Обсуждение проблемы сводимости химии к физике в теории познания[1]
Не вникая в историю химии, которая изложена в многочисленных учебниках и монографиях, остановимся на трактовке вопроса о соотношении химии и физики в философской литературе. И. Кант в "Критике чистого разума" (1787) не рассматривает вопрос о границах между химией и физикой. У него то, что есть действительно научного в химии его времени, подпадает иод понятие "чистое естествознание", а образцом чистого естествознания служит физика. Как известно, основным вопросом "Критики чистого разума" является вопрос: как возможны синтетические суждения априори? Иными словами, как возможны всеобщие и необходимые положения, получаемые путем обобщения опытных данных? Или, что надо, так сказать, добавить к тому, что непосредственно следует из опыта, чтобы получить не относительное обобщение, а закон природы? Ответ Канта известен: эти обобщения поднимают до уровня законов категории рассудка, составляющие своего рода схемы, модели, по которым группируются эмпирические факты.
Одна из первых схем (моделей), рассмотренных Кантом, состоит в следующем: "При всякой смене явлений субстанция постоянна, ее количество в природе не увеличивается и не уменьшается" [6, т. 3, с. 252]. Эта схема заложена в формулировке закона сохранения веса веществ в химических реакциях. Хотя этой формулировки у Канта в явном виде нет, у него есть химический пример: "Одного философа спросили: сколько весит дым? Он ответил: вычти из веса сожженных дров вес оставшегося пепла, и ты получишь вес дыма" [6, с. 255]. Отвлекаясь от химической корректности этого примера, заметим, однако, что этот пример иллюстрирует тот закон, который был сформулирован Лавуазье: "Вес веществ, вступивших в реакцию, равен весу веществ, получившихся в результате реакции". Вес веществ – это та субстанция, которая сохраняется в химических реакциях.
Кант затем приводит физические примеры: причинные законы типа второго закона Ньютона, законы взаимодействия или, как Кант пишет, общения, типа закона всемирного тяготения.
Итак, у Канта химия, поскольку она имеет дело с количественными законами, наука того же уровня, что и физика. По-иному он подходит к биологии: основания этой науки изложены у него в "Критике способности суждения".
У Шеллинга и Гегеля уже активно используются категории "механизм", "химизм", "телеология". При этом прослеживается иерархия. У Гегеля в трехтомной "Энциклопедии философских наук" (1817) это – категории объективности. Гегель пишет, что "механизм" и "химизм" обычно не различают, противопоставляя их целесообразности. Между тем механизм – это внешнее соотнесение объектов, при котором они сохраняют самостоятельность. Химизм возникает, когда объекты небезразличны друг к другу. Гегель здесь фиксирует нечто подобное химическому сродству – "абсолютное влечение соединиться в одно целое друг с другом и друг через друга" [3, т. 1, с. 390].
В "Философии природы" (третий том "Энциклопедии философских наук") Гегель дает более конкретное описание того, что он понимает под химизмом. Гегель сопоставляет химизм с магнетизмом и электричеством. "Химизм есть тотальность, в которую тела входят сообразно своим специфическим особенностям" [3, т. 3, с. 233]. Это означает, что в отличие от электрических и магнитных взаимодействий в химии раскрываются более тонкие и более специфические особенности тел. Впрочем, гегелевская трактовка предмета химии не только ограничена тем уровнем развития науки, который застал немецкий философ. Она ограничена его натурфилософским подходом, допускающим слишком свободное и нестрогое теоретизирование. Так, у Гегеля химизм и электричество совместно противостоят магнетизму. Гальванизм, по его мнению, показывает, что химизм и электричество опосредствованы "борьбой противоположностей", магнетизм же – пространственное отношение.
Частично отталкиваясь от Гегеля, Ф. Энгельс, ближайший соратник К. Маркса, также рассуждал о соотношении физики и химии. В неоконченном произведении "Диалектика природы" (1881) Ф. Энгельс намечает следующую иерархию форм движения материи: механическая (движение тяжелых тел), физическая (движение молекул), химическая (движение атомов), биологическая (жизнь – это форма существования белковых тел, существенным моментом которой является обмен веществ с окружающей средой). Согласно Энгельсу иерархия форм движения материи определяет иерархию наук, изучающих эти формы движения.
Энгельс подчеркивает взаимосвязь форм движений. Исходной формой движения является механическое движение. Оно присутствует во всех других формах движения, ибо они предполагают момент перемещения, пространственного изменения состояния тела. Однако "в области процессов химической и биологической природы механические законы хотя и продолжают действовать, но отступают на задний план перед другими более высокими законами" [12, т. 2, с. 354].
В целом каждая поВперед форма движения предполагает все предшествующие формы движения. Но они присутствуют в ней, как подчеркивали советские марксисты, излагавшие Энгельса, в "снятом", "преобразованном" виде. Они подчиняются законам высшей формы движения [8, с. 172; 22; 21, с. 22–33]. "Так в газе, – пишет Б. М. Кедров, – сохраняется механическое движение (перемещение) отдельных молекул, но оно уже не играет здесь решающей роли, будучи превзойдено и преодолено более сложной формой движения – изменением состояния всего коллектива (газа), в частности, его тепловым движением, что изучается термодинамикой" [8, с. 172].
