ЛОГИКА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ НАУКИ. СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

ве с половиной тысячи лет истории науки не оставляют сомнений в том, что она развивается, т.е. необратимо качественно изменяется со временем. Наука постоянно наращивает объем знания, непрерывно разветвляется и усложняется. Ее развитие оказывается неравномерным: с «рваным» ритмом, чередованием периодов медленного и кропотливо­го накопления новых знаний и «обвального» эффекта внедрения в нау­ку «сумасшедших идей», за непостижимо короткое время опрокиды­вающих складывавшиеся веками картины мира. История науки внешне выглядит достаточно дробно и хаотично. Но наука изменила бы самой себе, если бы в этом «броуновском движении» гипотез, открытий, тео­рий не попыталась отыскать некую упорядоченность, закономерный ход становления и смены идей и концепций, т.е. обнаружить скрытую логику развития научного знания.

Выявление логики развития науки означает уяснение закономерно­стей научного прогресса, его движущих сил, причин и исторической обусловленности. Современное видение данной проблемы существен­но отличается от того, что господствовало почти до середины XX в. Прежде полагали, что в науке идет непрерывное приращение научно­го знания, происходит постоянное накопление новых научных откры­тий и построение все более точных теорий, создающее в итоге куму­лятивный эффект на разных направлениях познания мира. Ныне ло­гика развития науки представляется иной: последняя развивается не посредством непрерывного накопления новых фактов и идей, не шаг за шагом, а через фундаментальные теоретические сдвиги, в один пре­красный момент перекраивающие дотоле привычную картину мира и заставляющие ученых перестраивать свою деятельность в соответствии с принципиально иными мировоззренческими установками. Логику неспешной, пошаговой эволюции науки сменила логика научных ре­волюций и катастроф. Ввиду новизны и сложности проблемы в мето­дологии науки еще не сложилось общепризнанного подхода, или мо­дели, логики развития научного знания. Таких моделей множество. Но некоторые все же выбились в явные лидеры.

3.1. Общие модели развития науки

□ Концепция развития науки Т. Куна

Пожалуй, наибольшее число сторонников начиная с 1960-х гг. со­брала концепция развития науки, предложенная американским исто­риком и философом науки Томасом Куном (1922—1996). Отправным пунктом размышлений Т. Куна над проблемами эволюции научного знания стал отмеченный им любопытный факт: ученые-обществоведы славятся своими разногласиями по фундаментальным вопросам, ис­ходным основаниям социальных теорий; представители же естество­знания по такого рода проблемам дискутируют редко, большей частью в периоды так называемых кризисов в их науках. В обычное же время они относительно спокойно работают и как бы молчаливо поддержи­вают неписаное соглашение: пока храм науки, в котором все находят­ся, не шатается, качество его фундамента не обсуждается.

Способность исследователей длительное время работать в неких предзаданных рамках, очерчиваемых фундаментальными научными открытиями, стала важным элементом логики развития науки в кон­цепции Т. Куна. Он ввел в методологию науки принципиально новое понятие — «парадигма». Буквальный смысл этого слова — образец. В нем фиксируется существование особого способа организации зна­ния, который подразумевает определенный набор предписаний, за­дающих характер видения мира, а значит, влияющих на выбор на­правлений исследования. Парадигма содержит также и общеприня­тые образцы решения конкретных проблем. Парадигмальное знание не является собственно «чистой» теорией (хотя его ядром и служит, как правило, та или иная фундаментальная теория), поскольку не выполняет непосредственно объяснительной функции. Оно дает не­кую систему отсчета, т.е. является предварительным условием и предпосылкой построения и обоснования различных теорий.

Являясь по сути метатеоретическим образованием, парадигма определяет дух и стиль научных исследований. По словам Т. Куна, парадигму составляют «...признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу»¹. Ее содержание от­ражено в учебниках, фундаментальных трудах крупнейших ученых, а основные идеи проникают и в массовое сознание. Признанная научным сообществом, парадигма на долгие годы определяет круг проблем, привлекающих внимание ученых, является своеобразным официальным подтверждением подлинной «научности» их занятий. К парадигмам в истории науки Т. Кун причислил, например, ари­стотелевскую динамику, птолемеевскую астрономию, ньютонов­скую механику и т.д. Развитие, приращение научного знания внут-

Кун Т. Структура научных революций. — М.: Прогресс, 1975. — С. 11.

ри, в рамках данной парадигмы, получило название «нормальной науки». Смена же парадигм есть не что иное, как научная револю­ция. Наглядный пример — смена классической (ньютоновской) фи­зики на релятивистскую (эйнштейновскую).

Решающая новизна концепции Т. Куна заключалась в мысли о том, что смена парадигм в развитии науки не является однозначно детерминированным процессом, или, как модно сейчас выражаться, не носит линейного характера. Развитие науки, рост научного знания нельзя представлять себе в виде тянущегося строго вверх, к солнцу, дерева (познания добра и зла). Оно, скорее, похоже на развитие как­туса, прирост которого может начаться с любой точки поверхности этого растительного «ежика» и продолжаться в любую сторону. И где, с какой стороны нашего научного «кактуса» возникнет вдруг «точка роста» новой парадигмы — непредсказуемо принципиально! Причем не потому, что процесс этот произволен или случаен, а по­тому, что в каждый критический момент перехода от одного состоя­ния к другому имеется несколько возможных траекторий развития. Какая именно точка из множества возможных «пойдет в рост», зави­сит от стечения самых разнообразных обстоятельств. Таким образом, логика развития науки несет в себе определенную закономерность, но закономерность эта «выбрана» случаем из целого «веера» других, ничуть не менее закономерных возможностей. Из этого следует, что привычная нам ныне квантово-релятивистская картина мира в принципе могла бы быть и совсем иной, хотя, наверняка, не менее логичной и последовательной.

Переходы от одной научной парадигмы к другой Т. Кун сравни­вал с обращением людей в новую религиозную веру: мир привыч­ных объектов предстает в совершенно новом свете благодаря реши­тельному пересмотру исходных объяснительных принципов. Анало­гия с новообращением понадобилась Т. Куну главным образом для того, чтобы подчеркнуть, что исторически почти мгновенный акт смены парадигм не может быть истолкован строго рационально. Утверждение новой парадигмы осуществляется в условиях мощного противодействия сторонников прежней парадигмы, да к тому же новаторских подходов может оказаться сразу несколько. Поэтому выбор принципов, которые составят будущую успешную парадигму, осуществляется учеными не столько на основании логики или под давлением эмпирических фактов, сколько в результате внезапного «озарения», «просветления», иррационального акта веры в то, что мир устроен именно так, а не иначе.

□ Методология научно-исследовательских программ и. лакатоса

Однако далеко не все исследователи методологии научного по­знания согласились с таким выводом. Альтернативную модель раз-

вития науки, также ставшую весьма популярной, предложил анг­лийский математик, философ и историк науки И. Лакатос (1922— 1974). Его концепция, названная методологией научно-исследова­тельских программ, по своим общим контурам довольно близка к куновской, однако расходится с ней в принципиальнейшем пункте. И. Лакатос считает, что выбор научным сообществом одной из мно­гих конкурирующих исследовательских программ может и должен осуществляться рационально, на основе четких рациональных кри­териев.

