CC BY
7
2008.02.008. НЭПИНЕН Л. НЕОБХОДИМОСТЬ ИСТОРИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ ПРИРОДЫ В ФИЗИКЕ И ХИМИИ.
NAPINEN L. The need for the historical understanding of nature in physics and chemistry // Found. of chemistry. - Dordrecht etc., 2007. -Vol. 9, N 4. - P. 65-84.
Предметом исследования Лео Нэпинена (заведующего отделением философии Таллинского технологического университета, Эстония) является проблема формирования нового исторического подхода к пониманию природы в контексте революционных изменений в естественных науках последних десятилетий, связанных с открытием и философской интерпретацией феномена самоорганизующихся систем. Для характеристики этих изменений в статье анализируются понятия организации и самоорганизации. Понятие организации означает процесс, который ведет к появлению целео-риентированных структур вследствие сознательной целенаправленной человеческой деятельности или вследствие внешних упорядочивающих воздействий. Тогда как понятие самоорганизации предполагает, что процесс развития таких структур происходит без участия сознательной целенаправленной человеческой деятельности или внешних упорядочивающих факторов. Внешние воздействия необходимы для самоорганизации, но только как условия, а не направляющие силы.
По мнению автора, истоки идеи самоорганизации можно обнаружить уже в аристотелевском учении о причинности. Четыре причины Аристотеля - материальную, формальную, действующую и целевую - в их неразрывном единстве автор интерпретирует как философскую идею самоорганизации (подразумевающую как процесс без участия внешнего устроителя, так и его результат), а первые три рода причин - как философское понятие организации (включая внешнего устроителя, процесс и его результат). Существенной характеристикой самоорганизующихся систем является их автономное, служащее определенной цели поведение; характеристики самоорганизующихся систем не могут быть сконструированы в соответствии с внешней целью.
В синергетике самоорганизация понимается как возрастание гармоничного поведения системы, не связанного с человеческим
вмешательством и внешними по отношению к системе факторами. Внешние факторы (сильное неравновесие) действуют только как условия. Самоорганизующиеся системы в синергетике имеют собственные автономные цели (в смысле аристотелевской природной целевой причины). Автор отмечает, что Г. Хакен интерпретирует понятия организации и самоорганизации аналогично предложенным автором философским дефинициям; Хакен учитывает неразрывное единство процесса, результата и истоков детерминант функционирования и поведения систем.
Понятие организации выражает ситуацию, в которой детерминанты процесса являются внешними и сам процесс приводит к формированию целенаправленных структур. Понятие самоорганизации отражает аналогичную ситуацию с той разницей, что детерминанты процесса являются не силами, а интегральными регуляр-ностями и они исходят из самой системы. С философской точки зрения необходимо подчеркнуть, что в экспериментальных ситуациях детерминанты организации являются определяемыми субъектом (экспериментатором).
В современном математизированном естествознании для изучения процессов существует две концептуальные системы: теория организации (кибернетика, кинетические теории в химии, например, теория эволюции открытых каталитических систем А. Руденко, и некоторые другие теории) и теории самоорганизации (нелинейная, неравновесная термодинамика И. Пригожина, теория самоорганизации биологических макромолекул М. Эйгена, синер-гетический метод Хакена и некоторые другие теории).
Основное отличие теорий организации от теорий самоорганизации заключается в том, что первые базируются на методе конструирования, тогда как последние исходят из уже существующего, из того, что дано в исторической реальности. Теории самоорганизации образуют новую концептуальную систему (в том смысле, в котором В. Гейзенберг различал пять связанных систем физических понятий), ведущую свое начало от работ Пригожина по проблемам нелинейной неравновесной термодинамики. Появление новой концептуальной системы связано с тем обстоятельством, что теории самоорганизации должны были первыми в точных науках использовать эволюционную модель и способы мышления, характерные для биологии. Что касается развития химии, то существует
четыре концептуальных системы химии: теории химических составов, химических структур, химической кинетики (характеризуемой категорией организация) и химической самоорганизации.
Фундаментальная предпосылка подхода Пригожина к природе состоит в том, что существуют необратимые природные процессы, которые делают возможной самоорганизацию. Фундаментальные законы природы выражают не однозначности (certainties), а возможности, и описывают мир, который необходимо понимать историческим способом. Исследования больших систем А. Пуанкаре сформировали у Пригожина убеждение, что определенность подхода с точки зрения детерминистской, симметричной во времени траектории не применима к глобальной динамике больших систем Пуанкаре. В ньютонианской парадигме положения частиц и траектории трактуются как фундаментальные онтологические сущности, определяемые динамической эволюцией систем. В парадигме Пригожина, напротив, фундаментальным онтологическим свойством больших систем Пуанкаре являются вероятностные распределения, т.е. характер крупномасштабных организаций частиц. В формулировке Пригожина, новые законы природы, так называемые законы хаоса, «имеют дело с возможностью событий, но не сводят эти события до вычислимых, предсказуемых последствий» (с. 70).
