CC BY
65
УДК 55.001.33
А.А. Наймарк1, А.Г. Рябухин2
ДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ НА РУБЕЖЕ ДВУХ ОБЩЕНАУЧНЫХ ПАРАДИГМ
Показано, что динамическая геология как фундаментальное синтезирующее учение о геологических процессах переходит сейчас от парадигмы линейности, индуктивизма, эмпиризма к парадигме нелинейности, гипотетико-дедуктивному методу познания, чему сопутствует коренная перестройка методологических оснований этого учения.
Ключевые слова: геопроцесс, гипотеза, динамическая геология, нелинейность, факт.
It is shown, that the dynamic geology as the fundamental synthesizing doctrine about geological processes passes now from a paradigm of linearity, inductivity, empiricism to a paradigm of nonlinear-ity, a hypothetic-deductive method of cognition. This is accompanied with radical reorganization of the methodological bases of the given doctrine.
Key words: geoprocess, hypothesis, dynamic geology, nonlinearity, fact.
Введение. В 60—80-х гг. XX в. науки о Земле испытали глубокую концептуальную перестройку, вызванную рождением и бурным развитием тектоники литосферных плит. Но уже к началу 90-х гг. стало ясно, что не только в геологии, но и в естествознании в целом назревает еще более фундаментальная революция, которую сегодня сравнивают со становлением эволюционной теории в биологии конца XIX в., релятивистской и квантовой физики начала XX в. К настоящему времени это вылилось в коренное преобразование естественно-научных парадигм, связанное с развитием идей нелинейной динамики и сменой традиционных методологических установок. Меняются представления о соотношениях реальности и моделей, опыта и теорий, регулярности и случайности, упорядоченности и хаотичности, предсказуемости и непредсказуемости, системности и суммативности, эмпирического индуктивизма и гипотетико-дедуктивного метода. Стало очевидно, что характерные для геологии накопление и обобщение опытных фактов ведут к качественному повышению уровня знания о строении и динамике нашей планеты только при одновременном обсуждении и осмыслении новых концептуальных оснований наук о Земле. Этому посвящены труды [Горяинов, Иванюк, 2006; Жирнов, 2007; Короновский и др., 2004; Летников, 1992; Лобковский и др., 2004; Методы..., 1978; Образцов, 2008; Пущаровский, 1995, 1999; Страхов, 1989; Фадеев, 1993; Фролов, 2004; Хаин, 2003; Хаин и др., 2008; Ярошевский, 2007; Anderson, 2002; Turcotte, 1997] и многие другие, среди которых особо отметим глубокий методологический анализ, выполненный геологом и философом науки Д.Г. Егоровым [Егоров, 2004], аргументы и выводы которого далее широко использованы.
Динамическая геология в системе наук о Земле.
В традициях отечественных геологов — постоянное внимание к проблемам методологии наук о Земле. Содержание, структура, методы, систематика, терминология во многом определяют научную значимость той или иной области знания [Рябухин, Наймарк, 1999]. Так, динамическая геология уже давно стала важнейшей частью цикла геологических наук. Но ее содержание, задачи, соотношения со смежными дисциплинами, теоретические и методические возможности и перспективы до сих пор определены недостаточно четко.
Мы исходим из того, что физические свойства, закономерности, механизмы движения физических объектов изучает физика, геофизических объектов — геофизика, геологических объектов — физическая геология; геологические свойства, закономерности и механизмы движения геологических объектов изучает геология. Выделяя в составе физики механику, а в ее составе — динамику, на их пересечениях с геологией в рамках геофизики получим геомеханику, а в ее составе — геодинамику. Соответственно физическая геология должна включать механическую геологию, а последняя — динамическую геологию [Наймарк, Ря-бухин, 1999].
Содержание понятия «динамика» неоднозначно. В широком смысле это любые изменения во времени (динамика геологического процесса, производства, цен, болезни и пр.). Такой смысл целесообразно приписать динамической геологии, где обсуждаемый термин имеет подчиненное значение. Сюда можно отнести любые исследования геологических процессов — от простейших описаний до фундаментальных закономерностей. Более узкое понимание исходит из физики: динамика есть дисциплина о силах как при-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, ст. науч. с., канд. геол.-минерал. н., e-mail: fnaim@ya.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, проф., докт. геол.-минерал. н., e-mail: ana-ryabukhin@yandex.ru
чинах, источниках движения. Этот смысл естественно приписать геодинамике, в названии которой термин «динамика» основной. Эта дисциплина изучает закономерности изменения и взаимодействия силовых полей, обусловливающих механическое движение геологических объектов. Сказанное отражает разные уровни фундаментальности: в динамической геологии — уровень описания процессов в терминах геологии на основе применения геологических методов; в геодинамике — уровень объяснения, т.е. описания механизмов процессов в терминах динамики на основе применения физических методов.