В общем виде модель развития науки И. Лакатоса может быть описана следующим образом. Исторически непрерывное развитие науки представляет собой конкуренцию научно-исследовательских программ. Эти программы имеют следующую структуру:

• «жесткое ядро», содержащее неопровержимые для сторонни­
ков программы исходные положения;

• «негативная эвристика» — своеобразный «защитный пояс» яд­
ра программы, состоящий из вспомогательных гипотез и до­
пущений, снимающих противоречия с аномальными фактами.
(Если, допустим, небесная механика рассчитала траектории
движения планет, а данные наблюдения свидетельствуют об от­
клонении реальных орбит от расчетных, то сами законы меха­
ники подвергаются сомнению в самую последнюю очередь.
Вначале в ход идут гипотезы и допущения «защитного пояса»:
можно предположить, что неточны измерения, ошибочны
расчеты, присутствуют некие возмущающие факторы — неот­
крытые еще планеты и т.д. Известно, к примеру, что
И. Ньютон (1643—1727), испытывавший трудности с объясне­
нием стабильности Солнечной системы, был вынужден допус­
тить, что сам Бог исправляет отклонения в движении планет);

• «позитивная эвристика» — «...это правила, указывающие, ка­
кие пути надо избирать и как по ним идти»¹. Иными словами,
это ряд доводов, предположений, направленных на то, чтобы
изменять и развивать «опровержимые варианты» исследова­
тельской программы. В результате этого последняя предстает
не как изолированная теория, а как целая серия модифици­
руемых теорий, в основе которых лежат единые исходные
принципы.

Так, все тот же И. Ньютон вначале разработал свою программу для планетарной системы, состоящей всего их двух элементов: то­чечного центра (Солнца) и единственной точечной планеты (Земли). Но такая модель противоречила третьему закону динамики и потому была заменена Ньютоном на модель, в которой и Солнце, и планеты

¹ Лакатос И. Методология научных исследовательских программ // Вопросы фи­лософии. - 1995. - №4. - С. 135.

вращались вокруг общего центра притяжения. Затем были последо­вательно разработаны модели, в которых учитывалось большее число планет, но игнорировались межпланетные силы притяжения; потом Солнце и планеты предстали уже не точечными массами, а массив­ными сферами; и наконец, была начата работа над моделью, учиты­вающей межпланетные силы и возмущения орбит.

Важно отметить, что эта последовательная смена моделей ини­циировалась вовсе не аномальными наблюдаемыми фактами, а тео­ретическими и математическими затруднениями самой программы. Именно их разрешение и составляет суть «позитивной эвристики», по И. Лакатосу. Благодаря ей ученые, работающие внутри какой-либо исследовательской программы, могут долгое время игнориро­вать критику и противоречащие программе факты: они вправе ожи­дать, что решение конструктивных задач, определяемых «позитив­ной эвристикой», приведет в конечном счете к объяснению ныне непонятных или «непокорных» фактов. Это придает устойчивость развитию науки.

Однако рано или поздно позитивная эвристическая сила иссле­довательской программы исчерпывает себя. Встает вопрос о смене программы. «Вытеснение» одной программы другой представляет собой научную революцию. Причем эвристическая сила конкури­рующих программ оценивается учеными вполне рационально: «... Программа считается прогрессирующей тогда, когда ее теоретиче­ский рост предвосхищает ее эмпирический рост, то есть когда она с некоторым успехом может предсказывать новые факты... программа регрессирует, если ее теоретический рост отстает от ее эмпириче­ского роста, то есть когда она дает только запоздалые объяснения либо случайных открытий, либо фактов, предвосхищаемых и от­крываемых конкурирующей программой...»¹.

В результате получается, что главным источником развития науки выступает конкуренция исследовательских программ, каждая из которых, в свою очередь, имеет внутреннюю стратегию развития (позитивную эвристику). Этот «двойной счет» развития науки и обу­словливает картину непрерывного роста научного знания.

Концепции Т. Куна и И. Лакатоса оказались в итоге самыми влиятельными реконструкциями логики развития науки во второй половине XX в. Хотя, конечно, существует и множество других, менее известных концепций. Но как бы эти концепции ни отлича­лись друг от друга, все они так или иначе вынуждены опираться на некие узловые, этапные моменты истории науки, которые принято называть научными революциями.

¹ Лакатос И. История науки и ее рациональные реконструкции // Структура и развитие науки. — М: Прогресс, 1978. — С. 219, 220.

3.2. Научные революции

Сегодня вряд ли кто возьмется оспаривать тезис о наличии в истории науки революций. Однако термин «научная революция» при этом может иметь разное содержание.

Самая радикальная его интерпретация заключается в признании одной-единственной революции, которая состоит в победе над не­вежеством, суевериями и предрассудками, в результате чего и рож­дается собственно наука.

Другое понимание научной революции сводит ее к ускоренной эволюции. При этом любая научная теория может быть лишь мо­дифицирована, но не опровергнута.

Самая же экстравагантная точка зрения на природу и характер научных революций разработана К. Поппером. Ее называют кон­цепцией перманентной революции. Как мы помним, в соответствии с принципом фальсификации только та теория может считаться на­учной, которая в принципе опровержима. При этом потенциальная опровержимость рано или поздно превращается в актуальную, т.е. теория на самом деле терпит неудачу. Это-то, по К. Попперу, и есть самое интересное в науке, ведь в результате крушения теории возникают новые проблемы. А движение от одних проблем к дру­гим и составляет, по сути, прогресс науки.

□ понятие научной революции

Не вступая в дискуссии с вышеприведенными позициями, по­пробуем определить общезначимый смысл понятия «научная рево­люция». Слово «революция», как известно, означает «переворот». Применительно к науке это должно означать радикальное изменение всех ее элементов: фактов, закономерностей, теорий, методов, науч­ной картины мира. Но что значит изменить факты? Твердо установ­ленные факты, конечно, изменить нельзя, на то они и факты. Но в науке имеют значение не сами факты, а их интерпретация, объясне­ние. Сам по себе факт, не включенный в какую-либо объяснитель­ную схему, науке безразличен. Только вместе с той или иной интер­претацией он получает смысл, становится «хлебом науки». А вот ин­терпретация, т.е. объяснение, фактов подвержена порой самым ради­кальным переворотам. Наблюдаемый факт движения Солнца по небосводу поддается нескольким интерпретациям: и геоцентриче­ской, и гелиоцентрической. А переход от одного способа объясне­ния к другому и есть переворот (революция).

Объяснительные схемы для фактов поставляют теории. Множе­ство теорий, в совокупности описывающих известный человеку природный мир, синтезируются в единую научную картину мира — целостную систему представлений об общих принципах и законах устройства мироздания.

Таким образом, о радикальном перевороте (революции) в облас­ти науки можно говорить лишь в том случае, когда налицо измене­ние не только отдельных принципов, методов или теорий, но непре­менно и всей научной картины мира, в которой все базовые элемен­ты научного знания представлены в обобщенном виде.

