Философия_проб.сущ.хим.м

	Глава 1	ПРОБЛЕМА СУЩНОСТИ И СПОСОБ
		ДВИЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ МАТЕРИИ

Сводится ли химическое к физическому? – гносеологический и онтологический планы вопроса. Критерий различия основных форм материи, интегральная природа их сущностей и вопрос, можно ли химическую реальность считать основной формой материи. Специфика химической материи и движения. Диалектика химического субстратного синтеза и распада. Элементарный химический акт. Проблема сложности химических элементов и соединений.

Среди философских вопросов химии наиболее острым до сих пор остается вопрос: «…имеет ли химия некоторое собственное понятие бытия или же она по самым своим основам является всего лишь частной областью физики?»1. У него два плана – онтологический и гносеологический, – и он одновременно касается как сущности химической материи: имеет ли она принципиальное отличие от физической сущности? – так и отношения понятий двух фундаментальных наук, занятых теоретическим воспроизведением этих сущностей. Обычная форма этого вопроса: сводится ли химическое к физическому?

Начнем с его гносеологического плана: сводится ли система понятий химии к системе понятий физики? Химия имеет несколько уровней отражения своих объектов. На первом уровне находится ее эмпирический материал, массив фактов, отражающий большое разнообразие явлений. Их круг очерчен характером наблюдений и экспериментов (начиная репертуаром алхимии: растворение, осаждение, нагревание, прокаливание, смешивание, выпаривание, перегонка… – и заканчивая современными методами типа хроматографии). Вторым его уровнем являются эмпирические обобщения (обобщения – пользуясь метафорой Ф.Бэкона – пчелы, а не муравья), фиксирующие в специально создаваемых понятиях устойчивые, регулярные отношения, в том числе – количественные, этих явлений. К ним относятся понятия химического элемента, состава и соединения, химической связи и структуры, валентности, реакционной способности, амфотерности, катализа и т.д. Их содержание и связи после неоднократных уточнений в направлении согласования с массивом фактов становятся законами и теориями химии, которые позволяют ей предсказывать существование еще не открытых ее первым уровнем объектов и явлений. Таковы, например, по своему происхождению стехиометрические законы, теория химического строения органических соединений А.М.Бутлерова, периодический закон Д.И.Менделеева.

22

Поскольку все химические объекты, условия их наблюдения и практического изменения, имеют какие-то физические свойства и стороны (масса, плотность, энергия, температура, давление, электрический заряд и т.п.), их отражение тоже входит в содержание обоих уровней химии. Примечательно, что если бы они не были известны также и независимым от химических опытов образом, у нас вообще не было бы оснований противопоставлять их на этих уровнях химическим признакам как другие – нехимические.

На этих уровнях отражения физические и химические свойства и признаки дополняют друг друга, находятся в функциональной (в математическом смысле) связи, согласуются так, что определенные значения одних говорят об определенных значениях других. На основании такой связи Менделеев предсказал, например, что, исходя из химических свойств урана, его атомная масса на самом деле должна быть вдвое больше принятого в то время значения. Однако проблема сводимости построений химии к построениям физики на этих уровнях не возникает по той причине, что на них (уровнях) еще нельзя отве-

тить на вопрос: почему факты и обобщения – законы и теории –

химии именно таковы?

Например, периодическая зависимость химических свойств элементов от их атомной массы, когда она была открыта Менделеевым, не давала оснований утверждать, что эти свойства детерминированы их массой (как он все же предполагал), а не наоборот. Поэтому он совершенствовал форму выражения периодического закона, исходя из определяющего значения по отношению ко всем свойствам элемента, включая и его массу, места элемента в системе, под которым подразумевается соотношение всех его свойств со свойствами других, прежде всего «соседних», элементов2. Это значит, что первоначальный вариант периодического закона был феноменологическим, т.е. отражал явления и их связи без ссылок на то, чем они определяются, в данном случае – на внутреннее строение атомов химических элементов.

