opis z entropijskim zakonom znanstveni smisel.

Smo na tem, da se prepad povsem zapre. Entropijski zakon pač ne zna delati z inteligentnimi bitji, toda v živi naravi gre prav za inteligenco na nivoju kvantnih delcev.

Tudi na številnih drugih področjih sodobne tehnologije se zapira razkorak med mikro- in makrosvetom. Že kar nekaj časa poznamo supraprevodna elekrična vezja, a donedavna so bile to eksotične naprave, ki so lahko delovale le pri izjemno nizkih temperaturah in so morale biti hlajene z dragim tekočim helijem. Zdaj pa imamo nove keramične supraprevodnike, ki lahko delujejo že skoraj v domačem hladilniku. Razvijajo se supraprevodna logična vezja. Supraprevodni mikroprocesor bo združeval ogromno število takih vezij, ki bodo prepletena skupaj v en sam koherentno delujoči orkester. Torej kompleksno organizirani ansambel iz drobnih kvantnih logičnih elementov, in vsi skupaj so še vedno v enem samem kvantnem stanju … Ali ni ta slika podobna tisti, ki smo jo videli že pri virusu: kompleksno organiziran kvantni ansambel iz biomolekul?

Določene proteinske molekule v živih celicah se uredijo v strukturno obliko drobnih cevčic, ki se imenujejo mikotubuli.  Ti imajo več pomembnih funkcij in ena od njih je prenos informacij po celici (torej nekakšen intracelularni živčni sistem). Globularni proteini v stenah teh cevčic so razporejeni v mozaik s pravilnimi vzorci. Povsem podobne vzorce bomo kmalu občudovali v notranji strukturi kvantnega čipa, tega ponosa zdaj nastajajoče nanotehnologije. Nanočipi in mikrotubuli so si po možnostih procesiranja kvantne informacije v nekakšnem sorodstvu.

Tudi najnovejše teorije o delovanju možganov privzemajo določeno obliko kvantne koherence v živi snovi. Zdaj sploh mnoge raziskovalce vznemirja ideja kvantnega procesiranja informacije, s tem se ukvarjajo tako biologi kot formalni teoretiki ali računalniški strokovnjaki, ki razvijajo kvantne računalnike.

Zdaj še nihče ne more natanko predvideti, kaj vse nam bodo na novo odkriti visokoorganizirani kvantni ansambli še razkrili. Celo tako preprosta supraprevodna vezja, kot so Josephsonovi elementi, se obnašajo na moč nenavadno. In če gremo še korak dlje do visokoorganiziranih kvantnih sistemov, kakršni tičijo npr. v živih organizmih: dinamika njihovega obnašanja je seveda bistveno drugačna od fenomenov iz klasične termodinamike. Vse pogosteje naletimo na izrecna opozorila (npr. Hiroomi Umezawa), da živa snov po svoji sposobnosti manjšanja entropije in večanja notranjega reda že uhaja iz preozkega okvira drugega zakona. Albert Szent-Györgyi je že pred pol stoletja uvedel pojem sintropije (negativna entropija, vrojena tendenca k samourejanju) namesto zdaj že nekoliko zastarelega pojma entropije (tendenca k neredu). Pojem sintropije je nujen za utemeljitev življenja in zavesti vsakega bitja.

Zakaj ne bi torej na entropijski zakon pogledali v sveži luči vznemirljivo obetavnih odkritij našega časa?

Vrnimo se k naši dramski zgodbi. Ali bodo omenjene raziskave vodile v globoke spremembe glede naših tehnoloških možnosti, glede naših družbenih odnosov in glede duhovnega razumevanja našega lastnega bivanja? Bomo uzrli našim očem dolgo prikrit način življenja, življenje polno človeškega dostojanstva, ki pa vendar ne povečuje globalne entropije (možnost št. 3 iz drugega dejanja naše drame)?

Odgovor na to vprašanje bo v prihodnosti seveda še predmet dolge, temeljite razprave. Osebno pa verjamem, da je odgovor v bistvu pozitiven. Seveda bomo potrebovali še kar nekaj časa, preden bomo lahko odgovore na vprašanja o naši prihodnosti postavili na pravo mesto. Nova znanstvena odkritja in tehnološke pridobitve so namreč čisto brez smisla, če jih ne spremlja tudi globoko razumevanje njihovega intimnega in civilizacijskega pomena. Ta proces pa zahteva svoj čas.

Ni se nam treba bati, da bi ta globoki razvojni proces šel mimo nas kar brez zunanjih pritrdilnih znamenj. Razpoznavni znaki bodo vedno obstajali, na primer v oblikah take sodobne etike, ki bi končno lahko delovala v pogojih mnogoplastnih postindustrijskih skupnosti.

Opozoril sem le na nekatere osnovne vidike pričujoče velike preobrazbe. Ponudil sem vizijo družbe z drugačno vlogo drugega zakona, s tem da ta zakon seveda še vedno ostaja ena ključnih osi transformacije.

V prvem dejanju drame se je pripetilo nekaj takega, kot če bi se človek spotaknil. Spotaknil ob kačo zakona. To je bil izgon iz raja. V drugem dejanju sta Eva in Adam trpela v svojem trdem delu tam doli na Zemlji in čim bolj sta se trudila, tem bolj sta se zapletala v zmedo lastnih dejanj in v nevarnost pogube. Kaj nas čaka v tretjem dejanju? Le kako naj se spravimo z zakonom?

Naj v odgovor navedem enega od poetičnih komentarjev sodobnega glasbenika Keitha Jarretta (komentar k skladbi In the cave, in the light):

“Zdaj vidim, da se da na temó gledati na dva načina: tema lahko prepoveduje ali pa vabi. Pustil sem se zvabiti in nazadnje mi je bilo dopuščeno, da sem v njej prižgal luč. Zdaj je tema toliko manjša in toliko večja je moja vera, da tisto, kar najdemo v temi, ni razdiralno, temveč ustvarjalno.”

Res, kača utegne biti znanilka modrosti.

 

(December 1996)