Поскольку научная картина мира представляет собой обобщен­ное, системное образование, ее радикальное изменение нельзя свести к отдельному, пусть даже и крупнейшему научному открытию. По­следнее может, однако, породить некую цепную реакцию, способную дать толчок целой серии, комплексу научных открытий, которые в конечном счете и приведут к смене научной картины мира. В этом процессе наиболее важны, конечно, открытия в фундаментальных науках, на которые она опирается. Как правило, это физика и космо­логия. Кроме того, памятуя о том, что наука — это прежде всего ме­тод, нетрудно предположить, что смена научной картины мира должна означать и радикальную перестройку методов получения нового зна­ния, включая изменения в самих нормах и идеалах научности.

Таких четко и однозначно фиксируемых радикальных смен на­учных картин мира, т.е. научных революций, в истории развития науки вообще и естествознания в частности можно выделить три. Если их персонифицировать по именам ученых, сыгравших в этих событиях наиболее заметную роль, то три глобальные научные ре­волюции должны именоваться аристотелевской, ньютоновской и эйнштейновской.

Опишем вкратце суть изменений, заслуживших право имено­ваться научными революциями.

□ Аристотелевская научная революция

В VI—IV вв. до н. э. была осуществлена первая революция в по­знании мира, в результате которой и появилась на свет сама наука. Исторический смысл этой революции заключается в отличении науки от других форм познания и освоения мира, в создании опре­деленных норм и образцов построения научного знания. Наиболее ясно наука осознала саму себя в трудах великого древнегреческого философа Аристотеля. Он создал формальную логику, т.е. фактиче­ски учение о доказательстве, — главный инструмент выведения и систематизации знания; разработал категориально-понятийный ап­парат; утвердил своеобразный канон организации научного иссле­дования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы «за» и «против», обоснование решения); предметно дифференцировал са­мо научное знание, отделив науки о природе от метафизики (фило­софии), математики и т.д. Заданные Аристотелем нормы научности знания, образцы объяснения, описания и обоснования в науке пользовались непререкаемым авторитетом более тысячи лет, а мно­гое (например, законы формальной логики) действенно и поньвде.

Важнейшим фрагментом античной научной картины мира стало последовательное геоцентрическое учение о мировых сферах. Гео­центризм той эпохи вовсе не был «естественным» описанием непо­средственно наблюдаемых фактов. Это был трудный и смелый шаг в неизвестность: ведь для единства и непротиворечивости устройст­ва космоса пришлось дополнить видимую небесную полусферу ана­логичной невидимой, допустить возможность существования анти­подов, т.е. обитателей противоположной стороны земного шара, и т.д. Да и сама идея шарообразности Земли тоже была далеко не очевидной. Получившаяся в итоге геоцентрическая система идеаль­ных равномерно вращающихся небесных сфер с принципиально различной физикой земных и небесных тел была существенной со­ставной частью первой научной революции. (Конечно, сейчас мы знаем, что она была неверна. Но неверна — не значит ненаучна!)

□ Ньютоновская научная революция

Вторая глобальная научная революция приходится на XVI— XVIII вв. Ее исходным пунктом считается переход от геоцентриче­ской модели мира к гелиоцентрической. Это, безусловно, самый за­метный признак смены научной картины мира, но он мало отражает суть происшедших в эту эпоху перемен в науке. Их общий смысл обычно определяется формулой: становление классического естест­вознания. Такими классиками-первопроходцами признаны: Н. Ко­перник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, И. Ньютон.

В чем же заключаются принципиальные отличия созданной ими науки от античной? Их немало.

1. Классическое естествознание заговорило языком математики.
Античная наука тоже ценила математику, однако ограничивала сферу
ее применения «идеальными» небесными сферами, полагая, что воз­
можно только качественное описание земных явлений, т.е. немате­
матическое. Новое естествознание сумело выделить строго объектив­
ные количественные характеристики земных тел (форма, величина,
масса, движение) и выразить их в строгих математических законо­
мерностях.

2. Новоевропейская наука нашла также мощную опору в мето­
дах экспериментального исследования явлений со строго контроли­
руемыми условиями. Это подразумевало активное, наступательное
отношение к изучаемой природе, а не просто ее созерцание и умо­
зрительное воспроизведение.

3. Классическое естествознание безжалостно разрушило антич­
ные представления о космосе как вполне завершенном и гармонич­
ном мире, который обладает совершенством, целесообразностью и
т.д. На смену им пришла скучная концепция бесконечной, без цели
и смысла существующей Вселенной, объединяемой лишь идентич­
ностью законов.

4. Доминантой классического естествознания, да и всей науки
Нового времени стала механика. Возникла мощная тенденция све­
дения (редукции) всех знаний о природе к фундаментальным прин­
ципам и представлениям механики. При этом все соображения, ос­
нованные на понятиях ценности, совершенства, целеполагания, бы­
ли грубо изгнаны из царства научной мысли. Утвердилась чисто
механическая картина природы.

5. Сформировался четкий идеал научного знания: раз и навсегда
установленная абсолютно истинная картина природы, которую мож­
но подправлять в деталях, но радикально переделывать уже нельзя.
При этом в познавательной деятельности подразумевалась жесткая
оппозиция субъекта и объекта познания, их строгая разделенность.
Объект познания существует сам по себе, а субъект как бы со сторо­
ны наблюдает и исследует внешнюю по отношению к нему вещь
(объект), будучи при этом ничем не связанным и не обусловленным
в своих выводах, которые в идеале воспроизводят характеристики
объекта так, как оно есть «на самом деле».

Таковы особенности второй глобальной научной революции, условно названной по имени ее завершителя ньютоновской. Ее итог — механистическая научная картина мира на базе эксперимен­тально-математического естествознания. В общем русле этой рево­люции наука развивалась практически до конца XIX в. За это время было сделано много выдающихся открытий, но они лишь дополня­ли и усложняли сложившуюся общую картину мира, не покушаясь на ее основы.

□ Эйнштейновская научная революция

«Потрясение основ» — третья научная революция — случилось на рубеже XIX—XX вв.

В это время последовала целая серия блестящих открытий в фи­зике (открытие сложной структуры атома, явления радиоактивно­сти, дискретного характера электромагнитного излучения и т.д.). Их общим мировоззренческим итогом явился сокрушительный удар по базовой предпосылке механистической картины мира — убежденности в том, что с помощью простых сил, действующих между неизменными объектами, можно описать все явления природы и что универсальный ключ к пониманию происходящего дает в конечном счете механика И. Ньютона.

Наиболее значимыми теориями, составившими

основу новой парадигмы научного зна-

--------- _НИЯ стали теория относительности (специальная и общая) и квантовая механика. Первую

можно квалифицировать как новую общую теорию пространства, времени и тяготения. Вторая обнаружила вероятностный характер законов микромира, а также неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в самом фундаменте материи. Подробнее суть этих открытий будет рассмотрена в следующих главах. Здесь же целесообразно сформулировать те принципиальные изменения, которые претерпе­ла общая естественно-научная картина мира и сам способ ее по­строения в связи с появлением этих теорий. Наиболее контрастные ее изменения состояли в следующем.

