Георгий Рузавин - Методология научного познания [Учебное пособие для вузов]

Именно однородность природы дает возможность формулировать общие, универсальные законы природы на основе экспериментального изучения ее частей. В дальнейшем эта тенденция исследования сложного, и объяснения его на основе простых, элементарных частей сформировалась в особый способ, или метод, редукции, т. е. сведения сложного к простому и элементарному. Первоначально, в период господства механистического мировоззрения, редукция применялась для объяснения сложных явлений и процессов посредством понятий и законов механики. После открытия атомномолекулярного строения вещества ученые использовали редукцию для объяснения ряда макроскопических свойств тел и эмпирических законов посредством простейших свойств составляющих их мельчайших частиц — атомов и молекул. И хотя с помощью такой редукции удалось объяснить многие свойства тел неорганической природы и достичь выдающихся результатов, тем не менее со временем стало ясном, что подобный подход является ограниченным и односторонним.

Концепция атомизма, опирающаяся на представление о редукции сложных систем и процессов к простым и элементарным процессам, находила широкое признание в классическом естествознании. Следовательно, редукционизм является вполне оправданным, когда речь идет о поиске взаимосвязи и единства между кажущимися на первый взгляд разнообразными явлениями и процессами природы.

Хорошо известно, что открытие законов земной и небесной механики позволило раскрыть единство между перемещениями тел на земной поверхности и движениями небесных тел. С глубокой древности считалось, что между ними существует непроходимая пропасть. Точно также с помощью спектрального анализа было доказано, что химический состав небесных тел содержит те же самые элементы, которые встречаются на Земле. Все эти и многие другие открытия свидетельствуют о том, что между процессами и системами в мире существуют глубокая взаимосвязь и единство, но это не исключает, а предполагает наличие богатого качественного разнообразия в природе.

Недостаток редукционизма как раз и состоит в том, что он не учитывает «многообразия в единстве», качественных различий в природе. При таком подходе сложное оказывается количественной комбинацией неких простых частиц, называются ли они молекулами, атомами, элементарными частицами или кварками. Такого рода частицы считаются далее неразложимыми, неделимыми, едиными и потому лишенными тех характеристик, которые присущи сложным телам, веществам и явлениям. Следовательно, категория простого при таком понимании оказывается лишенной каких-либо различий и потому абсолютно противопоставляется сложному, поскольку никогда не может рассматриваться как сложное. С другой стороны, сложное не содержит каких-либо специфических, целостных свойств, ибо редукционизм сводит их к сумме свойств образующих его простых частей и элементов. Со временем такие представления пришли в резкое противоречие с реальными фактами, обнаруженными в процессе развития научного познания, и подверглись коренному пересмотру сначала в рамках системного метода, а затем синергетики.

Основываясь на таких фактах, системный метод обосновал глубокую внутреннюю связь не только между целым (системой) и ее частями (элементами), но также между простым и сложным. Главное внимание при этом было обращено на то, что свойства целого не могут быть сведены к свойствам частей — принцип, который был направлен своим острием прежде всего против редукционизма, поскольку подчеркивал, что свойства системы как целого имеют эмерджентный характер, ибо они возникают в результате взаимодействия частей, а не простого суммирования их свойств. Однако до возникновения синергетики механизм такого взаимодействия не анализировался и потому оставался неясным. Хотя со сложноорганизованными системами в биологии и социальных науках ученые встретились уже давно, но они ограничивали их изучение на эмпирическом, а скорее, на интуитивном уровне. Чтобы исследовать их на более основательном теоретическом уровне, необходимо было начать анализ со сложноорганизованных систем более простого уровня — с систем неорганической природы, примеры которых можно встретить и в физике, и в химии.

Если редукционизм и атомизм классической физики основываются на редукции, или сведении сложных явлений к простым, то синергетика стремится понять связь и взаимодействие между ними. Поэтому она рассматривает, например, изменения, которые происходят на макроскопическом, наблюдаемом уровне как результат взаимодействия огромного числа элементов и частиц системы на ненаблюдаемом микроуровне.

Чтобы пояснить механизм такого взаимодействия рассмотрим пример образования шестиугольных ячеек, которое впервые наблюдал французский физик Бенар на поверхности подогреваемой жидкости. Если разница температуры жидкости между нижней частью T 2 и верхней поверхностью T 1 будет ниже некоторого критического значения а с. т. е. T 2— Т 1< а с, тогда нагревание жидкости будет происходить путем теплопроводности и не отразится внешне на ее поведении. Но как только эта разница превысит критическое значение, спонтанно возникнет конвективное движение и огромное число частиц как бы по команде начнет участвовать в этом движении. Результатом такого движения будет образование гексагональных ячеек на поверхности жидкости.

Классическая термодинамика равновесных систем не могла объяснить это явление, ибо оно не укладывалось в рамки представлений о замкнутых, изолированных системах. Поэтому оно долгое время оставалось непонятным, и на него обратили внимание только с возникновением неравновесной термодинамики и синергетики. С точки зрения этих направлений исследования появление ячеек Бенара обязано обмену энергией между рассматриваемой системой жидкости и окружающей средой. Флуктуации, или случайные отклонения системы от некоторого среднего состояния, в открытых системах не подавляются, а, напротив, усиливаются по мере возрастания неравновесности между системой и окружающей средой. В результате этого беспорядочное тепловое движение молекул в критической точке сменяется согласованным, кооперативным их движением, что и приводит к образованию новой структуры в жидкости. Возникающая при этом энтропия в системе диссипиируется (рассеивается) в окружающую среду. На этом основании И. Р. Пригожин предложил назвать вновь возникающие структуры диссипативными.

Более сложный характер имеют процессы самоорганизации, происходящие при химических реакциях, которые впервые еще в 50-х гг. исследовал Б. П. Белоусов и обобщил А. М. Жаботинский со своими сотрудниками. Они рассматривались подробно в главе 9, здесь же обратим внимание на то, что в них кроме обмена энергией происходит также обмен между реагирующими веществами: новые реагенты вступают в реакцию, а использованные — выводятся из нее. Важным условием возникновения такой самоорганизующейся реакции является наличие катализаторов, ускоряющих ее процесс. В ходе реакции на поверхности раствора веществ спонтанно образуются упорядоченные пространственные и временные структуры. Наиболее примечательным из них являются так называемые «химические» часы, которые представляют собой периодический процесс изменения цвета раствора, например, с красного на голубой и обратно. Как уже говорилось в главе 1, Пригожин вместе со своими сотрудниками в Брюсселе построил теоретическую модель этого процесса, названную им брюсселятором.