Ответ на вопрос: почему факты и обобщения химии именно таковы? – нуждается в не зависящих от них теоретических основаниях, которые позволяли бы выйти из следующего логического круга: обобщения таковы потому, что таковы факты, а факты – потому, что следуют этим обобщениям. Вместе взятые, они имеют совокупное особенное содержание, которое нельзя обосновать ни ссылками на него самого, ни ссылками на природу всеобщего как такового – на его объективность, например, ни сентенциями типа «таков мир». Непосредственные основания выхода из этого круга тоже должны иметь какое-

23

то особенное содержание. Его имеют построения (законы и теории)

физики, проникновение которых в химию обеспечивает третий, наиболее глубокий на сегодня уровень отражения ее объектов. Продуктами этого уровня в большей или меньшей степени являются все понятия и теории современной химии, начиная определением химического элемента как вида атомов, имеющих одинаковый заряд ядра, границы

иусловия существования которого (заряда) определяются значением массы ядра3, и заканчивая понятием активированного комплекса, в ко-

тором применен весь аппарат квантовой механики, термодинамики и статистической физики4.

Законы и теории физики, в конечном счете, тоже являются эмпирическими обобщениями (разумеется, не в смысле индуктивного способа их построения, а в смысле их соответствия фактам и общему, стоящему за явлениями), и вопрос, почему они таковы, актуален и для них. Ответ на него тоже требует независимых от них оснований, которых пока нет, поскольку не известны дофизические формы природы. В этом отношении физика находится в худшем положении, чем химия или биология. Тем не менее, ее теории не ограничены кругом химических объектов, более широки и – главное – получены обобщением результатов наблюдений и экспериментов существенно иных, чем хи-

мические опыты, т.е. гарантированы нехимическими фактами, что обеспечивает им независимость от фактов и обобщений химии, позволяющую выйти из названного круга. (Например, квантовая механика исходно базируется на эмпирических законах излучения, удельной теплоемкости твердых тел и линейных спектров атома водорода.)

Логика выхода такова. Поскольку химические объекты имеют физические стороны, которые определенным образом соотносятся с их

химическими свойствами, возможно, в принципе, теоретическое выведение5 этих свойств из обобщений не химии, а физики, где тоже фигурируют данные стороны (масса, энергия, заряд и т.п.). Когда это удается, логический круг ответа на вопрос, почему химические факты

изаконы именно таковы, разрывается ссылкой на физические законы

иусловия, определяющие эти (физические) стороны вне их связи с химическими свойствами. Ссылка не содержит отражающих эти свойства понятий химии. Но поскольку такая связь фактически су-

ществует, выведение физических сторон из физических законов и усло-

вий есть косвенно выведение из них также и химических свойств. «Косвенно» относится, прежде всего, к различию языков физики и химии. Например, физически выводится «структура внешних электронных оболочек атома», а не «валентность» (применительно к свободному атому) химии. Вопрос о тождестве или различии стоящего за

24

этими понятиями объективного содержания нужно решать, учитывая, что «валентность» отражает фактически наблюдаемые особенности поведения химических элементов при их соединении и исходно является обобщением второго, феноменологического уровня химии. «Структура электронных оболочек» отражает основания этих особенностей и в конечном счете логически не производна от них (особенностей). («В конечном счете» означает, что первоначально она как бы подгонялась под эмпирические закономерности химического поведения элементов, а не выводилась независимо из строгих физических представлений, которые формировались параллельно этому6.) Поскольку эти основания в принципе достаточны в отношении этих особенностей, можно говорить о существенном тождестве стоящего за обоими понятиями объективного содержания.

Выведение можно считать состоявшимся тогда, когда найдены такие физические стороны объектов химии, структура многообразия которых, установленная без обращения к понятиям химии, сов-

падает с фактической структурой отражаемого этими понятиями многообразия их (объектов) химических свойств или сцепленных групп этих свойств. Пример тому – установление периодического изменения внешних электронных оболочек атома с ростом заряда ядра на базе принципов квантовой механики. Оно логически не зависит от периодического изменения химических свойств атома, но оказывается изоморфным ему, что делает «периодическое изменение строения электронных оболочек атома» объяснением «периодического изменения его химических свойств», ответом на вопрос, почему они таковы.