1. Ньютоновская естественно-научная революция изначально бы­
ла связана с переходом от геоцентризма к гелиоцентризму. Эйн­
штейновский переворот в этом плане означал принципиальный от­
каз от всякого центризма вообще. Привилегированных, выделенных
систем отсчета в мире нет, все они равноправны. Причем любое
утверждение имеет смысл, только будучи «привязанным», соотне­
сенным с какой-либо конкретной системой отсчета. А это в конеч­
ном счете означает, что любое наше представление, в том числе и
вся научная картина мира в целом, релятивны, т.е. относительны.

2. Классическое естествознание опиралось и на другие исходные
идеализации, интуитивно очевидные и прекрасно согласующиеся со
здравым смыслом. Речь идет о понятиях траектории частиц, одно­
временности событий, абсолютного характера пространства и вре­
мени, всеобщности причинных связей и т.д. Все они оказались не­
адекватными при описании микро- и мегамиров и потому были
видоизменены. Так что можно сказать, что новая картина мира пе­
реосмыслила исходные понятия пространства, времени, причинно­
сти, непрерывности и в значительной мере «развела» их со здравым
смыслом и интуитивными ожиданиями.

3. Неклассическая естественно-научная картина мира отвергла
классическое жесткое противопоставление субъекта и объекта по­
знания. Объект познания перестал восприниматься как сущест­
вующий «сам по себе». Его научное описание оказалось зависимым
от определенных условий познания. (Учет состояния движения сис­
тем отсчета при признании постоянства скорости света; учет спосо­
ба наблюдения (класса приборов) при определении импульса или
координат микрочастицы и пр.).

4. Изменилось и «представление» естественно-научной картины
мира о самой себе: стало ясно, что «единственно верную», абсолют­
но точную картину не удастся нарисовать никогда. Любая из таких
«картин» может обладать лишь относительной истинностью. И это
верно не только для ее деталей, но и для всей конструкции в целом.

Итак, третья глобальная революция в естествознании началась с появления принципиально новых (по сравнению с уже известными) фундаментальных теорий — теории относительности и квантовой механики. Их утверждение привело к смене теоретико-методо-

логических установок во всем естествознании. Позднее, уже в рам­ках новорожденной неклассической картины мира, произошли ми-ниреволюции в космологии (концепции нестационарной Вселен­ной), биологии (становление генетики) и др. Так что нынешнее (начала XXI в.) естествознание весьма существенно видоизменило свой облик. Однако исходный посыл, импульс его развития остался прежним — эйнштейновским (релятивистским).

Таким образом, три глобальные научные революции предопре­делили три длительных стадии развития науки, каждой из которых соответствует своя общенаучная картина мира. Это, конечно, не оз­начает, что в истории науки важны одни лишь революции. На эво­люционном этапе также делаются научные открытия, создаются новые теории и методы. Однако бесспорно то, что именно револю­ционные сдвиги, затрагивающие основания фундаментальных наук, определяют общие контуры научной картины мира на длительный период. Понять роль и значение научных революций важно еще и потому, что развитие науки имеет однозначную тенденцию к уско­рению. Между аристотелевской и ньютоновской революциями ле­жит пропасть шириной почти в две тысячи лет; Эйнштейна от Ньютона отделяют чуть больше двухсот. Но не прошло и ста лет со времени формирования нынешней научной парадигмы, как у мно­гих представителей мира науки возникло ощущение близости новой глобальной научной революции. А некоторые даже утверждают, что она уже в разгаре. Так это или не так — вопрос спорный. Но экст­раполируя тенденцию ускорения развития науки на ближайшее бу­дущее, можно ожидать некоторого учащения революционных собы­тий в науке.

При этом научные революции, в отличие от социально-поли­тических, ученый мир не пугают. В нем уже утвердилась вера в то, что научные революции, во-первых, необходимый момент «смены курса» в науке, а во-вторых, они не только не исключают, но, на­против, предполагают преемственность в развитии научного зна­ния. Как гласит сформулированный Н. Бором (1885—1962) принцип соответствия: всякая новая научная теория не отвергает начисто предшествующую, а включает ее в себя на правах частного случая, т.е. устанавливает для прежней теории ограниченную область при­менимости. И при этом обе теории (и старая, и новая) могут мирно сосуществовать.

Земля, как известно, имеет форму шара. Но в «частном случае» перехода, например через улицу, ее смело можно считать плоской. В этих пределах данное утверждение будет вполне «соответствовать действительности». А вот выход за эти пределы (допустим, в косми­ческое пространство) потребует радикально изменить наши пред-

ставления и создать новую теорию, в которой найдется место и для старой, но лишь на правах крайнего (частного) случая. Та же кар­тина наблюдается и в случае классической и релятивистской физи­ки, евклидовой и неевклидовых геометрий и т.д.

Таким образом, диалектическое единство прерывности и непре­рывности, революционности и стабильности можно считать одной из закономерностей развития науки.

3.3. Дифференциация и интеграция научного знания

Другой важной закономерностью развития науки принято счи­тать единство процессов дифференциации и интеграции научного знания.

□ Дифференциация научного знания

Современную науку недаром называют «Большой наукой». Ее системная сложность и разветвленность поражают: ныне насчиты­вается около 15 тысяч различных научных дисциплин. Но это — сегодня. В прошлом картина была существенно иной. Во времена Аристотеля перечень всех существовавших тогда наук едва ли дос­тигал двух десятков (философия, геометрия, астрономия, геогра­фия, медицина и т.д.). Делавшее свои первые шаги научное знание было поневоле синкретичным, т.е. слитным, неразделенным. Рож­дение в XVII в. классического естествознания ознаменовало собой новую стадию изучения природы — аналитическую.

Стремление свести всю сложность единого, целостного мира природы к нескольким «простым элементам» настроило исследова­телей на подробнейшую детализацию изучаемой реальности. Изо­бретение таких приборов, как телескоп и микроскоп, гигантски расширило познавательные возможности и количество доступных изучению объектов природы. Поэтому рост научного знания сопро­вождался его непрерывной дифференциацией, т.е. разделением, дроблением на все более мелкие разделы и подразделы. В физике образовалось целое семейство наук: механика, оптика, электроди­намика, статистическая механика, термодинамика, гидродинамика и др. Интенсивно делилась и химия: сначала на органическую и неорганическую, затем на физическую и аналитическую, позднее возникла химия углеводородов и т.д.

Необходимость и преимущества такой объектной специализа­ции наук очевидны. Процесс этот продолжается и по сей день, правда, уже не такими стремительными темпами, как в XIX в. Толь­ко недавно оформившаяся в качестве самостоятельной науки гене­тика уже предстает в разных видах: эволюционная, молекулярная, популяционная и т.д. В химии появились такие направления, как квантовая химия, плазмохимия, радиационная химия, химия высо-

3 Концепции современного естествознания

ких энергий и т.п. Количество самоопределяющихся в качестве са­мостоятельных научных дисциплин непрерывно растет.

