Связь химии с физикой и другими науками
В построении трансдисциплинарного образа химии особое место занимает ее связь с физикой. Она обсуждались многократно, но по-прежнему признается насыщенной многочисленными проблемами. Видный американский философ химии Э. Сэри, посвятивший свою докторскую диссертацию изучению часто задаваемого вопроса о возможности редуцирования химии к физике, не без юмора отмечает, что его ответом на этот вопрос является ответ "Да и нет"[1]. Рассматриваемый вопрос действительно сложен.
В современной науке господствует глобально-эволюционный подход, согласно которому образование Вселенной началось с Большого взрыва. Час же химии пробил значительно позже, лишь через 10 миллионов лет, то есть после образования звезд, в недрах которых происходило образование атомов химических элементов. Начиналось все с метаморфоз физических частиц. Но если химические объекты являются результатом взаимодействия физических частиц, то не следует ли отсюда, что химия может быть сведена к физике? Вроде бы этот вопрос появился вполне естественно. Как ответить на него?
Следует отметить, что, пытаясь определить соотношение физического со всем остальным миром, философы науки всегда испытывали серьезные трудности. Недоставало то теоретических, то экспериментальных данных. Пристальное внимание привлекла в 1920–1930-х гг. новация знаменитых неопозитивистов О. Нейрата и Р. Карнапа – авторов концепции физикализма. Они считали незыблемым фундаментом всех наук язык физики. Но если это так, то почему не удается свести все науки к физике? Можно ли понять сам переход от физического к нефизическому?
Попыткой ответить на этот вопрос стало диалектико-материалистическое учение Ф. Энгельса о многообразии форм движения материи. Материи приписывается атрибут развития. Поскольку материя развивается, то она проходит ряд ступеней своего созревания. Развитие сопровождается качественными скачками. Физические процессы порождают химические явления. Но действительно ли они отделяются от физических процессов? На этот вопрос нет ответа.
По сравнению с теорией развития физических процессов в современной философии науки значительно более популярна теория супервениенции (от лат. super – дополнительно и venire – появляться). Теория супервениенции была впервые предложена английским этиком Дж. Муром. Она, отрицая качественные скачки, призвана объяснить непрерывность возникновения нового, в частности химических явлений. К сожалению, теория супервениенции при всей ее внешней привлекательности немногое дает для решения вопроса о различении физики и химии. И понятно почему: она не учитывает концептуальное устройство химии.
К этому следует добавить, что физикализм опровергается от имени этики значительно легче, чем от имени химии. Этик имеет возможность сослаться на творческие способности человека, позволяющие ему изобретать социальные ценности, не находящиеся в причинно-следственных отношениях с физическими явлениями.
Вернемся непосредственно к химии. Здесь приходится иметь дело с самой природой. Она не изобретена людьми. Сходство и различие физического и химического необходимо объяснить особенностями самого природного материала. Как это сделать? – вот в чем вопрос. На этот счет весьма интересные идеи сформулировал английский философ Р. Хендри[2]. Он руководствуется тезисом о незамкнутости, незаконченности физики.
Если бы физика была замкнутой наукой, то ее можно было бы представить как конечную систему предложений. В таком случае вопрос о возможности сведения химии к физике решался бы относительно просто.
Допустим, рассматривается статус аналитической химии. Было бы достаточно "применить" к ней избранную замкнутую физическую теорию, например квантовую механику, чтобы выяснить, действительно ли аналитическая химия сводится к квантовой механике как физической теории. Но квантовая механика является незамкнутой наукой, физики не представляют ее в форме законченного набора предложений. С учетом этого обстоятельства сравним квантовую механику как физическую теорию с квантовой химией. Обе теории незамкнуты, причем по-разному. Учет этого обстоятельства приводит к выводу о нередуцируемости квантовой химии к квантовой механике. Развивая тезис о незамкнутости физических и химических теорий, Хендри указывает на неординарность аппроксимаций, которые, как известно, могут проводиться неоднозначным образом.