Этот пример можно распространить на то, что Энгельс и его последователи называли химической формой движения. Например, химическая реакция происходит в газовой фазе (скажем, речь идет об образовании аммиака из водорода и азота). Химические реакции обусловлены соударением молекул. Эти соударения являются случайными, они подчиняются законам молекулярно-кинетической теории. Эта теория описывает вероятность соударений, их зависимость от температуры, давления и других параметров. Однако приведут ли эти соударения к реакции? Этот вопрос уже химический: он касается параметров молекул, участвующих в реакции, и механизма самой этой реакции.
Более удачный комментарий дает Б. М. Кедров, когда различает главную и побочную формы движения. "При наличии микроскопических движений тело как целое может находиться в макроскопическом отношении, как в состоянии относительного покоя, так и в состоянии макроскопического движения. Если, например, какой-нибудь молекулярный газ рассматривается как макроскопическое образование, то для него тепловая форма движения выступает как главная, ею характеризуется специфичность того более сложного материального образования, каким является этот газ по отношению к отдельным, образующим его молекулам; эта главная форма как раз и исследуется непосредственно при изучении термодинамики данного физического объекта.
Механическое же движение отдельных молекул, входящее в эту главную форму движения и связанное с нею структурно и генетически, выступает как побочная форма движения в том именно смысле, что она не имеет здесь уже того решающего значения, какое она имеет при механических процессах" [8, с. 172].
Можно было бы продолжить исторический экскурс в философские трактовки соотношения физики и химии. Например, интересно обсуждение соотношения химической и физических форм энергии в философии природы В. Оствальда (1903) [17]. Остановимся, однако, на обсуждении этого вопроса в отечественной литературе. Это обсуждение непосредственно базировалось па "Диалектике природы" Ф. Энгельса.
Уже при беглом взгляде на "Диалектику природы" становится ясно, что Энгельс не мог найти в своей схеме форм движений места для электродинамики, которая интенсивно формировалась как раз в то время, когда он писал эту книгу. В 1864 г. Дж. К. Максвелл сформулировал систему уравнений электродинамики, а в 1895 г. Лоренц описал взаимодействие электромагнитного поля с движущимися заряженными частицами. В "Диалектике природы" были замечания о теории электричества и магнетизма, но специально электрической или электромагнитной формы движения в ней не было. Более того, Энгельс порой скептически высказывался в отношении теорий электричества.
Интерпретируя роль электрических процессов в химии, советские авторы активно пользовались различением главной и побочной форм движения. "Если взаимосвязь механического и теплового движения была раскрыта еще в 40–60-х гг. XIX в., – писал Б. М. Кедров, – то сущность электрохимических процессов еще только “нащупывалась” учеными во времена Энгельса. Анализируя эту область, Энгельс подчеркивал главное, а именно – то, что это область проникновения двух форм движения – химической и физической (электрической)" [8, с. 191]. И далее: подобно квантово-механическим процессам электрические взаимодействия в химии относятся лишь к "побочным формам движения", неспособным исчерпать "главную форму движения" – химическое превращение [8, с. 304–305].
Здесь была упомянута квантовая механика. Преобразование химии на основе квантовой механики, состоявшееся в 1930–1950 гг., стало камнем преткновения для сторонников энгельсовских форм движения. Во-первых, у Энгельса физика – это форма движения молекул (молекулярная физика). Двигаясь в глубь материи, мы приходим к движению атомов, т.е. к химии. Далее у Энгельса идет биологическая форма движения, рассматриваемая как результат эволюции химической формы движения. Для квантовой механики просто нет места.
Во-вторых, квантовая механика (физическая теория) преобразила химию. Центральные понятия химии – "валентность", "химическая связь" получили квантовую трактовку. Началась эра квантовых расчетов. В середине 1960-х гг. Р. С. Малликен даже провозгласил приближение эры "рассчитывающих химиков", которые сотнями, если не тысячами пойдут не в лаборатории, а к "вычислительным машинам" [10, с. 606]. Возможно, Малликен преувеличивал. Но фактом является то, что появилась химическая дисциплина – квантовая химия, причем фундаментальная химическая дисциплина. В отличие от химической термодинамики, электрохимии и других областей физической химии квантовая химия образовывала общую концептуальную и исследовательскую базу почти всех областей химии.
С первой трудностью удалось справиться, приняв идею "химического клина" между двумя частями физики. Соответственно химической формой движения стали называть атомные процессы, отличные, с одной стороны, от процессов, описываемых молекулярно-кинетической теорией строения материи, а с другой стороны, от атомных и субатомных процессов, описываемых квантовой механикой и, далее, квантовой электродинамикой. Вторая трудность решалась опять же путем различения главной и побочной форм движения материи. "Отношение квантовой механики к химии, к химическому движению, – писал Б. М. Кедров, – напоминает отношение статистики к экономической науке: качественный, экономический анализ явления дает экономическая наука, и если он не дан предварительно, никакие статистические подсчеты не в состоянии дать правильную картину развития того или иного процесса в жизни общества" [8, с. 265-283, 334].