Сферу динамической геологии традиционно определяют временными рамками исторической памяти человечества, т.е. возможностью визуального и инструментального наблюдения современных процессов. При этом объем динамической геологии частично перекрывает объемы специальных, предметных дисциплин, каждая из которых изучает проявления собственных геопроцессов. Проблема соотношений должна разрешаться, на наш взгляд, не формальным перекраиванием существующих определений и классификаций, а констатацией того, что уже давно стало фактом естественно-научного познания: динамическая геология — не дисциплина. Это фундаментальное, синтезирующее учение о геологических процессах, системно объединяющее (без претензий на изъятие) те разделы предметных дисциплин, которые исследуют отдельные классы процессов. В этом смысле методы таких специальных разделов — методы и динамической геологии. При таком понимании не нужно ни жестко следовать исторически приоритетной трактовке (изучение процессов только вживую), ни игнорировать ее: можно отнести к учению исследования и современных и древних геологических процессов.
Процессы, одновременные в одних и тех же областях на поверхности и в недрах Земли, не изолированы один от другого. Их взаимовлияние обусловливает системность совместного проявления, меняя его до неузнаваемости по сравнению с простым суммированием, что сильно затрудняет решение прогнозных задач. Известно, что любой геологический процесс проходит стадии относительно надежной и ненадежной (или даже невозможной) прогнозируемости. Это требует изучения таких особенностей геоэволюции, как нелинейность, самоорганизованность, бифурка-ционность, которые прямо влияют на прогнозируе-мость. Причины и значение перечисленных особенностей теоретически и экспериментально исследует геодинамика. Задача же динамической геологии — вскрыть своими методами такую стадийность, описать ее конкретные проявления, определить временные и пространственные границы и дать этот материал специалистам в области геодинамики.
Эта проблема в связи с выяснением механизма геопроцессов анализируется в рамках нелинейной геодинамики [Пущаровский, 1995, 1999]. Естественно полагать, что необходимый для этого геологический
материал должен быть осмыслен в рамках нелинейной динамической геологии, содержание которой освещено в работах [Горяинов, Иванюк, 2006; Летников, 1992; Лукьянов, 1998; Наймарк, 1998, 2000; Фадеев, 1993; Хаин и др., 2008; Anderson, 2002; Turcotte, 1997] и др.
Общеметодологические аспекты наук о Земле. Традиционно присущий геологии метод индукции позволяет из отдельных фактов выводить эмпирические закономерности. Но, как указал еще Ф. Бэкон, познанию препятствуют заблуждения познающего субъекта, а И. Кант писал, что опыт не приводит ни к истинным, ни к общим суждениям, а его правила, во многом случайные, не могут служить исходными принципами познания. Ныне вполне ясно, что, как отметила З.А. Сокулер, научная теория, будучи выведена из фактов, не превосходит их по информативности.
Методология верификации (проверки гипотез фактами) не выдержала испытания временем. Опыт может только опровергать; даже подтвержденность гипотезы так называемыми протокольными предложениями [Carnap, 1932], якобы беспристрастно фиксирующими реальность, оказывается лишь врё-менной. По К. Попперу, «чистые» эксперименты или наблюдения уже предполагают теоретическую заданность: мы наблюдаем только то, что нужно для решения определенной задачи.
По Т. Куну [Кун, 1977], ученые обычно следуют некой парадигме — системе убеждений, разделяемых значительным числом ученых и лежащих в основе создаваемых теорий. При этом разные парадигмы, по Т. Куну и П. Фейерабенду, «несоизмеримы», и их смена не предопределана какими-либо рациональными критериями. Хотя какой-то один абсолютный критерий здесь действительно невозможен, используется комплекс критериев, методологических принципов, но в реальности они вполне рациональны. Истинность же принципов определяется созданием теории, способной объяснять имеющиеся факты и предсказывать новые.
Заметим, что смысл и объем весьма популярного после работ Т. Куна понятия «парадигма» до сих пор трактуют очень неодинаково; критерии включения или невключения в парадигму тех или иных компонентов весьма размыты, оставляя простор для самых разных предложений. Целесообразно наложение некоторых ограничений. Во-первых, парадигмы могут быть разных уровней фундаментальности (общенаучная, общеестественно-научная, общегеологическая, геодинамическая и т.д.). (При этом парадигма более фундаментальная вовсе не есть сумма признаков парадигм менее фундаментальных.) Во-вторых, пытаясь сформулировать парадигму, важно уяснить, речь идет о сложившейся де-факто сегодняшней парадигме или о будущей, к созданию которой следует стремиться. При этом возникает ряд вопросов.