Пригожин многократно подчеркивал, что самоорганизация является результатом необратимых процессов. Поскольку все сложные системы подвержены необратимым процессам во времени, направление времени от прошлого через настоящее к будущему называется стрелой времени. Пригожин определял самоорганизацию как «выбор между решениями, появляющимися в точке бифуркации, определяемыми законами вероятности» (с. 71). По При-гожину, существуют непрерывные ряды бифуркаций, представляющие «исторический» элемент. Все структуры вокруг нас являются специфическими результатами таких исторических процессов, а простейшим примером этого является поведение химических реакций в далеких от равновесия системах (с. 72).
Пригожин постулировал второй закон термодинамики как фундаментальную теоретическую идею, как принцип селекции, ведущий к нарушению временной симметрии. Он трактовал нарушение временной симметрии как внутренне свойство, означающее, что трактовка времени как действующего фактора (оператора) мо-
жет сделать возможным объяснение внутреннего (не зависящего от новых взаимодействий) нарушения временной симметрии одновременно в механике, квантовой физике и теории относительности. В интерпретации Пригожина второй закон термодинамики выражает выбор между состояниями, которые возможны.
Традиционная интерпретация второго закона термодинамики утверждает, что объекты, если «предоставлены сами себе», развиваются в направлении возрастания энтропии. В 60-е годы Приго-жин и его последователи показали, что в реальном мире частицы (атомы и молекулы) почти никогда не бывают «предоставленными сами себе». Всё воздействует на всё. Следствия в реальной ситуации включают нарушение временной симметрии, диффузию и нелокальные взаимозависимости. Пригожин рассматривал эти эффекты как «не-ньютонианские», поскольку описания распределения, зарегистрированные ими, не могут быть сведены к описаниям траекторий.
Чтобы верно оценить подход Пригожина, важно четко различать детерминистский хаос и квантовый хаос. При рассмотрении квантового хаоса мы должны принимать во внимание главное отличие ньютоновских законов и квантовой механики: если законы Ньютона - всецело детерминистские, то квантовые законы имеют вероятностный характер. Вследствие этого и других отличий хаос в квантовой механике нельзя охарактеризовать тем же способом, что и в ньютоновской механике.
Детерминистский хаос характеризуется идеей точной зависимости экспоненциально отклоняющихся траекторий от начальных условий. Принцип неопределенности Гейзенберга делает необоснованными рассуждения о начальных условиях и траекториях в квантовой механике. Пригожин связывал понятие хаоса с резо-нансами Пуанкаре. Резонансы Пуанкаре разрушают динамичную группу в гилбертовом пространстве (в котором прошлое и настоящее играют равнозначную роль) и делают возможным достижение полугрупп операторов (в дополненном гилбертовом пространстве), нарушая временную симметрию (с. 73).
Все динамические (механические и квантовые) системы с неисчислимым бесконечным числом частиц в непрерывном взаимодействии Пригожин, следуя Пуанкаре, называет неинтегрируемыми системами. В интегрируемых системах взаимодействие может быть
только временным: оно может быть элиминировано. Пригожин рассматривал химию как относящуюся к классу неинтегрируемых (с частицами в постоянном взаимодействии) систем Пуанкаре.
Детерминистский хаос моделирует системы с конечным числом элементов (или степеней свобод), квантовый хаос - с бесконечным числом элементов. Детерминистский хаос укоренен в точности исходных условий, т.е. в проблеме измерения, квантовый хаос - свойство квантовых больших систем Пуанкаре и проявляется в распаде (decay) квантовых корреляций. Если мы принимаем во внимание квантовый хаос, мы не можем даже в принципе считать, что мир является детерминированным, как это предлагалось классической точной наукой. Если детерминистски хаотические системы (конечные системы) описываются связанными уравнениями так, что переменные коррелируют друг с другом, в бесконечных неравновесных квантовых системах существует бесконечное число частей, коррелирующих друг с другом, и поэтому явление, возникающее в бесконечных квантовых системах, не может быть описано математическим аппаратом (например, гилбертово пространство), который еще используется для описания динамических систем.