Соглашаясь с ним, автор интерпретирует незамкнутость теорий с позиций внутритеоретической трансдукции. Вышеупомянутая неоднозначность относится, пожалуй, к каждому этапу трансдукции. Действительно, уже при записи уравнения Шрёдингера формула для гамильтониана не задается единственным образом, а избирается после целого ряда дополнительных рассуждений. Это обстоятельство специально отмечается Р. Хендри. Впрочем, по мнению автора, его анализ был бы более полным, если бы он рассмотрел также принцип волновой функции. На первый взгляд, этот принцип является общим для квантовой механики и квантовой химии. Лишь при переходе к уравнению Шрёдингера проявляется незамкнутость двух рассматриваемых теорий.
Равносильность физического и химического принципа волновой функции можно поставить под сомнение, учитывая разные пути его реализации в квантовой механике и квантовой химии. Поскольку эти пути действительно различны, постольку и принципы, служащие их исходным началом, также различны. Видимо, этот аргумент безупречен. Но, надо полагать, нет и оснований для отказа от представления о единственности принципа волновой функции. Неужели принципов волновой функции существует столько, сколько существует квантовых теорий? Трудный вопрос. Чтобы ответить на него, рассмотрим статус принципа волновой функции.
Крайне важно подчеркнуть, что этот принцип стоит во главе как квантовой физики, так и квантовой химии, но в каждой из них он реализуется по-разному. Отсюда следует довольно неожиданный вывод: принцип волновой функции плюралистичен. Если же ОГЛАВЛЕНИЕ принципа волновой функции интерпретируется как нечто единственное, то неизбежно переходят от содержательных представлений к поверхностным. В таком случае определение "состояние физической или химической системы описывается волновой функцией" имеет всего лишь словесный характер, то есть оно является именем, краткой записью для целого ряда содержательных представлений, реализующихся в совокупности квантовых физических и химических наук. Это обстоятельство обычно не учитывается ни физиками, ни химиками. Видимо, сказывается слабость в физике и химии плюралистических представлений. А между тем от них не следует уклоняться. Современная физика и химия стоят перед плюралистическим вызовом. Пока это не осознается в полной мере.
Итак, имеется совокупность как физических, так и химических наук, которые, на первый взгляд, руководствуются одним и тем же принципом. Но при ближайшем рассмотрении выясняется, что в действительности есть ряд принципов, которые обладают семейным сходством. Концепт семейного сходства ввел в философию Л. Витгенштейн. Он его использовал для описания языковых игр. По мнению автора, в случае анализа квантовых физических и химических теорий концепт семейного сходства довольно уместен. Действительно, речь идет о сходстве, но никак не о тождественности. У физических и химических теорий нет семейного сходства, например, с экономическими теориями, для которых характерен не принцип волновой функции, а принцип максимизации ожидаемой полезности.
Итак, физические и химические теории обладают семейным сходством. В определенном отношении они очень близки друг к другу, но между ними существует и различие, причем это различие неустранимо: члены одной и той же семьи отличаются друг от друга, ибо каждый из них самостоятелен. Теперь понятны трудности, с которыми встретились как сторонники редуцирования химии к физике, так и их решительные оппоненты. Одна из спорящих сторон абсолютизировала схожесть физических и химических теорий, а другая их различие. Два рассматриваемых семейства теорий схожи, но не одинаковы, различны, но не чужды друг другу. После многочисленных успехов квантовой химии антиредукционисты попали в затруднительное положение. Эти успехи многими были восприняты как свидетельство в пользу возможности сведения химии к физике. Иначе трудно объяснить плодотворность в химии квантовых представлений, явно инициированных успехами квантовой физики.
