Безупречность хаоса: что такое энтропия и как жить в полной неопределенности

«Только энтропия дается легко», — говорил Чехов, и это действительно так: все в мире естественным образом стремится к хаосу. И очень быстро его достигает, только дай волю. Песочный замок смывает волна, заброшенный город зарастает деревьями, а если смахнуть собранный пазл со стола, его частицы рассыпятся в произвольном порядке. Мы переживаем энтропию в каждый момент времени, не отдавая себе в этом отчета: клетки человеческого тела разрушаются, в углах скапливается пыль, идеальные кубики сахара тают в чае. Происходят революции и государственные перевороты — и сама Вселенная неумолимо мчится навстречу коллапсу. Одним словом, как справедливо подметил ученый Стивен Хокинг в «Краткой истории времени»: «Энтропия увеличивается со временем, и это похоже на закон Мерфи: все всегда идет не так!»

Итак, энтропия — это мера беспорядка и неизвестности, используемая в разных науках, от химии до психологии. На деле все, конечно, намного сложнее. 

Хаос и тепло: что такое энтропия в точных науках

Изучение энтропии — одно из самых нелюбимых занятий студентов технических вузов. Дело в том, что это сложная, трудно измеримая величина с множеством трактовок. В принципе как и сам хаос.  В переводе с греческого «энтропия» значит «превращение» — впервые этот термин (вне всякого философского контекста) использовал немецкий физик Рудольф Клазиус в 1865 году. Он в первом приближении сформулировал второй закон термодинамики: «Нет процесса, единственным результатом которого является передача количества теплоты от более холодного тела к более теплому». В процессе этой передачи в природе обязательно произойдут какие-либо изменения, которые могли бы компенсировать переход. 

Представим, что на подоконнике лежит кусок нагретого железа, его тепло постепенно распространяется в окружающей среде. В какой-то момент он передает пять квантов тепла, а рядом летают пять молекул газа. Но совершенно не очевидно, что каждая молекула получит по кванту. Возможно, одна получит все пять. Или какой-то молекуле достанется два, а какой-то — ни одного. Многообразие этих вариантов, степень рассеивания энергии в системе и называется энтропией в термодинамике. Для ее обозначения используется символ S. 

Клазиус также вывел важнейший закон возрастания энтропии: в любой замкнутой системе она увеличивается или остается прежней. Чтобы понять это правило, подойдут бытовые аллегории. Представим, что мы оставили груду неразобранных носков в закрытом шкафу. Если открыть его через много месяцев, окажется, что изменений не произошло. Беспорядок никуда не делся, а, скорее всего, еще и возрос — носки покрылись пылью, на полках завелись тараканы и так далее. 

На основании закона возрастания энтропии Клазиус выдвинул мрачную гипотезу тепловой смерти Вселенной: рано или поздно она достигнет максимальной энтропии и разрушится. К счастью, этого не произойдет: во времена Клазиуса науке еще не было известно, что Вселенная — не замкнутая, а постоянно расширяющаяся система. 

Энтропия данных

Понятие энтропии важно не только для физики. Клод Шеннон, американский инженер, математик и «отец теории информации», предложил использовать энтропию как меру непредсказуемости данных. Численно она равна количеству сведений на каждый символ сообщения, а единицей измерения информации выступает бит. 

Сообщение — это, например, предложение на русском языке. Разные буквы в нем передают разное количество информации: часто встречающиеся буквы — меньше, редко встречающиеся буквы — больше. Это наглядно демонстрирует азбука Морзе. Примеры — для кодирования буквы Ш используется более длинная цепочка, чем, например, для буквы Е.  Значит, Ш не так проста и очевидна, как Е, — в ней больше энтропии. В последовательности символов тоже есть больше или меньше непредсказуемости. Например, в русском языке очень маловероятно, что после двух Е подряд будет идти третья. Следовательно, условная энтропия буквы Е довольно низкая. 

Из сообщений складываются целые информационные пласты — массивы текста. И чем выше их неопределенность, тем больше ценность. В деловом письме непредсказуемости очень мало, но мало и интереса для читателя. В хорошем художественном произведении — с точностью наоборот. Энтропия только что опубликованной новости очень высока, а после того, как ее перепечатали другие СМИ — падает, но падает и интерес. Чем выше энтропия сообщения, тем, согласно Шеннону, больше его «информационная стоимость». Значит, энтропия, хаос и изменения — это не так плохо, как кажется?

Божественный порядок

Энтропии очень много во всех сферах жизни человека, вот несколько примеров:

• Энтропия в бизнесе. Как известно, 80% малых бизнесов распадаются в первые 18 месяцев существования. Финансовые модели не работают, оборудование ломается, рынок стремительно меняется, сотрудники бастуют — хаоса так много, что далеко не всем удается с ним справиться. 

