Естественная классификация наук о природе

Принципы такой классификации были сформулированы в ХIХ в. А. Кекуле и, особенно чётко, Ф. Энгельсом. Её основная идея в том, чтобы систематика естественно-научных дисциплин, областей и отраслей непосредственно отражала бы историческое саморазвитие материи от низшего к высшему. Современная системно-историческая картина мира делает такую классификацию наук особенно чёткой и эффективной. Физическая отрасль естествознания при этом составляет его фундамент, химическая отрасль надстраивается над ней, а биологическая отрасль – над химической. Такая концептуальная схематизация феномена естествознания позволяет легко понять качественное отличие интеграции естественных наук неклассической эпохи от интеграции классического типа. До создания нерелятивистской квантовой механики человеческая мысль осваивала структурно-генетический ряд материи от высшего к низшему. После этого она концептуально объединяет физику, химию и биологию подобно тому, как сами высшие формы материи исторически надстраивались над низшими, структурно и генетически исходными. В свете этой схемы очевидно и качественное различие нерелятивистских и релятивистских обобщений квантовой теории в неклассической науке ХХ в. Естественно возни-

Илл. 45. В 70-х гг. XIX в. не было оснований считать периодическую систему Д. И. Менделеева эволюционной теорией, как и вообще не было оснований считать эволюционной всю химическую отрасль естествознания. Положение в корне изменилось после того, как в 1927 г. было завершено формирование квантовой теории простейшего атома – водородного. На основе этой теории, а также с позиций квантово-механического принципа Паули периодический закон мгновенно получил своё научно-теоретическое объяснение – подобно тому, как в конце XVII в. на основе ньютоновского закона всемирного тяготения были немедленно объяснены кеплеровские законы кинематики планет Солнечной системы. Уже в 1928 г. была построена квантовая теория химической связи. К 1932 г. были заложены основы квантовой теории кристаллических структур – металлов, диэлектриков, полупроводников и др. Поступательным усложнением своего понятийного аппарата от квантовой теории простейшего атома до квантовых теорий сложных атомов, молекул и кристаллов нерелятивистская квантовая теория по-своему повторяла космогоническую эволюцию само́й материи в недрах звёзд, в условиях межзвёздной среды и планет. Это было отнюдь не равнозначно созданию детальной и систематической квантовой теории химической эволюции материи. Речь можно вести только об однонаправленности познавательного процесса теоретического естествознания и отражаемого им грандиозного эволюционного процесса в природе: и там, и там развитие осуществлялось от низшего к высшему, от простого к сложному. Но по сравнению со всем предшествовавшим познанием химией и физикой структурно-генетического ряда материи это стало революционнейшим переворотом.

Скрытый, неявный эволюционизм периодической системы был особенно чётко выявлен ядерной астрофизикой, которая в конце 30-х гг. ХХ в. раскрыла термоядерную природу энергетики звёзд. По-своему способствовал этому и Н. Бор, предложивший в 1921 г. лестничную форму периодической системы. В такой форме периоды соответствуют уровням структурной организации вещества в форме химических элементов. Вместе с тем, иерархия этих уровней, в целом, соответствует последовательности наработки в звёздных недрах ядер всё более сложных и тяжёлых химических элементов до железа включительно, начиная с исходного уровня простейших элементов – водорода и гелия. Происхождение последних в 50–60-х гг. ХХ в. было объяснено в теории космологического нуклеосинтеза. Наработка ядер тяжелее железа осуществляется в мощных нейтронных потоках в процессе взрывов Сверхновых звёзд. Закрыв на илл.

все верхние структурные уровни химических элементов и оставив в поле зрения только первый уровень с водородом и гелием, мы в известной мере воспроизводим эпоху формирования первых звёзд в первых галактиках, когда никаких других химических элементов (за исключением небольших примесей ²Н, ⁴Не, ³Не и ⁷Li) в природе не существовало. Но и в данном случае речь может идти не более чем о первом впечатляющем совпадении научной теории с кос-могонической эволюцией материи только в самых общих чертах. Периоди-ческая система Д. И. Менделеева, конечно, отнюдь не представляет собой де-тальной и систематической теории такой эволюции.

Илл. 46. Такова, в основных чертах, иерархия структурных уровней материи в фо-рме вещества, выявленная физикой, химией и биологией к последней четверти ХХ в. Что касается материи в форме полей, то их структурная иерархия остаётся одной из открытых научно-теоретических и научно-мировоззренческих проблем. Во-первых, квантовая статистика Бозе–Эйнштейна, которой подчиняются элементарные частицы полей, склонна смешивать законы их поведения на элементарной уровне и на высших уровнях структурной организации. Во-вторых, поскольку фотоны и гравитоны как переносчики дальнодействующих электромагнитных и гравитационных взаимодействий движутся со скоростью света, сами они, согласно специальной теории относительности, вне времени. Поэтому применительно к полям (во всяком случае, к электромагнитному и гравитационному) проблематично само понятие эволюции, поступательного развития во времени от низшего к высшему. Но применительно к вещественной части мироздания эволюционная модель успешно работает, приводя совокупность знаний физики, химии и биологии в весьма стройную научно-мировоззренческую систему.