Но не было ясности и у тех, кто считал сведение химии к физике уже решенным делом. И им было очевидно, что различие химических и физических теорий не преодолено даже после эффектных достижений квантовой химии. Весьма показательна в этом отношении позиция такого авторитетного философа химии, как Э. Сэрри, который критически относится к антиредукционистам. Однако встать решительно на позиции редукционистов он не решается. Но в таком случае необходимо как-то объяснить, почему именно не удается свести химию к физике. Сэрри нашел выход из затруднительного положения. Состоит он в апелляции к двусмысленности редукции. Согласно его логике нельзя признать редукцию химии к физике лишенной двусмысленности в силу проблемного характера самой квантовой физики (принципы Паули и Хунда[3] вводятся автономно от постулата волновой функции, не преодолен корпускулярноволновой дуализм, отсутствует строгое теоретическое объяснение процесса возникновения атомов и молекул)[4]. Позицию, занимаемую им с 1999 г.[5], можно суммировать следующим образом: эпистемологическое сведение химии к физике возможно, но пока оно не случилось.
По мнению автора, концептуальная позиция Сэрри неубедительна постольку, поскольку она не учитывает подлинные уроки квантовой химии. Проблемный характер квантовой механики, конечно же, следует иметь в виду. Но вряд ли он когда- либо будет окончательно преодолен. К возможности редукции химии к физике проблемность квантовой механики имеет косвенное отношение.
Значительно более существенное значение в вопросе о возможности редукции химии к физике имеет плюрализм квантовых теорий. Именно об этом свидетельствуют успехи квантовой химии. В свете этого плюрализма, а он набирает темпы, химия никогда не будет сведена к физике. Впрочем, это совсем не означает, что химия отстоит от физики на значительное концептуальное расстояние. Все обстоит как раз наоборот. В концептуальном отношении физика и химия – родные сестры. Подобно тому, как правая рука не может стать левой, химия не в состоянии превратиться в физику.
Термины "физика" и "химия" приобрели в различных языках ярко выраженный нормативный характер. Можно быть уверенным, что научное сообщество не откажется от их использования. Вряд ли оно воспримет спокойно какой-либо термин, например "физико-химическая наука", который призван заменить собой и "физику" и "химию".
Выше основное внимание было уделено работам зарубежных авторов. Что касается отечественных авторов советского периода, то они, опираясь на учение о формах движения материи, в основном защищали тезис о несводимости химии к физике[6]. Отход от диалектико-материалистической схематики сопровождался более взвешенными оценками взаимоотношения физики и химии[7]. В указанном отношении, пожалуй, наиболее значимыми оказались работы А. А. Печёнкина. Его позиция такова: "Благодаря развитию системных представлений химия как бы “убегает” от физикализации: на каждый новый шаг по физикализации химии химики реагируют новыми системными химическими идеями, еще не оформленными в физических понятиях и не имеющими твердой физической основы"[8]. Как видим, речь идет еще об одной теоретической позиции.
По мнению автора, термин "физикализация химии" спорен. Вполне правомерно подчеркивать междисциплинарные связи физики и химии, в силу которых они влияют друг на друга. Учитывая это обстоятельство, можно рассуждать не только о физикализации химии, но и о химизации физики (вспомним, в частности, о ядерной химии, о синтезе веществ, привлекающих внимание физиков, в том числе и тех из них, которые изучают наноявления). Строго говоря, термины "физикализация химии" и "химизация физики" неудачны. Они наводят на мысль, что происходит внедрение физики и химии друг в друга. Но для них характерны разные принципы, аппроксимации, модели, эксперименты и т.д. Внедрение физики в химию непременно приведет к развалу последней. Химия отторгает чуждые ей ткани. Что действительно происходит, так это рост концептуальной рафинированности как химии, так и физики. Но при этом обе они сохраняют свою специфику. Итак, по поводу возможности сведения химии к физике существуют разные концепции.
Шесть концепций взаимосвязи химии с физикой
• Антиредукционистская позиция: химия, являясь наукой специфического уровня бытия, принципиально отличается от физики и, следовательно, не может быть сведена к ней (Й. Шуммер, Н. Псарос, Я. ван Бракель)[9].
• Физикалистская позиция: химия – это физика, она не является самостоятельной позицией (К. Поппер, П. Суппес)[10].
• Химия в будущем, видимо, будет сведена к физике, но пока это не случилось (Э. Сэрри).
