Философия химии: соотношение химии и физики

Химия, подобно физике, является отраслью науки. Интересный анализ ее содержания провел Н. Е. Аблесимов. Он разбил химию как отрасль науки на восемь разделов, в составе которых насчитал 60 отдельных химических наук¹. Дать лаконичное определение такой сложной по своему устройству отрасли науки, естественно, непросто. В этой связи решающее значение имеет следующее обстоятельство. Химия — это отрасль науки с только ей присущими принципами, законами и переменными, основным объектом которой являются химические реакции, т. е. превращения веществ.

Разумеется, развитие химии, подобно развитию любой другой отрасли науки, характеризуется многими особо значимыми вехами. Согласно нашему анализу первостепенное значение имеют пять научных революций, представленных в табл. 3.2^[1][2].

Надеемся, что читатель без нашей помощи легко преобразует табл. 3.2 в интерпретационный строй химии. Бросается в глаза преемственность теорий, которые указаны под номерами 1, 2, 4 и 5. Теория Менделеева объясняет содержание концепции Дальтона. Квантовая химия дает ключ к пониманию устройства таблицы Менделеева. Развитие компьютерной химии позволило существенно уточнить содержание квантовой химии. Развитие химической термодинамики стоит несколько особняком. Ее целесообразно сравнивать с другими химико-термодинамическими концепциями.

Таблица 3.2

Основные концептуальные революции в химии.

Применительно к химии мы решили продемонстрировать плюрализм знания, анализируя ее соотношение с физикой. Оно обсуждалось многократно, но по-прежнему признается насыщенным многочисленными проблемами.

• 1. Физикалистский подход. Химия — это физика, она не является самостоятельной отраслью науки (К. Поппер, П. Суппес)¹. Чаще всего физикалисты подчеркивают, что физические концепты, например понятия массы, заряда, энергии, занимают видное место в химии.
• 2. Концепция физикализации химии. Ее развивает А. А. Печёнкин. «Благодаря развитию системных представлений химия как бы „убегает“ от физикализации: на каждый новый шаг, но физикализации химии химики реагируют новыми системными химическими идеями, еще не оформленными в физических понятиях и не имеющих твердой физической основы»^[3][4].

На наш взгляд, термин «физикализации химии» спорен. По нашему мнению, вполне правомерно подчеркивать интердисциплинарные связи физики и химии, в силу которых они влияют друг на друга. Учитывая это обстоятельство, можно рассуждать нс только о физикализации химии, но и о химизации физики (вспомним, в частности, о ядерной химии, о синтезе веществ, привлекающих внимание физиков, в том числе и тех из них, которые изучают наноявления). Строго говоря, термины физикализация химии и химизация физики неудачны. Они наводят на мысль, что происходит внедрение физики и химии друг в друга. Но для них характерны разные принципы, законы, факты, эксперименты и т. д. Внедрение физики в химию непременно приведет к развалу последней. Химия отторгает чуждые ей ткани. Что действительно происходит, так э го рост концептуальной рафинированности как химии, так и физики. Но при этом обе они сохраняют свою специфику.

• 3. Выжидательная позиция. Химия в будущем, видимо, будет сведена к физике, но пока этого не случилось. Данная позиция характерна, в частности, для Э. Скерри¹. Он критически относится к антиредукционистам, но встать решительно на позиции редукционистов не решается. Однако в таком случае необходимо как-то объяснить, почему именно не удается свести химию к физике. Скерри нашел выход из затруднительного положения, состоящий в апелляции к двусмысленности редукции. Согласно его логике мы не можем признать редукцию химии к физике лишенной двусмысленности в силу проблемного характера самой квантовой физики. На наш взгляд, как мы покажем ниже, уже сейчас есть все основания для установления характера соотношения между химией и физикой.
• 4. Антиредукционистская позиция. Химия, являясь наукой специфического уровня бытия, принципиально отличается от физики и, следовательно, не может быть сведена к ней (Й. Шуммер, Н. Псарос, Я. ван Бракель)^[5][6]. Остается, однако без ответа вопрос о взаимосвязи физических и химических концептов.
• 5. Концепция незамкнутости физики. Ее придерживается английский философ Р. Хэндри^[7], в свою очередь опирающийся на ряд идей, разработанных другими философами науки. Если бы физика была замкнутой наукой, то ее можно было бы представить как конечную систему предложений. В таком случае вопрос о возможности сведения химии к физике решался бы относительно просто. Допустим, мы обратились к статусу аналитической химии. Было бы достаточно «применить» к ней избранную замкнутую физическую теорию, например квантовую механику, чтобы выяснить, действительно ли аналитическая химия сводится к квантовой механике как физической теории. Но квантовая механика является незамкнутой наукой, физики нс представляют се в форме законченного набора предложений. С учетом этого обстоятельства сравним квантовую механику как физическую теорию с квантовой химией. Обе теории незамкнуты, причем по-разному. Учет этого обстоятельства приводит к выводу о нередуцируемости квантовой химии к квантовой механике.

