Гибкая трактовка редукции: редукция теорий без редукции онтологий в новой химии (самоорганизация и самосборка)

Рассматривая соотношение физики и химии в контексте вопроса о структуре научного знания (такая постановка вопроса свойственна логическому эмпиризму), мы нс находим каких-либо уязвимых пунктов в позиции редукционизма, позиции, предполагающей принципиальную сводимость химии к физике, а теории химической связи и валентности к квантовой механике. Наоборот, картина науки становится более ясной: в основе химии лежит физика и задача, встающая перед философом науки, состоит в том, чтобы описать многообразие положений и концепций, возникших в области химических приложений физических теорий.

Схема 18.4.2. Молекулярная диаграмма ферроцена

Однако возможна более мягкая трактовка межтеоретических отношений. У. Куайн, соглашаясь с трактовкой редукции как дедукции редуцируемой теории из той, к которой осуществляется редукция, замечает, однако, что онтология редуцируемой теории может при этом и не быть редуцирована, что она сохранится как автономная область объектов. Вспомним, что Куайн называет онтологией. Это совокупность объектов, предполагаемых теорией. Например, классическая (ньютоновская) механика исходит из того, что существуют материальные точки, силы, ускорения. Электродинамика предполагает, что существуют электромагнитные поля. Квантовая механика исходит из существования квантовых состояний микрочастиц.

Редукция одной теории к другой – это, в полном соответствии с тем, что пишет Э. Нагель (см. выше), дедукция положений первой теории из положений второй теории. Однако редукция теории еще не предполагает редукции ее онтологии. Например, редукция арифметики к теории множеств не означала того, что арифметические объекты (числа) были редуцированы к множествам. На уровне обоснования числа – это множества, и операции над числами сводятся к операциям над множествами. Числа, однако, продолжали "работать" на том уровне, на котором применяется арифметика.

Чтобы осуществить редукцию онтологий, надо, но Куайну, сформулировать специальную функцию замещения, выражающую редуцируемую онтологию через ту, к которой осуществляется редукция. Что касается вопроса о редукции химии к физике (квантовой механике), то, с одной стороны, в квантовой химии имеет место "онтологическая" редукция химического атома и химической связи к физическим. В результате химические атомы, а вслед за ними и состоящие из них "молекулы" представляют "вторичную" онтологию, которая применяется в химии, становящейся при таком взгляде подразделом квантовой механики. Однако, с другой стороны, как было указано выше, в химии, по-видимому, не все сводится к этим двум сущностям – атомам и связям, поэтому полной онтологической редукции не происходит^[1].

Не вникая в точную формулировку функции замещения, спросим: а что даст такая гибкая трактовка редукции (редукция теорий не означает редукции онтологий) для понимания соотношения квантовой механики и химии? Квантовая трактовка химической связи и валентности, означающая редукцию этих теорий к физике, – это одна сторона дела. В химии XX в. сохранились традиционная (укорененная в доквантовой химии) химическая терминология, традиционные химические концепции. Это в первую очередь концепции ионной и ковалентной связи, координационных соединений, символика валентного штриха, понятие структурной формулы, брутто-формулы. Уже в конце 1920-х гг. началось взаимодействие классических химических представлений и квантовых идей. Характерный пример здесь – теория резонанса, которая упоминалась в предыдущем параграфе. Она может трактоваться как развитие и обобщение многоформульного изображения строения молекулы, применяемого в классической химии. "Классическая структурная теория, – писал один из создателей этой теории Л. Полинг, – развивалась на основе только химических фактов, без всякой помощи со стороны физики. Теория резонанса также находилась в процессе становления еще до открытия квантовой механики... Теория резонанса является частью этой структурной теории, которая имеет, в сущности, эмпирическую индуктивную основу, она не является просто областью квантовой механики". "Основное значение квантовой механики для химии, – писал Л. Полинг в другой своей работе, – состоит во внедрении новых идей, как, например, представления о резонансе между несколькими электронными структурами, сопровождающемся увеличением устойчивости".

Итак, редукция химической теории связи и валентности к квантовой механике не лишила смысла классические химические представления: эти представления стали применяться на базе и во взаимосвязи с идеями квантовой механики. Однако наши рассуждения о классических химических представлениях в структуре квантовой химии становятся интересными в связи с новейшим развитием этих представлений, связанным с появлением супрамолекуляной химии и понятием самосборки. Эти события ставят под сомнение тот вывод, который был сделан в параграфе 18.4: вывод о принципиальной редуцируемости теории химической связи и валентности к квантовой механике. Они показывают, что в области синтетической химии действуют еще и законы информационного характера: супрамолекулярные соединения строятся по принципу молекулярной дополнительности, в них выделяются субстрат и рецептор, причем рецептор "воспринимает", "ощущает" субстрат. Как отмечает Дж. Лен в своей Нобелевской лекции, современная структурно-информационная теория синтеза может рассматриваться как обобщение классической теории комплексных соединений, где комплексообразователем (субстратом) необязательно служит ион переходного металла: в качестве такового могут выступать катионы, анионы и нейтральные органические молекулы [28, с. 89–112].

Супрамолекулярная химия генетически восходит к новейшему развитию биохимии. "Что такое супрамолекулярная химия? Лен определил ее как химию межмолекулярных связей, изучающую ассоциацию двух и более химических частиц... Она лежит за пределами классической химии, исследующей структуру, свойства и превращения отдельных молекул. Если последняя имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходит разрыв и образование валентных связей, то объектом изучения супрамолекулярной химии служат почти исключительно невалентные взаимодействия – водородная связь, электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры “без связи”^[2]. Как известно, энергия невалентных взаимодействий на один-два порядка ниже энергии валентных связей, однако если их много, они приводят к образованию прочных и, вместе с тем, гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Именно сочетание прочности и способности к быстрым и обратимым изменениям – характерное свойство всех биологических структур – нуклеиновых кислот, белков, ферментов, переносчиков частиц" [18, с. 32].

В нашей литературе идейная новизна современной химии часто связывалась с нелинейной неравновесной термодинамикой И. Пригожина, с его концепцией диссипативных структур, с концепцией самоорганизации, "работающей" вдали от химического равновесия [ 1, с. 33–47; 19]. Однако, самосборка и супрамолекулярная химия, по-видимому, более значимые и влиятельные концепции.