□ Интеграция научного знания

Но при этом уже в рамках классического естествознания стала постепенно утверждаться идея принципиального единства всех яв­лений природы, а следовательно, и отображающих их научных дис­циплин. Оказалось, что объяснение химических явлений невозмож­но без привлечения физики; объекты геологии требовали как физи­ческих, так и химических методов анализа. Та же ситуация сложи­лась и с объяснением жизнедеятельности организмов — ведь даже простейший из них представляет собой и термодинамическую и химическую систему одновременно.

Поэтому начали возникать «смежные» естественно-научные дисциплины типа физической химии, химической физики, биохи­мии, биогеохимии, химической термодинамики и т.д. Границы, про­веденные оформившимися разделами и подразделами естествозна­ния, становились прозрачными и условными.

К настоящему времени основные фундаментальные науки на­столько сильно диффундировали друг в друга, что пришла пора за­думаться о единой науке о природе.

Интегративные процессы в естествознании ныне, кажется, «пе­ресиливают» процессы дифференциации, дробления наук. Интегра­ция естественно-научного знания стала, по-видимому, ведущей за­кономерностью его развития. Она может проявляться во многих формах:

• в организации исследований «на стыке» смежных научных
дисциплин, где, как говорят, и локализуются самые интерес­
ные и многообещающие научные проблемы;

• разработке «трансдисциплинарных» научных методов, имею­
щих значение для многих наук (спектральный анализ, хрома­
тография, компьютерный эксперимент);

• поиске «объединительных» теорий и принципов, к которым
можно было бы свести бесконечное разнообразие явлений
природы (гипотеза «Великого объединения» всех типов фун­
даментальных взаимодействий в физике, глобальный эволю­
ционный синтез в биологии, физике, химии и т.д.);

• разработке теорий, выполняющих общеметодологические функ­
ции в естествознании (общая теория систем, кибернетика, си­
нергетика);

• изменении характера решаемых современной наукой проблем:
они по большей части становятся комплексными, требующими
участия сразу нескольких дисциплин (экологические пробле­
мы, проблема возникновения жизни и т.д.).

В принципе можно согласиться с тем, что ныне интегративные процессы в естествознании стали ведущей силой его развития. Од­нако это утверждение не следует понимать так, что процессы диф­ференциации научного знания сошли на нет. Они продолжаются. Дифференциация и интеграция в развитии естествознания — не взаимоисключающие, а взаимодополняющие тенденции.

3.4. математизация естествознания

Классическое естествознание, как уже отмечалось ранее, вырос­ло на основе применения экспериментально-математических мето­дов. Успешное использование математики для выражения законо­мерных связей и отношений любых природных объектов способство­вало возникновению веры в то, что научность (истинность, досто­верность) знания определяется степенью его математизации. «Книга природы написана на языке математики», — утверждал Г. Галилей. «В каждом знании столько истины, сколько есть математики», — вторил ему И. Кант. Логическая стройность, строго дедуктивный характер построений, общеобязательность выводов математики соз­дали ей славу образца научного знания. И хотя современная мате­матика весьма далека от идеала безупречной обоснованности и ло­гического совершенства, ее значение для естествознания не только сохраняется, но и усиливается.

«Выгоды» естествознания от использования математики много­образны. Во многих случаях математика выполняет роль универсаль­ного языка естествознания, специально предназначенного для лако­ничной и точной записи различных утверждений. Все, что можно описать языком математики, поддается выражению и на обычном языке, но изъяснение может оказаться столь длинным и запутанным, что это сильно усложнит жизнь. Математический же язык краток и компактен.

Однако главное достоинство математики, столь привлекательное для ученых-естественников, заключается в том, что она способна служить источником моделей, алгоритмических схем для связей, отношений и процессов, составляющих предмет естествознания. Конечно, любая математическая схема или модель — это «упро­щающая идеализация» исследуемого объекта. Но упрощение — от­нюдь не только огрубление, искажение. Это одновременно и выяв­ление ясной и однозначной сути объекта, с которой легко и просто работать.

Поскольку в математических формулах и уравнениях воспроиз­ведены некие общие соотношения свойств реального мира, они имеют обыкновение повторяться в разных его областях. На этом соображении построен такой своеобразный метод естественно­научного познания, как математическая гипотеза. В ней идут не от

содержания гипотезы к математическому ее оформлению, а наобо­рот, пробуют к уже готовым математическим формам подобрать некое конкретное содержание. Для этой цели из смежных областей науки выбирают какое-либо подходящее уравнение, подставляют в него величины другой природы (при этом возможно и частичное видоизменение самого уравнения) и производят проверку на совпа­дение с «поведением» исследуемого объекта.

Конечно, сфера применения такой математической «игры» огра­ничена теми родственными науками, где уже существует достаточно богатый математический арсенал. Но там, где она применима (на­пример, в физике), ее эвристические возможности весьма велики. Так, с помощью этого метода были описаны основные законы кван­товой механики. Австрийский физик Э. Шрёдингер (1887—1961), по­верив в волновую гипотезу движения элементарных частиц, сумел найти соответствующее уравнение, которое формально ничем не от­личается от хорошо известного классической физике уравнения ко­лебаний нагруженной струны. Но дав членам этого уравнения со­вершенно иную интерпретацию (квантово-механическую), Э. Шрё­дингер в итоге сумел получить волновой вариант квантовой механи­ки, в котором знаменитое уравнение заняло центральное место.

Роль математики в современном естествознании трудно переоце­нить. Достаточно сказать, что ныне новая теоретическая интерпрета­ция какого-либо явления только тогда считается полноценной, когда удается создать математический аппарат, отражающий основные за­кономерности данного явления. Однако не следует думать, что все естествознание в итоге будет сведено к математике. Построение раз­личных формальных систем, моделей, алгоритмических схем — лишь одна из сторон развития научного знания. Развивается же наука прежде всего как содержательное, т.е. неформализованное, неалго-ритмизированное, знание. Процесс выдвижения, обоснования и оп­ровержения гипотез, организацию экспериментов, научную интуи­цию и гениальные догадки в процессе познания формализовать не удается. «Логики открытий» не существует.

3.5. Принципиальные особенности современной естественно-научной картины мира

Словосочетание «научная картина мира» подразумевает некую аналогию между совокупностью описывающих реальный мир науч­ных абстракций и этаким большущим живописным полотном, на котором художник компактно разместил все предметы мира. Как и все прочие аналогии, она довольно приблизительно отражает суть дела, но в целом удачно.

Удачные же аналогии обладают удивительным свойством — их можно развернуть дальше, сделать подробнее, и при этом сходство с объектом аналогии сохранится! Попробуем проделать эту опера­цию с нашими «картинами мира».

Настоящие живописные полотна имеют один существенный не­достаток: степень сходства с изображаемым объектом порой бывает далека от желаемой. В стремлении добиться максимально точного изображения человечество изобрело фотографию. Точность повы­силась, но заметное неудобство стала причинять статичность, без­жизненность изображения. Человечество подумало и изобрело ки­нематограф: изображаемые объекты ожили, задвигались, возможно­сти адекватного воспроизведения реальности увеличились. Любо­пытно, но последовательно сменявшие друг друга научные картины мира (античная, ньютоновская и современная) претерпели очень похожие превращения.