Переходим к критике изложенных выше пяти теорий соотношения физики и химии. Соглашаясь с Хандри, мы интерпретируем незамкнутоегь теорий с позиций внутринаучной трансдукции. Вышеупомянутая неоднозначность относится, пожалуй, к каждому этапу трансдукции. Действительно, уже при записи уравнения Шрёдингера формула для гамильтониана не задается единственным образом, а избирается после целого ряда дополнительных рассуждений. Это обстоятельство специально отмечается Хэндри. Впрочем, на наш взгляд, его анализ был бы более полным, если бы он рассмотрел также принцип волновой функции. На первый взгляд этот принцип является общим для квантовой механики и квантовой химии. Лишь при переходе к уравнению Шрёдингера проявляется незамкнутость двух рассматриваемых теорий.

Равносильность физического и химического принципа волновой функции можно поставить под сомнение, учитывая разные пути его реализации в квантовой механике и квантовой химии. Поскольку эти пути действительно различны, и принципы, служащие их исходным началом, также различны. Видимо, этот аргумент безупречен. Но, надо полагать, нет и оснований для отказа от представления о единственности принципа волновой функции. Неужели принципов волновой функции существует столько, сколько существует квантовых теорий? Трудный вопрос. Чтобы ответить на него, рассмотрим статус принципов.

Крайне важно подчеркнуть, что принцип волновой функции стоит во главе многих физических и химических наук, в каждой из которых он реализуется не абсолютно одинаковым образом. Отсюда следует довольно неожиданный вывод: мы должны понимать его в плюралистическом ключе. Если же принцип волновой функции интерпретируется как нечто единственное, то неизбежно переходят от содержательных представлений к поверхностным. Имеется в виду, что в таком случае определение «состояние физической или химической системы описывается волновой функцией» имеет всего лишь номинальный характер, т. е. является именем, краткой записью для целого ряда содержательных представлений, реализующейся в совокупности квантовых физических и химических наук. Это обстоятельство, насколько нам известно, никогда не учитывалось ни физиками, ни химиками. Мы полагаем, что оно является следствием недостаточного внимания в физике и химии к плюралистическим представлениям. Между тем от них не следует уклоняться. Современная физика и химия стоят перед плюралистическим вызовом. Пока это не осознается в полной мере.

Итак, мы имеем совокупность как физических, так и химических наук, которые на первый взгляд руководствуются одним и тем же принципом. Но при ближайшем рассмотрении выяснилось, что в действительности есть ряд принципов, которые обладают семейным сходством. Концепт семейного сходства ввел в философию Л. Витгенштейн, используя его для описания языковых игр. На наш взгляд, в случае анализа квантовых физических и химических теорий концепт семейного сходства также уместен. Действительно, речь идет о фамильном сходстве, но никак не тождественности. У физических и химических теорий нет семейного сходства, например, с экономическими теориями, для которых характерен не принцип волновой функции, а принцип максимизации ожидаемой полезности. Однако и для экономических теорий также характерно семейное сходство, но уже в силу других оснований, нежели в случае физических и химических концепций.

Итак, физические и химические теории обладают семейным сходством. В определенном отношении они очень близки друг к другу, но между ними существует и различие, причем это различие неустранимо: члены одной и той же семьи отличаются друг от друга, ибо каждый из них самостоятелен. Теперь понятны трудности, с которыми встретились как сторонники редуцирования химии к физике, так и их решительные оппоненты. Одна из спорящих сторон абсолютизировала схожесть физических и химических теорий, а другая — их различие. Два рассматриваемых семейства теорий схожи, но не одинаковы, различны, но не чужды друг другу. После многочисленных успехов квантовой химии антиредукционисты попали в затруднительное положение. Эти успехи многими были восприняты как свидетельство в пользу возможности сведения химии к физике. Иначе трудно объяснить плодотворность в химии квантовых представлений, явно инициированных успехами физики. Но не все ладилось и у тех, кто считал сведение химии к физике уже решенным делом. Им было очевидно, что различие химических и физических теорий не преодолено даже после эффектных достижений квантовой химии.