• Химия несводима к физике, ибо обе они являются незамкнутыми, незаконченными системами, которые реализуются неодинаковым образом (Р. Хендри).
• Происходит физикализация химии, но она всегда не поспевает за ее концептуальными новациями (А. А. Печёнкин).
• Физические концепции, с одной стороны, и химические теории, с другой стороны, обладают семейным сходством.
Разумеется, химия связана не только с физикой. Выше неоднократно отмечался трансдисциплинарный характер химии (см. параграф 11.4.). Аргументы на этот счет множились, пора подвести определенные итоги. Крайне важно понимать, что междисциплинарные связи химии не являются чем-то однородным, и, следовательно, необходимо учитывать их специфику.
Химия и математика. Математика относится к области формальных дисциплин. Для химика математика является образцом формальной строгости. Она нужна ему для выяснения формального устройства самой химии. Таким образом, по отношению к химии математика выступает парадигмальным образцом формальной строгости.
Химия и компьютерные науки. Соотношение компьютерных наук с химией очень напоминает соотношение с ней математики, которое, впрочем, облачено в технические одежды. Следует учитывать, что речь идет не просто о формальной, а о формальнотехнической строгости.
Химия и геология. Здесь имеет место супервенциальная связь. Напомним, что эта связь состоит в том, что изменения в одной области непременно сопровождаются изменениями в другой сфере. Если, например, обратиться к химико-плотностной дифференциации вещества, происходящей в недрах Земли, то мы как раз и обнаружим такие связи. Геологические процессы, при всей их специфике, следуют за химическими процессами.
Химия и биология. По мнению автора, и для так называемых биохимических процессов характерна супервенциальная связь. Вспомним в связи с этим, например, многозвенный процесс синтеза белков. Каждый этап этого процесса описывается некоторой химической структурной формулой. Поэтому создается впечатление, что налицо всего лишь химический процесс. Но если в синтезе белков видеть переход от генотипа к фенотипу, то очевидно, что речь идет о биологическом процессе. Можно сказать, что биологические параметры следуют за химическими. Причем связь эта естественная. Но в случае применения медицинских препаратов она становится искусственной, ибо человек вмешивается в естественный ход процессов.
Химия и технические науки. И в этом случае налицо искусственная супервенциальная связь. Но она не опосредуется, как в случае с медициной, биологией. К тому же имеет место определенное ценностное вменение: ценности технических наук вменяются химическим признакам.
Химия и искусствоведческие науки. Супервенциальные связи здесь не выступают в таком ярком виде, как в технических нау
ках, они явно слабеют. На первый план начинают выходить отношения ценностного вменения.
Химия и социальные науки. В этом случае на первое место водворяются именно отношения ценностного вменения. Химические признаки и процессы рассматриваются в качестве носителей социальных ценностей.
Итак, междисциплинарные связи химии с другими науками не являются однородными. Речь должна идти о целом спектре этих отношений. Представим их в виде табл. 13.3.
Таблица 13.3. Трансдисциплинарные связи химии
|
Связь |
Тип связи |
|
Химия – математика |
Парадигмально-формальная связь |
|
Химия – компьютерные науки |
Искусственно-формальная связь |
|
Химия – физика |
Связь семейного сходства |
|
Химия – геология |
Супервенциальная связь |
|
Химия – биология |
Супервенциальная связь |
|
Химия – медицина |
Опосредованная супервенциальная связь |
|
Химия – технические науки |
Искусственная супервенциальная связь с ценностным вменением |
|
Химия – искусствоведческие науки |
Связь ценностного вменения |
|
Химия – социальные науки |
Связь ценностного вменения |
В табл. 13.3 дана попытка представить трансдисциплинарные связи химии во всем их богатстве. К сожалению, в полном объеме они рассматриваются крайне редко.
Выводы
1. Вопрос о взаимосвязи химии с физикой остается дискуссионным.
2. Видимо, быстрое преумножение химических знаний свидетельствует о его отличии от физики.