Античный ученый мир рисовал свою «картину» с большой до­лей фантазии и выдумки, сходство же с реальностью было мини­мальным. Ньютоновская картина мира стала суше, строже и во много раз точнее (этакая черно-белая фотография, местами, правда, неясная). Нынешняя научная картина мира «оживила» неподвиж­ную доселе Вселенную, обнаружила в каждом ее фрагменте эволю­цию, развитие! Описание истории Вселенной потребовало уже не фотографии, а киноленты, каждый кадр которой соответствовал бы определенному этапу ее развития. Это главная принципиальная особенность современной естественно-научной картины мира — принцип глобального эволюционизма.

□ Глобальный эволюционизм

Появление принципа глобального эволюционизма означает, что в современном естествознании утвердилось убеждение в том, что ма­терия, Вселенная в целом и все ее элементы не могут существовать вне развития.

Это принципиально новый для естествознания взгляд на вещи, хотя сама идея эволюции родилась в XIX в. Наиболее сильно она прозвучала, как известно, в учении Ч. Дарвина о происхождении видов. (Справедливости ради надо отметить, что Дарвину принад­лежит не столько идея эволюции, сколько предложенный ее меха­низм; эволюционные представления обсуждались и ранее.) Данная концепция легла в основу зарождавшейся теоретической биологии. Эволюционное учение оказало сильнейшее влияние на умы совре­менников Ч. Дарвина, однако перебраться через пропасть, отделяв­шую науки о живом от наук о неорганическом мире, в XIX в. оно так и не сумело, ограничив свое действие растительным и живот­ным миром. Пожалуй, лишь в социологии была сделана попытка прямого переноса дарвиновских идей (Г. Спенсер (1820—1903)), но

это было уже за пределами естествознания. Классические же фун­даментальные науки, составлявшие основу ньютоновской картины мира, остались совершенно не затронутыми ни буквой, ни духом эволюционного учения. Вселенная в целом представлялась равно­весной и неизменяемой. А поскольку время ее существования бес­конечно, то вполне вероятен шанс появления в результате случай­ных локальных возмущений наблюдаемых неравновесных образова­ний с заметной организацией своих структур (галактик, планетных систем и т.д.).

Точно таким же «противоестественным» явлением, или арте­фактом (от лат. arte — искусственно, factus — сделанный), выгляде­ло появление жизни на нашей планете. И по всему выходило, что такого рода «отклонения» в существовании Вселенной — явления временные и со всем остальным космосом никак не связанные. Та­ков был довольно грустный итог естественно-научной картины ми­ра в XIX в.

В XX в. все радикально поменялось. Первую крупную брешь в антиэволюционном настрое классической физики пробило в начале 1920-х гг. открытие расширения Вселенной, или иначе — ее неста­ционарности. Но если Вселенная расширяется, а галактики разбе­гаются, то встает вопрос о силах, сообщивших галактикам начальную скорость и необходимую энергию. Современное (начала XXI в.) ес­тествознание считает, что оно может ответить на этот вопрос. Та­ким ответом является теория Большого взрыва, которая воспроиз­водит процессы зарождения нашей Вселенной из некоего исходного состояния и ее последующей эволюции, приведшей в конечном итоге к ныне наблюдаемому облику. Данная теория более или ме­нее прочно утвердилась в естествознании в 1970-е гг. (хотя сама идея была предложена еще в 1940-е гг.).

Не вдаваясь в детали (они будут рассмотрены позже), подчерк­нем радикальное обновление наших представлений об устройстве мироздания: Вселенная нестационарна, она имела начало во вре­мени, следовательно, она исторична, т.е. эволюционирует во вре­мени. И эту 15-миллиардолетнюю эволюцию в принципе можно реконструировать!

Таким образом, идея эволюции прорвалась в физику и космоло­гию. Но не только в них. В последние десятилетия благосклонное отношение к эволюционным представлениям начала проявлять и химия.

До сей поры проблема «происхождения видов» вещества химиков не волновала. Однако ситуация изменилась, когда концепция Боль­шого взрыва указала на историческую последовательность появления во Вселенной различных элементов. Ведь в первые мгновения жизни Вселенной в ней было так горячо, что ни один из компонентов ве­щества (атомы, молекулы) не мог существовать. Лишь в конце пер-

вых трех минут образовалось небольшое количество ядерного мате­риала (ядер водорода и гелия), а первые «нормальные», целые ато­мы легких элементов возникли через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва. Звезды первого поколения начинали жизнь с ограниченным набором легких элементов, из которых в результате самопроизвольного синтеза и образовались впоследствии все разно­образные элементы таблицы Менделеева. Так что в ней, возможно, зафиксирована не только структурная упорядоченность химических элементов, но и реальная история их появления.

Еще более любопытная картина обнаруживается при наложении идеи эволюции на процесс образования сложных молекулярных со­единений. Привычная нам дарвиновская эволюция показывает не­прерывное нарастание сложности организации растительных и живот­ных организмов (от одноклеточных до человека) через механизм есте­ственного отбора. Миллионы видов были отбракованы этим меха­низмом, остались лишь самые приспособленные и эффективные. По­разительно, но нечто похожее, по-видимому, происходило и тогда, когда природа только «готовилась» к зарождению жизни. Об этом свидетельствует тот факт, что из более чем ста известных химических элементов основу всего живого составляют только шесть: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая доля в живых ор­ганизмах составляет 97,4%. Еще 12 элементов дают примерно 1,6%.

Мир собственно химических соединений не менее диспропор­ционален. Ныне известно около 8 млн химических соединений, 96% из них — это органические соединения, образованные из все тех же 6—18 элементов. Из всех же остальных химических элементов при­рода почему-то создала не более чем 300 тыс. неорганических со­единений¹. Столь разительные несоответствия невозможно объяснить различной распространенностью химических элементов на Земле или в космосе. Она совсем другая. Налицо совершенно очевидный «от­бор» химических элементов, свойства которых (прочность и энерго­емкость образуемых ими химических связей, легкость их перераспре­деления и т.п.) «дают преимущество» при переходе на более высокий уровень сложности и упорядоченности вещества.

Механизм отбора просматривается и на следующем «витке» эволюции: из многих миллионов органических соединений в по­строении биосистем заняты лишь несколько сотен, из ста извест­ных аминокислот для образования белковых молекул живых орга­низмов природой использовано только двадцать и т.д. На такого рода факты и опираются представления о «предбиологической эво­люции», т.е. эволюции химических элементов и соединений.

Уже сформулированы первые теории химической эволюции как саморазвития каталитических систем. Конечно, в этой области еще

Кузнецов В.И. и др. Естествознание. — М.: Агар, 1996. — С.

очень много неясного, малообоснованного, но важен сам факт «об­ращения» современной химии в «эволюционную веру».

В XX в. эволюционное учение интенсивно развивалось и в рам­ках самой его прародительницы — биологии. Современный эволю­ционизм в научных дисциплинах биологического профиля предста­ет как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи: молекулярном, клеточном, организменном, популяцион-но-видовом и даже биогеоценотическом. Наиболее выдающиеся успехи достигнуты на молекулярно-генетическом уровне: расшиф­рован генетический механизм передачи наследуемой информации, выяснены роль и структура ДНК и РНК, найдены методы опреде­ления последовательностей нуклеотидов в них и т.п. Синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма) развела процессы микроэволюции (на уровне популяций) и макроэволюции (на над-видовых уровнях), установила в качестве элементарной эволюцион­ной единицы популяцию и т.д. Таким образом, именно дарвинов­ская концепция эволюции стала тем основным руслом, в которое вливаются многочисленные потоки разнородного специализиро­ванного биологического знания.