Если парадигма — общепринятая основа познания («без парадигмы нет науки») и если, как многие
полагают, в геологии сегодня такой основы нет, то получается, что и геологии как науки тоже нет. Если парадигма геологии должна, как нередко считают, включать независимые от теорий эмпирические обобщения, а обобщение — это мыслительная операция, тесно связанная с процессами абстракции, анализа, синтеза, то и эмпирические обобщения, и парадигма в целом непременно нагружены теоретически. Но если, по [Вернадский, 1988], эмпирические обобщения основываются только на фактах, не выходя за их пределы, то либо подобные обобщения заведомо достоверны лишь в отношении фактов, на которых непосредственно основываются, но тогда они нефундаментальны и не должны входить в парадигму; либо они распространены с изученных объектов на неизученные и тогда фундаментальны. Однако экстраполирование — это мыслительная операция, которая делает эмпирическое обобщение существенно теоретическим по способу получения, но неизбежно гипотетичным по отношению к реальности (по А. Пуанкаре, любое обобщение всегда гипотеза), а следовательно, непригодным для парадигмы. Если включаемый в общегеологическую парадигму принцип актуализма — это путь к реконструкции прошлого на основе временных инвариантов поведения геосистем, а для них (в общем случае нелинейных, неравновесных) такой инвариант — чрезвычайная зависимость от начальных условий, то актуализм применим лишь к линеаризуемым процессам и, следовательно, не может быть компонентом парадигмы.
Классическая парадигма динамической геологии. Автор первой научной гипотезы строения Земли Р. Декарт считал Землю остывшей звездой с огненным ядром и пустотой между внутренней и внешней корой; внешняя кора растрескивается и обрушивается на внутреннюю, приподнятые блоки слагают горы, над опущенными образуется море. Это, по [Егоров, 2004], первая в ряду гипотетико-дедуктивных концепций: Г. Лейбница (образование Земли из огненно-жидкого тела), И. Канта (конденсация Земли из газово-пылевого облака), П. Лапласа (вариант «горячей космогонии» Канта), А. Вернера (нептунизм).
Классическая эмпирическая парадигма, восходящая к индуктивизму Ф. Бэкона, создана Н. Стеноном, Дж. Хаттоном, Ч. Лайелем и др. В ней, в отличие от эволюционизма Ч. Дарвина, представления о развитии приняли форму униформизма (Ч. Лайель) и причинности в духе лапласовского детерминизма. Одно из ее следствий — превалирование описательно-собирательских («коллекторских») программ над исследовательскими. Н. Стенон стремился делать выводы на основе наблюдений и опытов, считая, что само природное тело содержит в себе указания на место и способ образования; он фактически провозгласил принцип актуализма, утверждая, что современное состояние явления свидетельствует о его прошлом. На наблюдения, в отличие от нептунизма, в основном опирался и плутонизм Дж. Хаттона. К. Гофф писал
о неправомерности объяснений физических явлений такими причинами, примеров которым нет сейчас в природе. Таким образом, в начале XIX в. в науках о Земле оформилась индуктивно-эмпирическая парадигма; считалось, что только описания фактов и их интерпретации составляют настоящую науку; дедуктивные построения не вызывали интереса и подвергались критике.
К середине XIX в. общепризнанными становятся взгляды Ч. Лайеля, который исходил из положений о единообразии геологических процессов во времени, о длительности и непрерывности действия геологических сил, о суммируемости изменений за длительное время. Предполагалась качественная неизменность процессов в геологической истории; геоэволюция сводилась к количественным изменениям. В середине XIX в. Д. Пэдж ратовал за истинные теории, индуктивно выводимые из фактов. В начале XX в. В.И. Вернадский писал о том, что в основе естествознания лежат только научные эмпирические факты и научные эмпирические обобщения и что по мере роста науки область фактов и обобщений должна увеличиваться, а область научных гипотез — уменьшаться. Позже Н.С. Шатский подчеркнул, что эмпирические обобщения — это и есть принципы геологических теорий. И сейчас еще нередко полагают, что в геологии главную роль играют знания, полученные из опытного материала, теоретическое же знание второстепенно. При обсуждении геологической теории выясняют, много ли фактов собрано лично ее автором, без этого его право на теоретизирование ставится под сомнение. То, что формализованные понятия выражают не реальные объекты, а абстракции, расценивается как принципиальный дефект. Применение математики сводится к статистической обработке данных.
Но сейчас вполне ясно, что в геологическом развитии статистические закономерности сложно взаимодействуют с динамическими; представления, основанные на конкретности, наглядности и очевидности, не позволяют строить доказательные рассуждения; в экспериментах же неизбежны масштабные эффекты: ход процесса в моделях может искажаться по сравнению с реальным геологическим. Если считать, что «правильные» теории выводятся из фактов, то любые альтернативные — это результат методических ошибок. Принципиальная неустранимость субъективности в наблюдении и эксперименте противоречит классическим идеалам разделения «объективных фактов» и «субъективных интерпретаций». Это обычно связывают со сложностью геологических объектов и недостаточной изученностью, упуская из виду неизбежную субъективность восприятия. Так, нередко считают, что нацеленность большинства геологических теорий на объяснение генезиса тех или иных объектов мешает «беспристрастному» описанию их структуры без привязки к какой-либо теории, как если бы выбору мест для археологических раскопок мешали бы исторические концепции [Егоров, 2004].
