Знание-сила, 2007 № 09 (963)

Объективная случайность - вероятно. самый важный элемент квантовой физики.

Рисунки Елены Капкиной

Современная картина мира базируется на квантовой механике и теории относительности, со времени создания которых прошло около века.

За это время накоплен колоссальный экспериментальный материал. Созданы новые науки и научные направления, в частности биохимия и молекулярная биология. Совершенно ли представление о мире, являющееся в настоящее время каноническим? Требует ли оно уточнения? Появились ли экспериментальные данные, которые теория не в состоянии объяснить? Такие вопросы представляются правомерными, и их всестороннее и вдумчивое рассмотрение назрело. При этом методологически проблема адекватности современной картины мира должна быть разбита на две части:

перечень проблем естествознания, которые, возможно, не объясняются существующей теорией;

попытка объяснения этих экспериментов.

Если в результате всестороннего рассмотрения окажется, что все эксперименты адекватно объясняются в рамках теории и никакого пересмотра теоретических представлений (или их расширения) не требуется — прекрасно, в рамках существующих представлений наука должна развиваться и дальше. Однако если окажется, что есть хотя бы один эксперимент, в рамки теории не укладывающийся, это может означать, что теория, в том числе фундаментальная, должна быть расширена или вообще пересмотрена.

Эти совершенно очевидные соображения применимы не только к частным проблемам, но и к картине мира в целом, в частности к теоретическому и концептуальному «зазору», существующему между физикой и химией.

Со времени создания квантовой механики физики убеждены, что все происходящее в мире атомов и молекул, может быть объяснено с помощью уравнений Шрёдингера (а там, где необходимо учесть релятивистские эффекты, — уравнения Дирака). С этой точки зрения, считающейся само собой разумеющейся для физиков, тот факт, что многие химические и молекулярно-биологические процессы основываются на так называемых полуэмпирических закономерностях, — свидетельство всего лишь того, что пока их не удалось вывести из уравнения Шрёдингера (ни аналитически, ни с помощью современных компьютеров): придет время, и все будет выведено и доказано на основе существующих представлений.

Однако точка зрения химиков (биохимиков, молекулярных химиков и биологов) совершенно иная. «Глядя из химии», физика представляется наукой, в целом малополезной для практических приложений и объяснения экспериментов в мире, состоящем из молекул (каковым — если оглядеться по сторонам — является почти весь окружающий человека мир). Снобизм и самоуверенность физиков, «глядя из химии», представляются совершенно неоправданными. За три четверти века, прошедших со времени создания квантовой механики (в эпоху бурного развития науки и технологий огромный срок, сравнимый с тысячелетиями предшествующего развития человечества), возникли и мощно развились органическая химия и молекулярная биология, успехи которых весьма значительны. Число экспериментальных фактов, которые в настоящее время из фундаментальных принципов не выведены, «глядя из химии» и биохимии продолжает расти.

В этих условиях у ученых, работающих в области изучения свойств молекул, сложилось устойчивое представление о том, что химия основывается на фундаментальных законах физики лишь частично. Для описания природы, «глядя из химии», необходимо ее рассмотрение «с различных сторон». Под различными сторонами имеются в виду комбинация фундаментальных законов физики и так называемых полуэмпирических правил, из фундаментальных законов физики не выведенных. При этом к полуэмпирическим правилам относятся не только правило Хунда порядка заполнения электронных оболочек, но и такие фундаментальные, доказавшие свою эффективность концепции, как периодическая система элементов и молекулярные орбитали, на которых построена вся современная наука о строении и образовании молекул, именно в комбинации законов физики и (так называемых полуэмпирических) законов химии и биологии ученым, работающим с молекулами, видится одно из главных проявлений принципа дополнительности Бора.

Различие взглядов между физиками, с одной стороны, и химиками-биохимиками-молекулярными биологами, с другой, на устройство природы представляется исключительно важным не только с практической, но и с концептуальной точки зрения, ибо вопрос, живем ли мы в мире, определяемом фундаментальными законами, или же он построен на сочетании законов физики и таких, которые возникают только на уровне образования молекул и из теории атома не выводятся, представляется исключительно важным. Если точка зрения «глядя из химии» верна, это означало бы необходимость существенного пересмотра картины мира. С другой стороны, тот факт, что из фундаментальных законов не удается вывести ряд закономерностей, лежащих в основе химии, несмотря на многочисленные предпринимаемые усилия, не может не настораживать, ибо невозможность вывести эти закономерности, говоря объективно, делает фундаментальную или нефундаментальную картину мира вопросом не знаний, а веры.

Фундаментальная картина мира ХХ века, остающаяся в главных чертах незыблемой, создавалась на Сольвеевских конгрессах, на которых присутствовали исключительно физики. Глядя из XXI века, такая постановка вопроса представляется неадекватной проблеме. В начале третьего тысячелетия науки о жизни — молекулярная биология, биохимия, генетика, биофизика и другие — представляются ничуть не менее фундаментальными, чем физика, успехи в этих областях стремительны и значительны. Пренебрегать объективно сложившимися взглядами ученых, областью экспертизы которых является изучение молекул, неверно и ненаучно.

Для построения картины мира сегодня физики, матфизики, химики, биохимики и молекулярные биологи должны собираться вместе и обсуждать фундаментальные вопросы на равных. При этом одинаково значимыми являются и взгляд из атомных масштабов «вниз» (то есть на строение вещества, начиная с кварков), и взгляд «вверх» (на химические, биохимические и молекулярно-биологические процессы, которые существуют и функционируют, но в рамках традиционной модели не имеют адекватного объяснения). Учитывая феноменальное развитие не только химии, но и науки о жизни, снобизм физиков, который пока (или же навсегда?) не в состоянии вывести из квантовой механики и теории атома основополагающие структуры и динамические механизмы, являющиеся предметом изучения химии, биохимии и молекулярной биологии, представляется не только неуместным, он контрпродуктивен и вреден.