Идея эволюции праздновала успех и в других областях естество­знания: в геологии, например, окончательно утвердилась концеп­ция дрейфа континентов, а такие науки, как экология, биогеохи­мия, антропология, были изначально «эволюционны».

Таким образом, современное естествознание вправе заявить: «Все существующее есть результат эволюции!» Укорененность в ны­нешней научной картине мира представлений о всеобщем характере эволюции является ее главной отличительной чертой.

□ Синергетика — теория самоорганизации

В биологии концепция эволюции имеет давние устойчивые тра­диции. А вот физика и химия к таким идеям только привыкают. Облегчить этот процесс, видимо, призвано новое междисциплинар­ное научное направление, появившееся в 1970-х гг., — синергетика. Она претендует на то, что способна описать движущие силы эво­люции любых объектов нашего мира.

Появление синергетики в современном естествознании иниции­ровано, скорее всего, подготовкой глобального эволюционного син­теза всех естественно-научных дисциплин. Эту тенденцию в немалой степени сдерживало такое обстоятельство, как разительная асиммет­рия процессов деградации и развития в живой и неживой природе. Дело в том, что в классической науке (XIX в.) господствовало убеж­дение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию, что в энергетическом смысле и означало неупорядоченность, т.е. хаос. Та-

кой взгляд на вещи сформировался под воздействием образцовой физической дисциплины — равновесной термодинамики.

Эта наука занимается процессами взаимопревращения различ­ных видов энергии. Ею установлено, что взаимные превращения тепла и работы неравнозначны. Работа может полностью превра­титься в тепло посредством трения или другими способами, а вот тепло полностью превратить в работу принципиально невозможно. Это означает, что во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует выделенная самой природой направленность^. Знаменитое второе начало (закон) термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса (1822—1888) звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к горячему».

Закон сохранения и превращения энергии (первое начало тер­модинамики) в принципе не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии сохранялось в прежнем объеме. Но в реально­сти такого никогда не происходит. Вот эту-то односторонность, од­нонаправленность перераспределения энергии в замкнутых систе­мах и подчеркивает второе начало термодинамики.

Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие — энтропия. Под энтропией стали понимать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла следующий вид: «При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает».

Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с по­стоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наи­меньшей упорядоченностью движения частиц. Это — наиболее про­стое состояние системы, или состояние термодинамического равно­весия, при котором движение частиц хаотично. Максимальная эн­тропия означает полное термодинамическое равновесие, что экви­валентно полному хаосу.

Общий итог достаточно печален: необратимая направленность процессов преобразования энергии в изолированных системах рано или поздно приведет к превращению всех видов энергии в тепло­вую, которая рассеется, т.е. в среднем равномерно распределится между всеми элементами системы, что и будет означать термодина­мическое равновесие или полный хаос. Если наша Вселенная замкну­та, то ее ждет именно такая незавидная участь. Из хаоса, как ут­верждали древние греки, она родилась, в хаос же, как предполагает классическая термодинамика, она и возвратится.

Возникает, правда, любопытный вопрос: если Вселенная эво­люционирует только к хаосу, то как же она могла возникнуть и ор­ганизоваться до нынешнего упорядоченного состояния? Однако этим вопросом классическая термодинамика не задавалась, ибо

формировалась в эпоху, когда нестационарный характер Вселенной не обсуждался. В это время единственным немым укором термоди­намике служила дарвиновская теория эволюции. Ведь предполагае­мый этой теорией процесс развития растительного и животного мира характеризовался его непрерывным усложнением, нарастанием вы­соты организации и порядка. Живая природа почему-то стремилась прочь от термодинамического равновесия и хаоса. Эта явная «не­стыковка» законов развития неживой и живой природы по меньшей мере удивляла.

Удивление это многократно возросло после замены модели ста­ционарной Вселенной на модель развивающейся Вселенной, в ко­торой ясно просматривалось нарастающее усложнение организации материальных объектов — от элементарных и субэлементарных час­тиц в первые мгновения после Большого взрыва до наблюдаемых ныне звездных и галактических систем. Ведь если принцип возрас­тания энтропии столь универсален, как же могли возникнуть такие сложные структуры? Случайным «возмущением» в целом равновес­ной Вселенной их уже не объяснить. Стало ясно, что для сохране­ния непротиворечивости общей картины мира необходимо посту­лировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.

Стоит отметить, что постулат о способности материи к самораз­витию в философию был введен достаточно давно. А вот его необ­ходимость в фундаментальных естественных науках (физике, хи­мии) начинает осознаваться только сейчас. На волне этих проблем и возникла синергетика — теория самоорганизации. Ее разработка началась несколько десятилетий назад, и в настоящее время она развивается по нескольким направлениям: общая теория самоорга­низации (Г. Хакен (р. 1927)), неравновесная термодинамика (И. При-гожин (1917—2003)), автокатализ и др. Не вдаваясь в детали и осо­бенности развития этих направлений, охарактеризуем общий смысл предлагаемого ими комплекса идей, называемых синергетическими (термин Г. Хакена).

Главный мировоззренческий сдвиг, произведенный синергети­кой, можно выразить следующим образом:

а) процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции
во Вселенной по меньшей мере равноправны;

б) процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченно­
сти) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в ко­
торых они осуществляются.

Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется са­моорганизация как в живой, так и неживой природе.

Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации.

Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только те, которые удовлетворяют по меньшей мере двум условиям:

1) они должны быть открытыми, т.е. обмениваться веществом
или энергией с внешней средой;

2) они должны быть существенно неравновесными, т.е. находить­
ся в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.

Но именно таковы большинство известных нам систем. Изоли­рованные системы классической термодинамики — это определен­ная идеализация, в реальности же такие системы — исключение, а не правило. Сложнее со всей Вселенной в целом. Если считать ее от­крытой системой, то что может служить ее внешней средой? Совре­менная физика полагает, что такой средой для нашей вещественной Вселенной является вакуум.

Итак, синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей сложности и упорядоченности. В цикле развития такой системы наблюдаются две фазы:

1) период плавного эволюционного развития с хорошо предска­
зуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к
некоторому неустойчивому критическому состоянию;

2) выход из критического состояния одномоментно, скачком и
переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложно­
сти и упорядоченности.

Важная особенность заключается в том, что переход системы в новое устойчивое состояние неоднозначен. Достигшая критических параметров система из состояния сильной неустойчивости как бы «сваливается» в одно из многих возможных, новых для нее устой­чивых состояний. В этой точке, называемой точкой бифуркации, эво­люционный путь системы как бы разветвляется, и какая именно ветвь развития будет выбрана, решает случай! Но после того как «вы­бор сделан» и система перешла в качественно новое устойчивое со­стояние, назад возврата нет. Процесс этот необратим. А отсюда, ме­жду прочим, следует, что развитие таких систем имеет принципиаль­но непредсказуемый характер. Можно просчитать варианты раз­ветвления путей эволюции системы, но какой именно из них будет выбран случаем, однозначно спрогнозировать нельзя.