На наш взгляд, концептуальная позиция Скерри неубедительна, она не учитывает подлинные уроки квантовой химии. Проблемный характер квантовой механики, конечно же, следует иметь в виду, но вряд ли он когда-либо будет окончательно преодолен. К проблеме возможности редукции химии к физике он имеет косвенное отношение. Кстати, редукционисту нс возбраняется утверждать, что сведение химии к физике состоялось, но при этом для них характерны одни и те же проблемные вопросы. Значительно более существенное значение в вопросе о возможности редукции химии к физике имеет плюрализм квантовых теорий. Именно об этом свидетельствуют успехи квантовой химии. В свете этого плюрализма, а он набирает темпы, химия никогда не будет сведена к физике. Впрочем, это совсем не означает, что химия отстоит от физики на значительное концептуальное расстояние. Все обстоит как раз наоборот. В концептуальном отношении физика и химия — родные сестры. Они, судя по нашему анализу, представляют собой разные ветви одного и того же подтипа естественных отраслей науки. Подобно тому как правая рука не может стать левой, химия не в состоянии превратиться в физику. Физика и химия являются схожими отраслями науки, они не сводимы друг к другу. Для них обеих характерны плюралистические ветви развития. Физические концепции — с одной стороны — и химические теории — с другой обладают семейным сходством.

Таким образом, первоначально мы рассмотрели проблемный ряд теорий, а затем преобразовали его па основе концепции родственности физики и философии в интерпретационный строй. Запишем два этих ряда.

Проблемный ряд: физикализм —> теория физикализации химии —> выжидательная позиция —" антиредукционистская позиция —> концепция незамкнутое™ физики —" концепция родственности физики и химии.

Интерпретационный строй', концепция родственности физики и химии => => концепция незамкнутости физики => антиредукционистская позиция => => выжидательная позиция => теория физикализации химии => физикализм.

В приведенном интерпретационном строе теории ранжированы по степени их концептуальной силы.

Выводы

• 1. Своеобразие химии представлено прежде всего ее принципами и законами. Основным предметом химии являются химические реакции, т. е. взаимопревращения веществ.
• 2. Наиболее развитой современной химической теорией является квантовая химия в ее компьютерном варианте. Это означает, что для развития квантовой химии используются ее интердисциплинарные связи с информатикой.
• 3. Понимание взаимосвязи химии с физикой осмысливается по-разному. В этой связи целесообразно дополнить проблемный ряд теорий соответствующим интерпретационным строем.

• [1] Аблесимов Н. Е. Синопсис химии: снравочно-учеб. пособие по общей химии. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005.
• [2] Канке В. А., Лукаишна Л. В. Концепции современного естествознания., 2015.С. 207.
• [3] Popper К. R. Scientific Reduction and the Essential Incompleteness of Science //Ayala F. L, Dobzhansky T. (eds). Studies in the Philosophy of Science. Berkeley, CA: University of CaliforniaPress, 1974. P. 258—284; SuppesP. Probabilistic Metaphysics. Oxford: Blackwell, 1984.
• [4] Печёнкин А. А. Философские проблемы химии // Современные философские проблемыестественных, технических и социально-гуманитарных наук. М.: Гардарики, 2006. С. 206.
• [5] Seem Е. R. The Quantum Mechanical Explanation of the Periodic System (Author Reply) //Journal of Chemical Education. 1999. Vol. 76. № 9. P. 1189.
• [6] Schummer J. Towards a Philosophy of Chemistry // Journal for General Philosophy ofScience. 1997. Vol. 28. P. 307—336; Psarros N. Critical Rationalism in the Test Tube? // Journalfor General Philosophy of Science. 1997. Vol. 28. P. 297—305; Brakel J. van. Philosophy ofChemistry. Between the Manifest and the Scientific Image. Leuven: Leuven University Press, 2000.
• [7] Hendry R. F. Molecular models and the Question of Physicalism // Hyle — InternationalJournal for Philosophy of Chemistry. 1998. Vol. 5. № 2. P. 143—160.