• Энтропия и здоровье. Наше тело стареет, подвергается вредному воздействию окружающей среды и атакам вирусов, набирает и сбрасывает вес — одним словом, организм постоянно сталкивается с хаосом и энтропией. Мы сами стимулируем эти процессы: экспериментируем с диетами, спортом, лекарствами.

• Энтропия в отношениях. Во время фазы медового месяца энтропии в паре обычно мало, царит гармония. Но со временем энтропия увеличивается: растут недопонимания, появляются бытовые и финансовые проблемы. Рождение детей, конечно, тоже вносит хаос в стройную систему. 

Также есть понятие социальной энтропии: согласно этой концепции, каждое общество без руководства авторитетных лиц и институтов начинает разрушаться, беспорядки в нем возрастают. На этот феномен опирается знаменитая теория разбитых окон, разработанная американскими социологами Джорджем Келлингом и Джеймсом Уилсоном. Ее суть в том, что мелкие правонарушения (примеры — безбилетный проезд в транспорте, разбрасывание мусора) увеличивают в обществе энтропию и побуждают совершать более серьезные преступления. 

По сути, вся жизнь уходит на борьбу с энтропией: подмести пол, прополоть сад, отсортировать почту, построить дом, бизнес, семью… «Организм — от слова «организовывать». Мы расставляем шахматные фигуры на доске, перебираем крупу, собираем марки, — пишет Джеймс Глейк, американский историк и пулитцеровский лауреат, в своем бестселлере «Информация: теория, история, потоп». — Иногда кажется, что уменьшение энтропии — главная задача, с которой человечество появилось во Вселенной».  Это не лишено смысла, ведь нам кажутся особенно прекрасными предметы, исполненные гармонии и симметрии, — здания, скульптуры, картины великих художников. Все это — торжество человека, сумевшего, пусть ненадолго, победить энтропию. 

Беспокойный ум

В психологии понятие энтропии очень многогранно. Фактически оно характеризует то, насколько наша психика справляется с окружающим хаосом, насколько она стабильна в условиях неопределенности.

«Высокий уровень энтропии в окружающей действительности может быть большой нагрузкой для нас, — объясняет практикующий психолог Екатерина Давыдова. — Это связано с тем, что самоорганизующиеся системы (вроде нашей психики) ведут постоянный диалог с окружающей средой и должны приспосабливаться к изменяющимся обстоятельствам, чтобы поддерживать внутреннюю энтропию на управляемом уровне. Пример неуправляемой энтропии —  зашкаливающая тревога, с которой не справиться, или хаотичные мысли, которые не остановить. На преодоление этого тратятся психические силы и ресурсы организма». 

Как объясняет Давыдова, с энтропией связано и понятие стрессоустойчивости: чем больше неопределенности человек способен выдержать без ущерба себе, тем он лучше справляется со стрессовой нагрузкой. Наши психологические защиты работают на уменьшение энтропии: если реальность становится трудно выносимой, мы стараемся модифицировать ее как можем: рационализируем («у хаоса вокруг есть смысл»), отрицаем («хаоса не существует»), диссоциируемся («я вне хаоса»). 

Важное подспорье в преодолении энтропии — наши привычки, внутренние правила и автоматические действия. Например, при релокации людям бывает крайне важно найти привычное, воссоздать на новом месте рутину и повседневные ритуалы. Таким образом, психика находит островок порядка в море хаоса новой и незнакомой среды.

«Преодоление энтропии приятно для психики, — комментирует Екатерина Давыдова. — Например, дети любят высыпать гору конструктора, а затем построить из него что-то структурированное. А для взрослых похожим образом работает уборка дома и выбрасывание ненужных вещей — это приводит к порядку и в собственной голове и удовлетворению. Эта идея находит отражение и в нашей речи: когда жизнь налаживается, мы так и говорим: «Теперь все в порядке».

При этом полная победа над энтропией человеку не нужна — и даже вредна. Как объясняет медицинский психолог Геляна Ширикинова, фиксация на жестком порядке поведения и ритуалах может рассматриваться как психическое расстройство, тому есть множество примеров в мировой практике. Некоторая доля хаоса в жизни людям просто необходима. 

Екатерина Давыдова напоминает, что всемирно известный психотерапевт Карл Густав Юнг связывал энтропию с позитивными изменениями: нам нужен некоторый уровень неопределенности, чтобы спонтанно могло появиться что-то новое.  И выражение «творческий беспорядок» появилось не просто так.  Нередко литературные произведения создаются путем «накопления хаоса»: писатель копит материал, собирает фактуру, которая сначала находится в его психике весьма беспорядочно, обрывками. Когда «внутренняя библиотека» достаточно заполнена, автор начинает уменьшать энтропию: связывать разрозненные куски информации в сюжет. Точно так же, из беспорядка, рождается музыка и танец. Одним словом, как писал великий китайский мыслитель и стратег, автор «Искусства войны» Сунь-Цзы, «внутри хаоса всегда спрятаны возможности».