Самый популярный и наглядный пример образования структур нарастающей сложности — хорошо изученное в гидродинамике яв­ление, названное ячейками Бенара. При подогреве жидкости, нахо­дящейся в сосуде круглой или прямоугольной формы, между ниж­ним и верхним ее слоями возникает некоторая разность (градиент)

температур. Если градиент мал, то перенос тепла происходит на мик­роскопическом уровне и никакого макроскопического движения не происходит. Однако при достижении им некоторого критического значения в жидкости внезапно (скачком) возникает макроскопиче­ское движение, образующее четко выраженные структуры в виде цилиндрических ячеек. Сверху такая макроупорядоченность выгля­дит как устойчивая ячеистая структура, похожая на пчелиные соты.

Это хорошо знакомое всем явление с позиций статистической механики совершенно невероятно. Ведь оно свидетельствует о том, что в момент образования ячеек Бенара миллиарды молекул жидко­сти, как по команде, начинают вести себя скоординированно, со­гласованно, хотя до этого пребывали в хаотическом движении. Соз­дается впечатление, что каждая молекула «знает», что делают все остальные, и желает двигаться в общем строю. (Само слово «синер­гетика», кстати, как раз и означает «совместное действие».) Класси­ческие статистические законы здесь явно не работают, это явление иного порядка. Ведь даже если такая «правильная» и устойчиво «кооперативная» структура и образовалась бы случайно, что почти невероятно, то она тут же распалась бы. Но она не распадается при поддержании соответствующих условий (приток энергии извне), а устойчиво сохраняется. Значит, возникновение таких структур на­растающей сложности — не случайность, а закономерность.

Поиск аналогичных процессов самоорганизации в других клас­сах открытых неравновесных систем, вроде бы, обещает быть успеш­ным: механизм действия лазера, рост кристаллов, химические часы (реакция Белоусова—Жаботинского), формирование живого орга­низма, динамика популяций, рыночная экономика, наконец, в ко­торой хаотичные действия миллионов свободных индивидов приво­дят к образованию устойчивых и сложных макроструктур, — все это примеры самоорганизации систем самой различной природы.

Синергетическая интерпретация такого рода явлений открывает новые возможности и направления их изучения. В обобщенном ви­де новизну синергетического подхода можно выразить следующим образом.

1. Хаос не только разрушителен, но и созидателен, конструкти­
вен; развитие осуществляется через неустойчивость (хаотичность).
Порядок и хаос не исключают, а дополняют друг друга: порядок
возникает из хаоса.

2. Линейный характер эволюции сложных систем, к которому
привыкла классическая наука, — не правило, а скорее, исключение;
развитие большинства таких систем носит нелинейный характер.
А это значит, что для сложных систем всегда существует несколько
возможных путей эволюции.

3. Развитие осуществляется через случайный выбор одной из
нескольких разрешенных возможностей дальнейшей эволюции в
точках бифуркации. Следовательно, случайность — не досадное не-

доразумение, она встроена в механизм эволюции. А еще это озна­чает, что нынешний путь эволюции системы может быть и не луч­ше отвергнутых случайным выбором.

Синергетика родом из физических дисциплин — термодинами­ки и радиофизики, но ее идеи носят междисциплинарный характер. Они подводят базу под совершающийся в естествознании глобаль­ный эволюционный синтез. Поэтому в синергетике видят одну из важнейших составляющих современной научной картины мира.

□ Общие контуры современной естественно-научной картины мира

Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных откры­тых систем, развитие которых подчиняется некоторым общим зако­номерностям. При этом он имеет свою долгую историю, которая в общих чертах известна современной науке. Вот как выглядит хро­нология наиболее важных событий этой истории.

15 млрд лет назад — Большой взрыв 3 минуты спустя — образование вещественной основы Вселенной (фотоны, нейтрино и антинейтрино с примесью ядер во­дорода, гелия и электронов) Через несколько — появление атомов легких сотен тысяч лет элементов 14—11 млрд лет — образование разномасштабных назад структур (галактик), появление

звезд первого поколения, образо­вание атомов тяжелых элементов 5 млрд лет назад — рождение Солнца 4,6 млрд лет назад — образование Земли 3,8 млрд лет назад — зарождение жизни 450 млн лет назад — появление растений 150 млн лет назад — появление млекопитающих 2 млн лет назад — начало антропогенеза

Подчеркнем, что современной науке известны не только «даты», но во многом и сами механизмы эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Это фантастический результат. Причем наибо­лее крупные прорывы к тайнам истории Вселенной осуществлены во второй половине XX в.: предложена и обоснована концепция Большо­го взрыва, построена кварковая модель атома, установлены типы фун­даментальных взаимодействий, сформулированы первые теории их объединения и т.д. Мы обращаем внимание в первую очередь на успе­хи физики и космологии потому, что именно эти фундаментальные науки формируют общие контуры научной картины мира.

Картина мира, рисуемая современным естествознанием, необык­новенно сложна и проста одновременно. Сложна, потому что спо­собна поставить в тупик человека, привыкшего к согласующимся со здравым смыслом классическим научным представлениям. Идеи на­чала времени, корпускулярно-волнового дуализма квантовых объек­тов, внутренней структуры вакуума, способной рождать виртуальные частицы, — эти и другие подобные новации придают нынешней кар­тине мира несколько «безумный» вид. (Впрочем, это преходяще: ко­гда-то ведь и мысль о шарообразности Земли тоже выглядела абсо­лютно «безумной»).

Вместе с тем данная картина мира величественно проста, строй­на и даже элегантна. Подобные качества ей придают в основном уже рассмотренные нами ведущие принципы построения и органи­зации современного научного знания:

• системность;

• глобальный эволюционизм;

• самоорганизация;

• историчность.

Данные принципы построения научной картины мира в целом соответствуют фундаментальным закономерностям существования и развития самой Природы.

Системность означает воспроизведение наукой того факта, что наблюдаемая Вселенная предстает как наиболее крупная из всех известных нам систем, состоящая из огромного множества элемен­тов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности.

Под «системой» обычно понимают некое упорядоченное множе­ство взаимосвязанных элементов. Эффект системности обнаружива­ется в появлении у целостной системы новых свойств, возникающих в результате взаимодействия ее элементов (атомы водорода и кисло­рода, например, объединенные в молекулу воды, радикально меняют свои обычные свойства). Другой важной характеристикой системной организации является иерархичность, субординация — последова­тельное включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней.

Системный способ объединения элементов выражает их прин­ципиальное единство: благодаря иерархичному включению систем разных уровней друг в друга (по принципу матрешки) любой эле­мент любой системы оказывается связан со всеми элементами всех возможных систем (например, человек — биосфера — планета Зем­ля — Солнечная система — Галактика и т.д.). Именно такой, прин­ципиально единый, характер демонстрирует нам окружающий мир. Таким же образом орган

Поиск по сайту: