Системная классификация естественных наук

Традиционно к естественным относят такие науки, как физика, химия, биология, геология, география, а также другие дисциплины.

Насколько объективна такая классификация, где и по какому принципу должны проводиться границы между разными науками, можно ли те или иные разделы естествознания выделять в отдельные науки? Очевидно, что для ответа на этот вопрос необходима естественная классификация иерархии научного знания, которая не зависела бы от традиций и была бы объективной. Другими словами, необходим объективный критерий выделения той или иной области знаний в отдельную науку.

К такой классификации можно отнести системную классификацию наук — не только естественных. В ее основе лежит следующий принцип: объектом каждой науки должна служить целостная, обособленная система.

Остановимся более подробно на понятии «система» .

Под системой обычно понимают совокупность взаимодействующих элементов, каждый из которых необходим для выполнения этой системой своих специфических функций. Как мы видим, определение системы состоит здесь из двух частей, причем вторая часть, касающаяся системных элементов, является нетривиальной и неочевидной. Из этого определения следует, что не любая составная часть системы представляет собой системный элемент. Так, например, сигнальная лампочка на передней панели компьютера не будет являться его системным элементом, поскольку удаление лампочки или выход из строя не вызовет сбой выполнения программных задач, тогда как процессор, очевидно, таковым элементом является.

Из приведенного нами определения следует, что число системных элементов в системе всегда конечно, а сами они дискретны и их выбор не случаен. Отдельные элементы и их свойства при объединении в систему всегда рождают новое качество, системную функцию, не сводимую к качеству и функциям составляющих ее элементов.

Системы бывают естественные и искусственные, объективные и субъективные. К естественным наукам относят науки, имеющие в качестве объекта своего изучения естественные системы, которые всегда объективны. Субъективные системы представляют собой объекты изучения гуманитарных наук. Отметим, что некоторые системы, например, информационные, могут одновременно являться искусственными и в тоже время объективными. Еще один пример: компьютер, как целостная информационная система, традиционно подлежит изучению в рамках науки информатики. С точки зрения системной классификации более точным было бы выделение в качестве самостоятельной науки не информатики вообще, а компьютерной информатики, поскольку информационные системы могут быть самыми разными.

Системные элементы сами тоже являются системами; можно сказать, что системы разных порядков вложены друг в друга, как матрешки.

Например, философия имеет в качестве объекта для своего изучения предельно общую систему, состоящую всего из двух элементов — материи и сознания. Если говорить о наиболее крупной из известных нам систем, то таковой является Вселенная, изучаемая как целостный объект наукой космологией.

Системами самого низшего порядка, из известных современной науке, принято считать элементарные частицы. Мы еще мало что знаем о внутреннем строении элементарных частиц, даже если принимать во внимание гипотезу о существовании кварков, которые пока в свободном виде не получены. Тем не менее, к системным элементам, составляющим элементарные частицы, вполне можно отнести не только кварки, но и их свойства (качества) — заряд, массу, спин и другие характеристики.

Наука, изучающая элементарные частицы как целостные, обособленные системы, называется физикой элементарных частиц.

Элементарные частицы являются элементами систем более высокого порядка — атомных ядер, и еще более высокого — атомов. Соответственно выделяется ядерная и атомная физика.

В свою очередь, атомы объединяются в молекулы. Наука, имеющая в качестве объекта своего изучения молекулы, называется химией. Как тут не вспомнить известное определение: молекулами называют мельчайшие частицы вещества, которые еще сохраняют химические свойства этого вещества!

Будем дальше двигаться по иерархической лестнице естественных наук. В живых организмах молекулы участвуют в сложных взаимодействиях — это длинные последовательности и циклы реакций, катализируемые ферментами. Существуют, например, т.н. гликолитический путь, цикл.

Размеры окружающих нас объектов и систем.

Кребса, цикл Кальвина, пути синтеза аминокислот, нуклеиноых кислот и многие другие. Все они представляют собой сложные, целостные самоорганизующиеся системы, получившие название биохимических. Соответственно, наука, их изучающая, названа биохимией.

Биохимические процессы и сложные молекулярные структуры объединяются в еще более сложные образования — живые клетки, изучаемые цитологией. Клетки образуют ткани, изучаемые, как целостные системы, другой наукой — гистологией Следующий уровень иерархии относится к обособленным живым комплексам, образованным тканями — органам. В комплексе биологических дисциплин не принято выделять науку, которую можно было бы назвать «органологией», однако в медицине известны такие науки, как кардиология (изучает сердце и сердечно-сосудистую систему), пульмонология (легкие), урология (органы мочеполовой системы) и др.

И, наконец, мы приблизились к науке, которая в качестве объекта своего изучения имеет живой организм, как целостную, обособленную систему (особь). Это наукой является физиология. Различают физиологию человека, животных, растений и микроорганизмов.

Системная классификация естественных наук представляет собой не просто некое абстрактно-логическое построение, а является вполне прагматическим подходом для решения организационных задач.

Представьте себе следующую ситуацию. В научный совет по защите диссертаций на соискание степени кандидата биологических наук приходят два соискателя. Первый исследовал процесс дыхания у крыс, подвергшихся действию высоких физических нагрузок. Он изучал содержание отдельных метаболитов цикла Кребса, особенности функционирования компонен-тов цепи переноса электронов в митохондриях и другие биохимические особенности процесса дыхания крыс, которых вынуждали к высокой физической активности.

Другой соискатель изучал в основном все то же самое, теми же методами, но его интересовало не воздействие физических нагрузок на дыхание, а сам процесс дыхания, как таковой, вне зависимости от физической нагрузки или даже от того, какой организм исследовался.

Первому соискателю сообщают, что его работа относится к физиологии и поэтому принимается к рассмотрению в данном совете со специализацией «физиология человека и животных», а другому отказывают, сославшись на несоответствие специализации работы («биохимия») со специализацией совета.

Как же так случилось, что очень похожие работы оказались отнесены к разным наукам? В первом случае — физическая деятельность — это функция живого организма, как целостной системы, и поэтому работа относится к физиологии. Во втором — объектом изучения является не организм в целом, а отдельная биохимическая система.

Вернадский В.И. (1863−1945).

Дальнейшее восхождение по иерархической лестнице естественных наук подводит нас к интересной узловой точке. Живые организмы (особи), как системные элементы, могут входить в разные системы более высокого порядка. Система, состоящая только из двух элементов — особи (или популяции особей) и окружающей среды (биотической и абиотической ее части), рассматривается в экологии. Систему, состоящую из особей разных видов (или популяций разных видов) изучает наука биоценология. Соответственно предмет (система) изучения этой науки может включать в себя многие системные элементы. Совокупность взаимодействующих популяций разных видов, занимающих одну и ту же территорию, называют биоценозами. Интересно, что биоценозы не являются случайной совокупностью популяций. Они представляют собой сложные, самоорганизующиеся системы, имеющие некоторые черты живых организмов. Как и особи, биоценозы рождаются, развиваются (т.н. сукцессия), стареют и умирают. Они дискретны: между разными биоценозами очень часто можно наблюдать явно выраженную границу, тогда как промежуточные формы отсутствуют, либо неустойчивы. Биоценозы обычно называют по доминирующему растительному виду — если это, например, дуб, то биоценоз называется дубравой, если это ковыль, то он будет иметь название «ковыльная степь» .

Системой более высокого порядка, чем биоценоз, является биосфера Земли. В русском языке, однако, слово «биосферология» отсутсвует; вместо него пользуются термином «учение о биосфере». Приоритет создания этой науки принадлежит выдающемуся российскому ученому, академику В. И. Вернадскому (1863−1945), который впервые обратил внимание на то, что биосфера — это не просто сумма всех биоценозов Земли, а сложный, самоорганизующийся объект, качественно отличающийся от любых других известных систем.

В свою очередь, биосфера является лишь одним из системных элементов нашей планеты. К сожалению, наука, которая описывала бы поведение Земли как целостной, самоорганизующейся системы, отсутствует по объективным причинам. Современным естествознанием накоплено слишком мало сведений о том, как взаимодействуют между собой различные планетарные оболочки и уровни организации — биосфера, литосфера, гидросфера, мантия, ядро и др.

Традиционно не принято выделять в отдельную науку наши знания о формировании, строении и процессах, определяющих поведение Солнечной системы как единого целого. Объективно, однако, такая область знаний существует и рассматривается в рамках комплекса астрономических дисциплин. Это же самое касается и нашей галактики.

И, наконец, самая крупная из известных нам естественных систем — это Вселенная, которую, как мы уже говорили, изучает наука космология.

Итак, мы рассмотрели целую вереницу естественных наук и соответствующих им систем. Но где же среди них привычные нам биология и физика? По видимому, в рамках объективной, системной классификации мы не можем называть ни одну, ни другую дисциплину науками. Не существует отдельной обособленной системы (или хотя бы класса систем), в отношении которой можно было бы сформулировать задачу физики (или биологии) как науки, изучающей эту систему: принцип «одна наука — одна система» перестает работать. Биология и физика распадаются на множество других наук. Тем не менее, традиционная, субъективная, классификация тоже имеет полное право на существование: она удобна и еще долго будет использоваться в естествознании.

При всем многообразии систем — больших и маленьких, естественных и искусственных, объективных и субъективных существуют некоторые их характеристики, свойственные всем системам вообще. Они так и называются — общесистемные. Существует также наука, изучающая их — системология. Достижения системологии помогают ученым, работающим в других областях знаний, строить гипотезы и делать правильные научные выводы. Например, среди исследователей геронтологов (геронтология — наука о старении) иногда встречается точка зрения, что старение животных и человека определяется неким геном старения, повредив который, можно обеспечить неограниченно длительную молодость. Однако, выводы системологии говорят нам о другом. Стареют все сложные саморазвивающиеся системы, ограниченные в пространственном росте, поэтому причины старения человека и животных лежат гораздо глубже. В то же время общие выводы системологии имеют лишь методическое значение. Ими нельзя подменять конкретные знания. В рассматриваемом случае вполне можно допустить, что некоторые гены действительно могут ускорять старение, но удалив эти гены, или устранив какие-то другие, конкретные причины старения, мы должны понимать, что столкнемся с другими причинами и сможем лишь отодвинуть старость.