В советской философской литературе шла активная дискуссия о соотношении форм движения материи. Выше цитировались сочинения Б. М. Кедрова, который с большей аккуратностью, нежели некоторые иные философы, описывал развитие естествознания. Но идею химической формы движения обсуждали Р. В. Гаркавенко, Е. Ф. Солопов, А. М. Руткевич и др. Все они исходили из принципа иерархического строения природы: все они подчеркивали, что недопустимо сводить высшее к низшему и основное к побочному. Споры шли, в принципе, о деталях. Идея иерархичности, "лестницы" не ставилась под сомнение.
Все же нельзя было не учитывать и мнение тех, кто профессионально занимался квантовой механикой и квантовой химией. Они же большей частью подчеркивали сводимость химии к физике, во всяком случае, сводимость в принципе, в идее. Решающим было высказывание одного из классиков – П. А. М. Дирака, который уже в 1929 г. писал о том, что "общая теория квантовой механики закончена. Решающие физические законы, необходимые для математической теории большей части физики и всей химии, известны полностью, и трудности заключаются в том, что точное приложение этих законов ведет к слишком сложным для решения уравнениям" [26, с. 714].
Имея в виду позицию сторонников категорий, введенных Ф. Энгельсом, М. Г. Веселов писал в 1962 г.: "Обычно утверждается, что квантовая механика является физической теорией и поэтому она не может отразить специфику химической формы движения. Этот взгляд мы считаем неправильным. Квантовая механика в принципе содержит в себе возможность правильного объяснения всех явлений, происходящих в электронных оболочках любых систем, независимо от числа входящих в систему атомов, и потому она является теорией как физических, так и химических элементарных явлений" [2, с. 213].
Обзор полемики по вопросу соотношения химии и физики, проходившей в 1960–1970-е гг., содержится в наших книгах [14; 15]. Надо, все же, заметить и то, что в начале 1950-х гг. эта полемика не была безобидна: в 1951 г. состоялось Всесоюзное совещание по вопросам теории строения в органической химии, где была подвергнута уничижающей идеологической критике одна из теорий, входящих в квантовую химию, – теория резонанса (эта была качественная теория: главное место в ней занимали не расчеты, а развитие химической символики – многоформульное представление одной и той же молекулы [19]). Заодно критиковалась и квантовая химия в целом: эта теория была виновата, в частности, в редукционизме – в сведении высшей формы движения (химической) к низшей (физической) [13].
Критика теории резонанса закончилась, как и большинство идеологических кампаний, имевших место в советской науке. Победила академическая наука, победили специалисты но квантовой химии, развивавшие расчетные методы этой науки и ее концептуальный аппарат.
Уже в начале 1960-х гг. допускались весьма едкие замечания по поводу концепции главных и побочных форм движения материи. "Мне непонятно, – говорил Л. А. Марков, – как могут физические законы отойти на второй план... Будем рассматривать живой организм. Он состоит из элементарных частиц, которые группируются в атомы, молекулы. Физические законы, которые управляют этой системой, сохраняют силу. Но вместе с тем на них “накладываются” биологические законы. Бедная молекула! Что же ей тогда делать? Каких законов слушаться – физических или новых биологических?" [11, с. 168–169].
Далее А. А. Марков писал, что выведение биологических законов из физических – идеал, к которому надо стремиться. Ясно, что этот идеал предполагает, что и химические законы, в принципе, выводимы из физических.
Критика энгельсовской концепции форм движения материи была, конечно, проявлением свободы. Не всякий на нее был способен. Но вместе с тем эта критика была и формой зависимости: сама по себе она не несла каких-то новых конструктивных методологических идей и разработок.
Философская позиция, способная пролить свет на соотношение физики и химии, лежала совсем в иной плоскости, нежели идеи Ф. Энгельса и его комментаторов и "продолжателей дела". Это была позиция логического эмпиризма (логического позитивизма – см. гл. 5). Она позволяла заменить вопрос: сводится или не сводится химия к физике, на вопрос: как взаимодействуют эти науки? Более точно – она позволяла перенести вопрос о соотношении физики и химии в эпистемологическую плоскость, в плоскость теории научного знания, его структуры и функций. Логический эмпиризм не строит теории того, как устроена природа, он говорит о том, как устроено знание. В отношении вопроса о взаимосвязи химии и физики логический эмпиризм оперирует фразами "выводятся ли химические законы из физических?", "что надо дополнительно предположить, чтобы такая дедукция была возможна?", "какова структура квантовой химии?" и др. В его арсенале концептуальный аппарат логики и идея об обязательной эмпирической фундированности научного знания.