Как детерминистский, так и квантовый хаос - это только модели, математические абстракции. Например, для физико-математического моделирования реакции Белоусова - Жаботинского исследователи считают обоснованным использование понятий как детерминистического, так и квантового хаоса. Для объяснения появления смыкания (closure) согласованной направленности процессов применимо понятие квантового хаоса, для расчета изменений в концентрациях химических препаратов - детерминистского. Мо-дель-орегонатор, например, является полностью определяемой системой дифференциальных уравнений. Однако мир как целостность должен быть интерпретирован как базирующийся на фундаментальной неопределенности.
Новая формулировка фундаментальных законов природы описывает мир, который, согласно Пригожину, должен быть понят на основе исторического метода. В связи с этим автор обращается к биологическим наукам, историческим по своей сути. Со ссылкой на С.Дж. Гулда подчеркивается исторический характер жизни: «Чтобы понять события и общность тропы жизни, мы должны пойти дальше принципов эволюционной теории к палеонтологическо-
му рассмотрению случайных образцов жизни на нашей планете -единичных актуализированных версий среди миллионов возможных неосуществленных альтернатив» (цит. по: с. 75). Гулд утверждал, что эволюция не может быть приравнена к прогрессу; он подчеркивал историческую случайность. Или, как замечал Приго-жин, «существует разнообразие эволюций, которые являются особенно очевидными в сфере биологии. Поэтому было бы ошибкой рассматривать простую одномерную эволюцию» (цит. по: с. 76).
Специфика исторического познания связана с ментальным реконструированием необратимого процесса в историческом времени. Характеризовать исторические явления невозможно без какого-либо знания об их прошлом, об их возникновении в процессе необратимой эволюции. Результаты и условия качественных скачков в историческом процессе не могут быть предопределены заранее, потому что будущее исторического явления не является неотъемлемым свойством настоящего. А физико-математические науки ищут законы (детерминированные или вероятностные), и поэтому в них в принципе не может «схватываться» историчность феномена; это может только использоваться в моделировании некоторых аспектов исторического явления, уже реконструированного историческим знанием.
Автор делает вывод, что понимание необратимых, самоорганизующихся и исторических процессов приходит «извне» физико-математической части теории Пригожина. Законы, в формулировке Пригожина, используются для моделирования процессов, которые уже были как-то осмыслены - здравым смыслом, философией или историческими исследованиями. Поэтому в контексте новой физико-математической науки обоснованно вести речь только об элементах или аспектах истории, но не об истории в ее полном смысле. Концептуальная схема Пригожина привносит в физику элемент «нарра-тива», который до этого работал только в исторических науках.
Теория Пригожина впервые в истории точных наук базируется не на абсолютизации обратимости фундаментальных процессов, а на признании реальной необратимости, что и делает возможным учитывать историю систем и их самоорганизацию. Биология является по преимуществу исторической дисциплиной, хотя частично в ней используют гипотетико-дедуктивные теории, которые базируются на человеческой конструктивистской активности. Физика в
течение последних трех столетий была наукой законов. Автор считает, что химия, связывая физику и биологию и имея при этом свой специфический характер, может существенно способствовать историческому пониманию мира.
Автор приводит мнение Дж. Эрлея-старшего, что «многие наиболее важные и интересные стадии в эволюционном эпосе являются химическими по своей природе - синтез водорода с гелием в звездах, появление тяжелых элементов в суперновых звездах, объединение неорганических соединений для производства космической пыли и со временем планет, отделение земной коры от мантии, геохимические циклы, возникновение жизни, возникновение фотосинтеза, симбиоз простых организмов и формирование многоклеточных форм жизни - все эти процессы могут быть рассмотрены с химической точки зрения» (цит. по: с. 78).
Новое естествознание вследствие новой формулировки законов природы признает креативность, основанную на случайности (событий) и необратимости природы, и допускает фундаментальную неопределенность всей истории природы и человеческого общества. В новой «идее природы» приоритет не приписывается какому-либо отдельному типу или уровню объектов - будь то микроскопическая корпускула, индивидуальный биологический организм или самоопределяющийся человек. Фундаментальными являются исторические процессы, посредством которых индивидуальные объекты интегрируются в функционально единые совокупности. Люди должны рассматриваться не как нечто отдельное от природного мира, а скорее как часть природы, состоящая из мириад более маленьких систем, а также как элементы крупномасштабных природных совокупностей - семейных, политических, экономических, лингвистических, культурных и экологических систем. «На смену разделения человеческого (внутреннего) и физического (внешнего) миров приходит актуальная потребность исторического понимания мира как единого, самоорганизующегося и эволюционирующего, которому также принадлежит человек, и понимания того среди его разнообразных исторических троп, что включает физические и химические стадии развития» (с. 79).
Т.В. Сохраняева