Прежде всего, подчеркнём, что реальная иерархия уровней структурной организации материи в форме вещества ещё сложнее. Так, уровень 3 сам структурируется в соответствии с периодическим законом в лестничной форме, который представлен на предыдущей иллюстрации. Уровень 1 «расщепляется» на подуровни подлинно неделимых частиц (кварков и лептонов) и на уровень частиц, составленных из кварков. Своя «тонкая структура» имеется у всех уровней, представленных на данной иллюстрации.

Эта иерархия структурных уровней вещества называется структурно-генетиче-ским рядом. Это значит, что более глубокие уровни соответствуют более ранним этапам космологической и космогонической эволюции материи. В многоуровневой структуре современных объектов объекты этих уровней функционируют в духе общесистемной подчинённости низшего высшему, т. е. далеко не только по тем законам, которым они подчинялись, когда занимали в природе безраздельно господствующее положение. Тем не менее, схема отчасти соответствует истории космологической и космогонической эволюции материи в форме вещества, особенно, снизу. Закрыв на ней все высшие структурные уровни и оставив в поле зрения только уровни 0 и 1, мы как бы возвращаемся в раннюю историю расширения «горячей» Вселенной, когда её температура была порядка 10¹⁹–10¹⁸ К и когда никаких других форм вещества, кроме элементарных частиц, не было и не могло быть. Оставив в поле зрения только уровни 0, 1 и 2, мы как бы возвращаемся в космологическую эпоху образования первых звёзд в первых галактиках и первичной наработки химических ядер химических элементов высших периодов.

Во второй половине ХХ в. физика элементарных частиц стала концептуально связываться воедино с теорией Большого Взрыва и расширения «горячей» Вселенной. Этот момент отражается схемой на илл. 43.3. Её цветовой фон отражает то обстоятельство, что космологическая и космогоническая эволюция вещества осуществлялась по мере понижения температуры Вселенной. Поэтому образование первых звёзд в первых галактиках соответствовало весьма «горячему» этапу эволюции Вселенной. Схема настоящей иллюстрации этого не отражает. Она соответствует иерархии структурных уровней вещества в современную космологическую эпоху. Это особенно относится к её правой ветви, которая фиксирует иерархию структурных уровней живой материи. (См. в параграфе 8.1 темы 8.) Но на то она и концептуальная схема. Без таких схем нет ни теорий научного качества, ни научных картин мира, связанных с ними. (См. статьи «Концептуальные схемы» и «Научная теория» в словаре-справо-чнике.)

Данная схема детализирует научно-мировоззренческое представление о субординации основных форм движения материи в форме вещества, которое сложилось к концу XIX в. и, в основном, оказалось верным. Физическая форма движения – базисная, самодостаточная. Она не нуждается в более высокоорганизованных формах движения – в химической и, тем более, в биологической. Однако последние в ней нуждаются. Они по отношению к ней являются «надстроечными». В XIX в. физическая форма движения ещё связывалась преимущественно с механической. Наука ХХ в. внесла в такие представления существенную коррективу. Механистическая физика наиболее адекватна уровню 9.1 объектов небесной механики, т. е. сравнительно высшим формам движения материи. Самодостаточный физический структурный фундамент материи теперь связывается с объектами уровней 2, 1 и 0. В наблюдаемой Вселенной они безраздельно господствуют и в пространственном смысле. Даже в галактиках химическая эволюция на уровне 4 начинается в локальных областях межзвёздного пространства. Далее она может развиваться лишь в условиях планет. Но, во-первых, в галактиках, в которых преобладают двойные звёзды и тесные звёздные скопления, звёздно-планетные системы являются сравнительно редкими. Во-вторых, в масштабах наблюдаемой Вселенной они выглядят, как атомы в объёме Земного шара. Между тем, во Вселенной нет такого кубического метра пространства, в котором не присутствовали бы, по крайней мере, нейтрино как элементарных частицы вещества и фотоны как элементарные частицы электромагнитных полей.