Между тем без изначальной теоретической (генетической) концепции никакие «объективные» данные о структуре отобрать нельзя, ибо неясно, какие именно факты в конкретном случае нужны, а какие — нет.
Новая парадигма динамической геологии. В последние 20 лет парадигма геологии перестраивается на основе идей нелинейной динамики в соответствии с гипотетико-дедуктивной методологией [Егоров, 2004]. Изменения состояния системы объясняют не только внешними причинами, как в классическом естествознани, но и внутренними, выводимыми из свойств самой системы. Мантийная конвекция как первоисточник движений в земной коре — это типичный самоорганизованный отклик системы на неспецифическое гравитационно-тепловое воздействие. Однако производные тектонические и петрологические процессы нередко еще традиционно рассматриваются как реакции пассивного материала. Полагают, например, что породы смяты в складки давлением жестких блоков извне, тогда как масштабное самоподобие, морфология складок и другие признаки могут указывать на роль внутренних процессов.
Если в классических представлениях равновесие системы статическое, то в случае самоорганизации стационарное, динамическое. В первом случае уравнения линеаризуемы вблизи положения равновесия, во втором же вдали от термодинамического равновесия такое приближение нецелесообразно: лишь при учете нелинейности системы становятся заметны ее сложные свойства. В классическом подходе внутренняя структура элементов системы может не рассматриваться, в самоорганизующихся же системах она подлежит учету, так как сложные системы состоят из сложных подсистем. Поэтому в классическом случае сложение характеристик частей системы даст их сумму; в случае же самоорганизации система как целое есть нечто большее, чем сумма частей. Классическому представлению о выведении порядка из детерминистских законов противостоит концепция эмерджентной самоорганизации порядка из флуктуаций. Именно нелинейные синергетические процессы определяют реальное развитие и структуру геологических объектов. Поэтому синергетика есть объективный базис целостной концепции Земли [Егоров, 2004].
Теории самоорганизации, самоорганизованной критичности подводят к синтезу идей катастрофизма и постепенности развития. Открытые нелинейные системы в своем детерминированном начальными условиями развитии постепенно достигают критического момента, когда скачкообразно меняются число и устойчивость теоретически равновозможных путей дальнейшей эволюции, из которых под действием случайной флуктуации избирается один. Выбор был бы предсказуем лишь при абсолютной точности задания начального состояния, что нереально.
Масштабное самоподобие геоструктур обусловлено автокаталитическим характером самоорганизации:
структуры первого поколения служат зародышами структур второго и т.д. Так возникают вполне характерные для реальности фрактальные геоструктуры с дробной размерностью. При этом линейные и фрактальные меры взаимодополнительны при характеристике реальных объектов в рамках разных — фрактальной или евклидовой — геометрий. Длину и фрактальную размерность измерить одновременно (при одном и том же масштабном преобразовании) нельзя. Принимать ли фрактальные размерности или протяженность — зависит от наблюдателя и конкретной решаемой задачи; говорить же об объективности получаемого результата принципиально невозможно [Егоров, 2004].
Нелинейность и предсказательная функция в новой парадигме динамической геологии. Динамическая геология, как и любая наука, развивается в конечном счете для того, чтобы стало возможным что-то предвидеть в будущем и/или реконструировать в прошлом. Традиционно полагают, что это требует постижения механизмов исследуемых процессов, которые следует считать в принципе прогнозируемыми, тогда как непредсказуемость — результат, быть может, длительного, но в перспективе уменьшающегося нашего незнания.
Однако еще в начале 60-х гг. XX в. Р. Фейнман подчеркнул, что для сколь угодно большой, но конечной точности задания начальных условий можно всегда указать такой промежуток времени, после которого предсказания становятся невозможны; и этот промежуток не так уж велик. По [Капица и др., 1997], один из фундаментальных результатов нелинейной динамики — осознание принципиальных ограничений в области получения прогноза даже для простейших механических, физических, химических систем. Во многих важных случаях существует горизонт предсказуемости, за который нам не суждено заглянуть, что весьма существенно меняет мировоззрение и картину мира. Все это говорит о том, что мы — свидетели новой научной революции. В рамках активно развивающейся нелинейной динамики разрабатывается общая теория самоорганизации, или самоструктурирования, в открытых сильнонеравновесных, высоконадкритичных системах (И. Приго-жин — теория диссипативных структур, Г. Хакен — синергетика). В поведении таких систем выявлен и детально исследован феномен неоднократных скачкообразных коллективных откликов их элементов в ответ на постепенные изменения внешних условий с возникновением многоранговых дискретных структур из гладких, непрерывных. Признаки этого явственны и в изучении геологических процессов. Самые разные явления — полосчатость горных пород, обратимость полярности геомагнитного поля, цикличность тек-тогенеза, разрастание трещин в квазиоднородных материалах, распределение сейсмичности в блочных массивах — теперь можно объяснять принципиально по-новому.
В 60—70—е гг. XX в. установлено, что: а) известное в гидродинамических системах хаотическое структурирование, или турбулентность, не привносится в жидкую материальную среду как линейный результат множественных, последовательно накладывающихся (суммирующихся) внешних возмущений, а является следствием определенных внутренних нелинейных взаимодействий, самоорганизации внутри системы в условиях сильной неравновесности; б) в режимах хаотического самоструктурирования, подобного турбулентности, функционирует помимо гидродинамических и множество других систем — физических, химических, биологических, геофизических — не только в жидкостях и газах, но и в твердых телах.
Важно, что поведение таких систем вполне может быть математически описано нелинейными дифференциальными уравнениями без каких-либо случайных факторов. Но из-за всегда неточных в реальности заданий начальных условий и оценок текущих состояний решения таких уравнений в близкритической области значений параметров могут быть как устойчивыми, так и неустойчивыми, неоднозначными, когда искомая функция получает в тот или иной закритический момент не единственное, а большее число значений. И то или иное из них физические системы «избирают», реализуют в особых точках бифуркации на том или ином структурном уровне (ранге) случайным образом. В результате эволюция системы характеризуется хаотическим решением вполне детерминистических уравнений, обнаруживая нерегулярные, усиливающиеся от высших (мелких) структурных уровней к низшим (крупным) рангам флуктуации — спонтанно организующиеся коллективные (синергетические) перемещения больших групп материальных частиц (структурных элементов). Подобные перемещения не обусловлены внешними возмущениями, возникая самопроизвольно под действием непрерывного плавного увеличения значений, притом даже не обязательно многих, а всего лишь одного-двух параметров, зависящих от внешних условий. Это происходит, когда связи между такими — управляющими — параметрами и другими переменными величинами системы нелинейны и когда вместе с тем система сильнонеравновесна.
Подобный — детерминистский — хаос не означает полной разупорядоченности (как при стохастическом хаосе, например броуновском движении). С одной стороны, бесконечное разнообразие состояний системы не безгранично. При достаточной длительности ее функционирования они занимают некоторый притягивающий их, ограниченный объем (аттрактор) математического — фазового — пространства состояний. С другой стороны, множества точек последовательных состояний — фазовые траектории — распределены в таком объеме не равномерно и сплошь, а сгруппированы в иерархию разномасштабных, сложно изгибающихся и разветвляющихся пучков, располагаются в нем как бы дырчато или решетчато (фрактально), в
общем образуя определенную структуру с не целой, а дробной размерностью. Перемещаясь в таком объеме по весьма запутанной траектории, система проходит с нерегулярными интервалами одну точку бифуркации за другой, в результате оказываясь в состоянии, совершенно непредсказуемом относительно исходного положения. Даже малейшее изменение начальных условий довольно быстро разводит исходно близкие фазовые траектории сколь угодно далеко.
То, что хаотическая динамика свойственна всем нелинейным явлениям, было воспринято как предвестник значительных перемен в естественно-научном и математическом мышлении. Особенности подобного детерминированно-хаотического поведения не могут не налагать существенные ограничения на всю стратегию как прогнозирования, так и реконструирования эволюции сильнонеравновесных систем. Но к их числу относятся и геодинамические системы. И гипотезы об их нелинейном, апериодическом, но и не чисто стохастическом поведении высказываются все чаще.
К настоящему времени после многочисленных наблюдательных, экспериментальных и теоретических исследований сложилось уже достаточно определенное понимание того, что, во-первых, реальные твердые, в том числе геологические, тела под сильной нагрузкой, за пределами их чисто упругих деформаций должны проявлять себя не как квазисплошные, а как структурированные — иерархически, самоподобно, не целочисленно, а дробно (фрактально). Во-вторых, сильнонеравновесные геодинамические системы на таком материальном носителе должны функционировать существенно хаотично [Наймарк, 1998, 2009].
Подчеркнем, по [Наймарк, 2006], важнейшие положения новой концепции, резко контрастирующие с привычными представлениями:
1) огромное большинство интересующих нас процессов в общем случае не поддается прогнозированию; надежный прогноз скорее исключение, чем правило;
2) непрогнозируемы не обязательно только сложные процессы, зависящие от множества трудно учитываемых факторов, но и сравнительно простые, контролируемые всего двумя-тремя факторами;
3) ни достоверная фактура, ни надежные методики, ни знание механизма процесса не гарантируют прогнозируемости: механизм часто оказывается таким, что порождает хаотическое, несводимое к средним траекториям поведение, непредсказуемое по своей природе, а не потому, что оно представляется нам таким из-за недостаточной фактической изученности или несовершенства методик изучения.
