Физика и естественные науки

В естествознании, включающем наряду с физикой химию, геологию и биологию, первая занимает довольно специфическое место. В рамках концепции происхождения нашей Вселенной в результате Большого взрыва ее первоначальные состояния описываются исключительно средствами физики. Синтез химических элементов, возникновение планет и жизни являются своеобразными этапами космической эволюции. Многие исследователи полагают, что в силу физической природы исходной для Вселенной сингулярности все ее метаморфозы должны объясняться посредством концептуального аппарата физики. А это означает, что и химия, и геология, и биология должны быть выведены непосредственно из физики. Однако предпринимаемые на этом пути усилия никогда не заканчивались скольконибудь существенным успехом. Огромный массив знания, накопленный в химии, геологии и биологии, не сводится к физике. Пока еще никому не удалось концептуально убедительно поставить знак тождества между физикой и естествознанием. В этой связи можно отметить две часто реализуемые линии поведения. От имени физикализма часто выступают физики. Именно им чаще, чем ученым других специализаций, кажется, что все естественные науки должны быть сведены к физике. Но свои благие пожелания они поручают реализовать химикам, геологам и биологам. Что касается абсолютного большинства нефизиков, то они по большей части противостоят физикалистам.

Выразить характер отношений между физикой и другими естественными науками непросто. К тому же очевидно, что они являются принципиально другими, чем в случае соотношения физики с формальными науками. В отличие от этих наук естественные дисциплины не выделяют классы эквивалентных отношений, относящиеся в определенной степени ко всем наукам. Естественные науки не претендуют на ту же степень универсальности, что и формальные науки.

Соотношению физики и химии посвящен параграф 13.9. Переходим к рассмотрения взаимосвязи физики с геологией, наукой о Земле с ее 14 геооболочками, которые достойны перечисления: 1) внутреннее ядро Земли; 2) внешнее ядро Земли; 3) нижняя мантия; 4) средняя мантия; 5) раздел между нижней и средней мантией; 6) верхняя мантия; 7) раздел между верхней и средней мантией; 8) астеносфера; 9) нижний слой литосферы; 10) раздел Мохоровича; 11) земная кора; 12) гидросфера; 13) атмосфера; 14) магнитосфера. Каждая из геооболочек является объектом особой геологической науки.

Соотношение физика — геология во многом напоминает соотношение физика — химия. Объяснение геологических феноменов, так же как и химических, начинается с принципов, хорошо известных из физики. Особенно четко это проявляется в геофизике. Как только концептуальные переходы удаляются от принципов, так сразу же начинается существенное отклонение от физики. Физикализм оказывается в геологии не более состоятельным, чем в химии. Полезно учитывать, что в отличие от химических процессов геологические явления в основном развиваются не в микро-, а в макромасштабах. Динамическое объяснение явлений, происходящих в макромасштабах, проблематично. Это тем более очевидно, если учитывать, что в геологических процессах сочетаются физические и химические взаимодействия.

Обратимся, наконец, к биологии. Подобно геологии, она в своих истоках близка к химии и особенно к физике. Близость биологии к физике особенно отчетливо проясняется в биофизике и в молекулярной биологии. Вдали от своих физических истоков, в частности в области эмбриологии, нейробиологии, зоологии, отличие биологии от физики становится разительным. Разумеется, физикализм не минул и биологии. Но тщательный анализ показывает, что он как программа исследований потерпел в ней крах^[1]. Для выражения смысла жизни необходимы особые концепты, в частности принципы выживания, максимизации репродуктивной усилий, максимального суммарного дыхания^[2].

Сделаем попытку представить связь четырех естественнонаучных областей знания в схематическом виде. По мнению автора, древо естественных наук можно представить так, как это сделано на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Взаимосвязь естественных наук Все естественные науки имеют один общий источник, в качестве которого выступают исходные принципы физики, прежде всего, принцип наименьшего действия. Их близость друг к другу проявляется также в том, что используемые концепты выражают существо природы. Подчеркивая это обстоятельство, говорят, что они являются дескрипциями (а не ценностями). Упомянутая близость естественных наук позволяет им «обмениваться опытом». Так, геологи и физики, ссылаясь на опыт физики, отказываются от понятий абсолютного времени и пространства. Физики стараются позаимствовать у геологии и биологии принцип развития.

Для адекватного выражения связи естественнонаучных дисциплин весьма затруднительно выбрать соответствующий термин. В этой связи автор предлагает проверить термин «дивергенция» (от лат. divergere — обнаруживать расхождение). Речь идет о совокупности дисциплин, связанных общим происхождением, но затем существенно отклонившихся друг от друга.

Физикам, по мнению автора, следует остерегаться физикализма. Радужные надежды, что можно дивергентные линии развития естествознания свести к физическим составляющим, пока не оправдываются. Показательна в этом смысле книга Э. Шрёдингера «Что такое жизнь? С точки зрения физики». В ней он вопрошал: «Основана ли жизнь на законах физики?»^[3]. Ответ простой: «Да». Но чем именно является жизнь, по мнению автора, ни Шрёдингеру, ни какому-либо другому физику не удалось выяснить. Без биологии это сделать невозможно. Г. Р. Иваницкий, продолжая усилия Шрёдингера, придерживается другой позиции. «Жизнь — это единая система (биосфера), для которой характерны память, способность к направленной подвижности, самовоспроизведению, обмену веществ, регулируемому потоку энергии и к размножению.

Краткое определение жизни с точки зрения физика: жизнь — это результат процесса игры при взаимодействии части системы со своим окружением. В игре у этой части системы появилось свойство запоминать вероятности появления удач и неудач в предыдущих раундах, что дало ей шанс на существование в последующих раундах" ^[4].

С точки зрения автора, при характеристике феномена жизни следует исходить из реальности тех признаков организмов, которые изучаются биологами. В таком случае сразу же выясняется, что жизнь не является элементарным признаком, таким как, например, питание и дыхание. При отсутствии желания отказываться от термина «жизнь» остается одно — считать жизнь совокупностью признаков, часть из которых перечисляется Г. Р. Иваницким. Однако при определении жизни необходим отчетливый концептуальный подход. В соответствии с этим подходом следует обратиться ко всем концептам биологии. Жизнь — это все концепты биологических наук в их онтологическом значении. Игнорирование биологии от имени физики недопустимо. По мнению автора, Г. Р. Иваницкий упустил из внимания огромный материк понятий биологических наук. А это означает, что в концептуальном отношении его подход явно недостаточен.

Выводы.

• 1. Физика тесно связана с химией, геологией и биологией.
• 2. Эти три отрасли науки не сводимы к физике.
• 3. Абсолютизация физики в составе естествознания несостоятельна.

• [1] Brigandt 1., Love A. Reductionism in biology // URL: plato. stanford.edu/entries/reduction-biology/; Rosenberg A. Darwinian reductionism: or, how to stop worrying and love molecular biology. — Chicago: University of Chicago Press, 2006.
• [2] Фурсова П. В., Левин А. П., Алексеев В. Л. Экстремальные принципы в математической биологии // Успехи современной биологии. 2003. Τ. 123. № 2. С. 115−137.
• [3] Шрёдчнгер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физики. М.: Атомиздат, 1972. С. 77.
• [4] Иваницкий Г. Р. XXI век: что такое жизнь с точки зрения физики // Успехи физических наук. 2010. Т. 180. № 4. С. 367.