Рассматриваемая схема может служить основной для современной концептуальной схематизации не только природы, но и самого́ естествознания. Такая систематизация называется естественной классификацией наук по формам движения материи. Она привязана к концепции космологической и космогонической эволюции материи от низших, физических форм к высшим – химическим и биологическим. Естественная классификация наук в основных чертах была разработана в последней четверти XIX в. химиком А. Кекуле и, особенно, Ф. Энгельсом. В ту эпоху эволюционной была лишь биология, а на эволюционизм химии и, тем более, физики ещё не было и намёка. Дальнейшее развитие естествознания в ХХ в. не только подтвердило эту полуинтуитивную науковедческую концепцию, но и позволило её разносторонне детализировать с позиций концепции уровней структурной организации природы. В результате естествознание, в котором современные науковеды насчитывают более 4 тысяч частных дисциплин, выстраивается в чётную систему.

Схема 46 легко превращается в современную классификацию естественных наук по формам движения материи, если на ней просто заменить названия структурных уровней материи названиями областей и дисциплин, которые их изучают. Так, уровням 0 и 1 соответствует сложный комплекс экспериментальных и теоретических дисциплин под названием «физика элементарных частиц». Уровню 2 соответствует комплекс дисциплин под названием «ядерная физика». Уровням 3–4 соответствует комплекс дисциплин неорганической химии. Уровням 5.3–7.3 соответствует комплекс дисциплин органической химии. Отчасти объекты уровня 7.3 изучаются генетикой. Уровни 8.3–9.3 изучаются цитологией – комплексом наук о живой клетке как о структурной основе биологических систем. Уровням 11.3–13.3 соответствуют такие биологические на-уки, как гистология, морфология, анатомия и др. Объекты уровней 17.3–19.3 изучаются экологией. Объекты уровня 5.2 изучаются гидро-газодинамикой, кинетической теорией газов, магнитной гидродинамикой, физикой плазмы. Объекта уровня 6.2 – одни из основных объектов внимания ядерной астрофизики, физики плазмы, космохимии, космологии. Объекты уровня 5.1 изучаются комплексом дисциплин под названием «физика твёрдого тела». Объекты уровней 6.1 и 7.1 изучаются геологией, петрололгией, геофизикой, геохимией. Объекты уровней 9.1–10.1 изучаются небесной механикой и космогонией. Объекты уровня 12.1 изучаются космологией. В этой современной естественной классификации наук выше также уместен жирный знак вопроса, поскольку неизвестно, чем конкретно увенчается синтетическое слияние эволюционной космологии и физики элементарных частиц. Оно началось в 60-х гг. ХХ в., становясь с каждым годом всё более тесным и органичным.

Естественная классификация наук по формам движения материи представляет собой концептуальную модель естествознания. В рамках этой модели можно систематически осмысливать его исторические эволюции на основе основных законов эволюционной теории познания как логики наиболее общего типа. Иначе говоря, энгельсова классификация наук позволяет эффективно теоретизировать науковедение, построить научную теорию интеграционно-синтетических процессов в физике, химии и биологии с надёжными прогнозами относительно их генеральных перспектив, с точным пониманием того, в каких областях естествознания вызревают новые глобальные интеграционные процессы. В частности, только в её рамках можно зафиксировать и оценить по достоинству радикальный переворот в само́м типе этих процессов: если с эпохи создания классической механики Галилея–Ньютона теоретическое естествознание осваивало структурно-генетический ряд материи от высшего к низшему, то после создания к 1927 г. квантовой теории простейших атомов оно впервые стало осваивать этот ряд от низшего к высшему. Вступив однажды на такой путь интеграционно-синтетических процессов в физике, химии и биологии, теоретическое естествознание уже никогда с него не свернёт. Поэтому за созданием долгожданной Единой теории элементарных частиц наверняка последует новый форсированный концептуальный синтез такого рода, но качественно более эффективный. Это будет концептуально единая физика, химия и биология, прослеживающая эволюцию природы, начиная с её космологических первоистоков и с подлинных структурных первоэлементов. Тем не менее, результативность уже осуществлённого концептуального синтеза физики, химии и биологии на первооснове квантовой физики атомов можно считать свершившимся исторически первым вариантом Единого естествознания. Этот синтез не есть некое чисто теоретическое «выведение» химии из физики, а биологии – из химии. Расчётные методы нерелятивистской атомной физики сложны, громоздки. Они не позволяют чисто теоретически вывести «из первых принципов» квантовой теории простейших атомов квантовую химию и биохимию, не говоря о теории хотя бы живой клетки в биологии. Но у неклассической физики, помимо понятий и математических методов, есть и другой способ органичного внедрения в область химии и биологии – путём материализации в соответствующих научных приборох ранее невиданной эффективности. Достаточно упомянуть хотя бы электронный микроскоп. Без перевооружения химии и биологии ХХ в. на основе качественно нового экспериментального инструментария, порождённого неклассической физикой, были бы совершенно немыслимы их современные успехи.

кает прогноз о предстоящей новой глобальной интеграции физических, химических и биологических наук на основе будущей единой теории элементарных частиц и полей.

7.10. Универсальность принципа подчинённости