Эти выводы, учитываемые теперь в новых научных направлениях — нелинейной геологии, нелинейной геофизике, нелинейной геодинамике, нелинейной металлогении, — носят фундаментальный характер и, по мнению многих ученых, существенно меняют наше мировоззрение. Под сомнением оказалась давняя и
всеобщая убежденность, что любая непредсказуемость лишь следствие недостаточной изученности, что при более полном и детальном изучении хаотичная картина должна будет смениться закономерной и надежный прогноз станет возможным.
Но все вышесказанное не означает, что любые попытки прогнозирования заведомо бесперспективны. Во-первых, нелинейность геодинамических систем — необходимое, но не достаточное условие хаотического поведения. При небольшой удаленности системы от состояния равновесия в диапазоне докритических значений управляющего параметра, далеких от точки предстоящей бифуркации, его влияние описывается зависимостями, близкими к линейным. Подобная эволюция в принципе вероятностно предсказуема. Правда, необходимо еще точно знать, как далеко до бифуркации, за которой наш прогноз станет невозможным, а это заранее неизвестно.
Во-вторых, смысл хаотичности как разупорядо-ченности, непредсказуемости далеко не однозначен. Хаотично, например, тепловое движение молекул в покоящейся жидкости («стохастический хаос»), но макроскопические характеристики последней могут быть стабильны и вполне предсказуемы. Хаотична и турбулентная структура движущейся жидкости. Но в ней наряду с беспорядочным тепловым движением выделяются струи и их пучки, в которых взаимосогласованно перемещаются миллиарды молекул. Это, а также то, что струи и пучки, с одной стороны, состоят из аналогичных образований меньших масштабов, а с другой — причудливо изгибаются, разветвляются, перемещаются, свидетельствует о том, что хаотичность турбулентного потока сложно сочетает не только разупорядоченность, но и элементы порядка. Признаки своеобразной турбулизации усматривают и в характере эволюции растрескивания нагруженных породных массивов.
В-третьих, ни один природный процесс сам по себе не является, конечно, ни линейным, ни нелинейным. Таким или иным он предстает в нашем описании, выбранном нами приближении, полученном с помощью выбранных нами методов. В зависимости от того или иного нашего выбора (что в свою очередь предопределяется характером решаемой задачи) один и тот же процесс всегда может быть представлен и как нелинейный, и как линейный. В последнем случае он принципиально прогнозируем — настолько надежно, насколько приемлемы для решаемой задачи ошибки, вызванные отклонением действительного хода процесса от гипотетического линейного.
Следовательно, область надежной прогнозируе-мости вполне реальна, что и подтверждается практикой. Но она включает интервалы пространства и времени, где ход процесса с приемлемой погрешностью можно считать линейным. Нелинейно-динамическая концепция не запрещает прогнозирования эволюции природных систем вообще. Но она, во-первых, расширяет сферу непредсказуемости нелинейных систем на
всю область их сильной неравновесности; во-вторых, что особенно важно, обосновывает принципиальный характер такой непредсказуемости, не устранимой ни пополнением опытных данных, ни совершенствованием методов исследования, ни уточнением представлений о механизмах эволюции.
Научные факты в новой парадигме. Происходящая кардинальная парадигмальная перестройка потребовала принципиальных корректив в методологии наук о Земле. Традиционно считают несомненным, что в беспристрастных научных наблюдениях факты объективны, достоверны, всегда могут быть отделены от интерпретаций и поэтому составляют неоспоримый базис науки.
Но в последние десятилетия утвердилось двоякое понимание факта. Осознано, что факты обыденные и научные — это совершенно разные вещи: они получаются разными способами, их определения и области применения принципиально разные [Хаин и др., 2010]. Понимание факта как фрагмента самой реальности оправдывает себя в повседневной работе, обыденной жизни, но лишь пока не возникает несогласованности с другими фактами или существующими теориями. Тогда становится ясно, что факт — это не сама реальность, которая входит в наши научные труды не непосредственно, а в виде формулируемых нами и потому всегда небесспорных высказываний о ней. Особенности индивидуального опыта неизбежно накладывают отпечаток не только на высказывания об одних и тех же объектах, но и на результаты самих наблюдений, что подтверждено экспериментальной психологией.
С конца 50-х гг. XX в. в методологию науки прочно вошло понятие «теоретическая нагруженность» не только опытных фактов и их интерпретаций, но самих наблюдений и экспериментов [Hanson, 1958]. По К. Попперу, вера в то, что можно начать исследование с чистых наблюдений без какой бы то ни было теории, абсурдна. Теоретически нагружен сам язык наблюдений, и это не позволяет сформулировать нейтральные «протокольные предложения».
Но, по В.И. Вернадскому, эмпирические факты «общеобязательны и непреложны». Это вызывает вопросы. «Непреложность» — это истинность абсолютная или относительная? Абсолютную истину опыт открывать не может, ибо он планируется, реализуется, а его результаты формулируются субъектом познания. В силу этого любой опытный факт неизбежно интерпретирован и потому не может быть абсолютно непреложным. Эмпирическая истинность всегда относительна, ограничена целями и возможностями субъекта. Но нельзя ли непреложными считать обыденные факты на основании их очевидности? В этом случае пришлось бы отнести к непреложным фактам «вполне очевидные» изменения формы Луны, сближения рельсов в перспективе и т.п. либо признать очевидность недостаточным основанием для подобных заключений. Безусловно однозначное
отграничение даже самого простого эмпирического факта от интерпретации невозможно.
Отсюда следует, что факт — это не сама истина, а ее отражение в нашем сознании, детерминированное не только свойствами объективной реальности, но и целями, методами познания, профессией и опытом исследователя. В силу этого такое отражение всегда концептуально предвзято, интерпретировано и, значит, относительно истинно, а следовательно, не непреложно. Никакие «фактуально непреложные» утверждения о реальности в принципе невозможны. Они могут считаться таковыми только в рамках тех или иных теорий, концепций, парадигм.
Мир существует вне нас и независимо от нас. Но общеобязательного и неоспоримого эмпирического базиса науки не существует. Истинность теоретически нагруженных фактов относительна, а их содержание всегда может быть оспорено. Некогда безусловный принцип примата опытных фактов в современной науке коренным образом пересмотрен. Исследования не начинаются со сбора фактов, а теории не выводятся из них. Противоречащий теории факт не обязательно опровергает ее, он сам может быть пересмотрен в свете новой теории. Никаких фактов вообще, наблюдений вообще не существует. На научном уровне нет «чистых» фактов, полностью свободных от какой бы то ни было концептуальности. На обыденном уровне факт отделим от интерпретации, но лишь пока он не противоречит другим фактам.
На основе обыденного понимания факта как фрагмента самой действительности построить нетривиальные научные выводы невозможно. На основе методологически корректного понимания научного факта как концептуально нагруженного высказывания о действительности получаемые выводы не могут быть абсолютно адекватны реальности. Смешение обыденного и научного уровней познания приводит к профанации науки и к неоправданным затруднениям в практической работе.
В рамках такой методологической парадигмы обсуждаются вопросы не о том, важны ли факты для науки (важны, разумеется), а о том, что понимать под фактом; не о том, зависят ли факты от теорий (неизбежно зависят), а о том, как зависят и от каких теорий. Неучет теоретической нагруженности фактов — это, по существу, и объективно противостояние основным положениям современной методологии науки.
Заключение. Динамическая геология как поли- и междисциплинарное учение о приповерхностных и глубинных земных процессах находится сейчас на важнейшем за всю ее историю концептуальном переломе — от классической индуктивно-эмпирической парадигмы к новой, гипотетико-дедуктивной. Найден ли надежный путь к истине, в какой мере, на основе чего и какими средствами?
По [Хаин и др., 2008], ученые давно осознали, что истина относительна: она дается не только фак-
тами и логикой, но и способом познания. Научная теория не выводится из наблюдений и экспериментов: они сами всегда строятся на основе той или иной теории. Опыт поставляет не «чистые факты», а их интерпретации всегда в рамках некоторой теоретической концепции. Эмпирический базис не может быть абсолютно непредвзятым и неопровержимым, и любая опытная проверка небесспорна. Путь к объективному знанию не свободен от субъективности. Он всегда связан с некоторой парадигмой — общими принципами построения исследования и добываемого в нем знания. С другой стороны, без эмпирических фактов нет теоретических обобщений, а без теоретической основы невозможен целенаправленный сбор эмпирических фактов.
Подлинная наука — это область знаний непременно с собственной теорией, что и позволяет решать фундаментальные задачи. Эмпирия же, сколь бы обширна она ни была, без теории — база лишь преднауки. Одним только наблюдением реальности научные проблемы нерешаемы: реальность нужно гипотетически перестраивать так, чтобы аномальные факты не противоречили ей. При этом важны не согласие со всеми фактами, а способность приводить к новым следствиям, подтверждаемым опытом.
Научный факт не тождествен наблюдательным данным: он возникает на их основе после истолкования и внесения поправок. Сами факты без дополняющего «теоретизирования» не приводят к убедительному заключению. Никакое множество опытных данных не доказывает и не опровергает окончательно и безусловно никакую концепцию. Только после теоретической проверки эмпирическая зависимость отвергается или включается в науку. Именно абстрактные — объясняющие и предсказывающие, а не просто описывающие — модели обеспечивают фундаментальность и эвристическую мощь наук. Теория создается путем мыслительных операций не с реальными объектами, а с их моделями. Любое обобщение — это всегда абстракция. Неполнота в отношении одних свойств реальности и подробность, точность в отношении других — особенности любой модели, ни одна из которых не может быть пригодна для решения любой задачи.
Объективны и истинны ли наши представления об процессах геоэволюции, об истории формировании геологических тел? Любые предлагаемые модели различаются не истинностью и неистинностью, а только степенью своего соответствия или несоответствия действительности. Адекватность любой естественнонаучной теории всегда в принципе проблематична. Любая из них — не более чем только одна из бесконечного множества возможных моделей реальности. Их прямое назначение — не «быть истинными», а быть эффективными для решения определенных задач.
Наука устремлена к постижению истины как к объективному, хотя в реальности всегда лишь при-
близительному — неабсолютно адекватному, не окончательному, многовариантному — отражению мира. Случайность, сложность, необратимость действительности связывают ее с теориями весьма неоднозначно. Практически приемлемыми приходится считать концепции, где все происходит так, как если бы они отвечали реальности. Поэтому естествознание фак-
тически нацелено не на поиск истины как таковой, а на эффективное решение определенных научных проблем — в направлении не «полной фактуальной обоснованности», а максимальной эвристичности предлагаемых моделей. В ходе такой конкуренции и выявляются предпочтительные гипотезы и теории, закладывающие фундамент новых открытий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М.: Наука, 1988. 520 с.
Горяинов П.М., Иванюк Г.Ю. Геология на пороге новой парадигмы // Отеч. геология. 2006. № 3. С. 76—85.
Егоров Д.Г. Изменение парадигм в современных науках о Земле. М.: Академия, 2004. 183 с.
Жирнов А.М. Смена научной парадигмы в геологии как фактор прогресса или регресса // Отеч. геология. 2007. № 6. С. 74-80.
Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М.: Наука, 1997. 285 с.
Короновский Н.В., Хаин В.Е., Ломизе М.Г. и др. Основные проблемы и нерешенные вопросы динамической геологии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2004. № 5. С. 8-16.
Кун Т. Структура научных революций. М.: Прогресс, 1977. 300 с.
Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. Новосибирск: Наука, 1992. 230 с.
Лобковский Л.И., Никишин А.М, Хаин В.Е. Современные проблемы геотектоники и геодинамики. М.: Научный мир, 2004. 613 с.
Лукьянов А.В. Основные причины самоорганизации геологических процессов // Вопросы нелинейной геологии и геодинамики. М.: ГЕОС, 1998. С. 15-21.
Методы теоретической геологии. Л.: Недра, 1978. 335 с.
Наймарк А.А. Эволюция геодинамических систем: хаос или порядок? // Изв. вузов. Геология и разведка. 1998. № 1. С. 11-17.
Наймарк А.А. Нелинейная динамика — опровержение постулата прогнозируемости? (К новой парадигме геологии) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2000. № 6. С. 10-17.
Наймарк А.А. Концепция нелинейности в геологии / Ред. Н.В. Короновский. Общая геология: Учебник. М.: КДУ, 2006. С. 493-513.
Наймарк А.А. Грубодискретная фрактальность геологической среды и проблемы тектонофизического моделирования // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009. № 5. С. 3-11.
Наймарк А.А., Рябухин А.Г. Геофизика — тектоно-физика — тектонодинамика... (опыт дедуктивного подхода к классификации геолого-физических и физико-геологических дисциплин) // Изв. вузов. Геология и разведка. 1999. № 1. С. 130-141.
Образцов А.И. Диалоги о парадигме геологии // Отеч. геология. 2008. № 3. С.80-83.
Пущаровский Ю.М. О трех парадигмах в геологии // Геотектоника. 1995. № 1. С. 4-11.
Пущаровский Ю.М. Линейность и нелинейность в геологии // Там же. 1999. № 3. С. 42-49.
Рябухин А.Г., Наймарк А.А. Проблема классификации геологических наук // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 1999. № 2. С. б5-70.
Страхов В.Н. К новой парадигме сейсмологии // Природа. 1989. № 12. С. 4-9.
Фадеев В.Е. Нелинейные явления и их роль в геотектонике // Геотектоника. 1993. № 1. С. 7-12.
Фролов В.Т. Наука геология: философский анализ. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004. 128 с.
Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии (геология на пороге XXI в.). М.: Научный мир, 2003. 348 с.
Хаин В.Е., Рябухин А.Г., Наймарк А.А. История и методология геологических наук. М.: Академия, 2008. 41б с.
Хаин В.Е., Рябухин А.Г., Наймарк А.А. О некоторых актуальных проблемах методологии геологических наук // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2010. № 4. С. 3.
Ярошевский А.А. О парадигме геологии // Природа. 2007. № 1. С. 23-3б.
Anderson D.L. Plate tectonics as a far-from-equilibrium self-organized system // Plate boundary zones. Geodynamic ser. Mon. 30. 2002. Amer. Geophys. Un. P. 411-425.
Carnap R. Über Protokollsätze // Erkenntnis. 1932/33. Bd 3, H. 2/3. S. 215-228.
Hanson N.R. Patterns of discovery. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1958. 252 p.
Turcotte D. Fractals and chaos in geology and geophysics. Cambridge, Cambridge Univ. Press, 1997. 41б p.
Поступила в редакцию 11.05.2010