По отношению к принципам квантовой механики это является выведением, дедукцией из них – как из общего – особенного и заключенного в нем многообразия единичного. (Разумеется, что общее «соединяется» при этом с изменяющимся числом протонов и электронов в атоме и выводимая периодичность выступает логическим результатом такого соединения.) По отношению же к построению химии (ее исходному принципу периодичности) это является его сведением, редукцией к физическому эквиваленту, выступающему его объяснением. Редукция как методологический прием есть объяснение теории,

установленной в какой-либо области исследования, посредством теории, сформулированной для другой области. «Задача А, по определе-

нию, сводится к задаче В, если из решения задачи В может быть получено решение задачи А»7. Это и происходит при объяснении периодического закона, валентности, химической связи принципами квантовой механики. В случае периодического закона свойства элемента выводятся уже не из производного от них же места элемента в

25

системе, как это сначала делала химия, а – вместе с местом – из строения его атома. Как и предполагал Д.И.Менделеев, «причина этого закона… лежит во внутренней механике атомов»8. В этом отноше-

нии все построения химии в принципе сводимы к построениям фи-

зики.

Сведение обычно опосредуется гипотезой, описывающей в терминах физической теории предположительно сводимую к ней «конструкцию» химии. Оно возможно, если подходящая теория уже построена физикой, выбрана из ряда других ее теорий, и если сама гипотеза является хорошим переводом с химического языка на язык этой теории. Главный аспект перевода – поиск таких физических характеристик объектов химии, определенное изменение которых ведет к тому, что структура многообразия соответствующих ему (изменению) решений уравнений физической теории оказывается изоморфной структуре многообразия химических явлений. Иными словами – поиск физических условий, ссылка на которые вместе со ссылкой на физический закон (теорию) обеспечит выход из названного логического круга. Для периодического закона таким условием оказался заряд ядра, изменение которого и дает – в конечном счете – картину периодического изменения в строении электронных оболочек атомов.

Сведение не удается, когда данные условия не выполнены, и это не может служить аргументом в пользу принципиальной несводимости положений химии к положениям физики. В истории химии есть много таких неудач. К ним относится, например, ряд попыток физической интерпретации «сил химического сродства», обеспечивающих соединение «корпускул». Эти силы притягивают частицы вещества друг к другу, и возможно, как допускали К.Бертолле и другие химики, родственны силам всемирного тяготения. Однако гравитационные силы приемлемой для химических явлений мощности требуют столь малых и плотных атомов, что это несопоставимо с плотностью состоящего из них вещества. Значит, химическое сродство не сводится к гравитации и выбрана не та физическая теория. Й.Берцелиус полагал, что химическое сродство имеет электростатическую природу кулоновского взаимодействия и возникает потому, что химический элемент несет неравные противоположные заряды, имея в итоге больший или меньший, положительный или отрицательный остаточный заряд. Элементы с такими разноименными зарядами, естественно, притягиваются друг к другу с зависящими от величин их зарядов силами, и если эти заряды не были одинаковой величины, молекула тоже имеет какой-то заряд и может соединяться дальше. Элемент с бо льшимзарядом должен вытеснять из соединения элемент с меньшим зарядом

26

того же знака и т.д. Это – пример детально разработанной гипотезы, переводящей на физический язык не просто химическую идею сродства, но – его избирательности и степеней. Вместе с тем, гипотеза ориентирована на неподходящую теорию, когда нужная теория еще отсутствует. Химические частицы, за исключением ионов, лишены электрического заряда, а кулоновские силы, действующие между ядрами и электронами атомов, согласно классической механике и электростатике, не могут обеспечивать их системе устойчивость. Значит, химическое сродство не сводится к притяжению «наэлектризованных» тел. Но оно объяснимо электромагнитным взаимодействием ядер и электронов атомов, как его понимает квантовая механика, т.е. все же сведено к физике.

Хотя построения химии сводимы, они не могут быть раз и навсегда заменены построениями физики, поскольку обе науки не являются законченными системами. С одной стороны, знание того, что подлежит сведению, может расширяться только эмпирическими и понятийными средствами самой химии, которая по-прежнему отражает (в том числе – предсказывая) еще не сведенные и – не исключено – не сводимые к существующему состоянию физических теорий явления. Поэтому, в частности, «роль квантовой химии не следует гипертрофи-

ровать, возлагая надежды на полную замену эмпирического подхода внеэмпирическими расчетами (курсив мой. – О.Б.)»9. Однако, с другой стороны, совершенствование физических теорий и методов постоянно расширяет базу сведения построений химии, необходимого прежде всего ей самой, о чем говорит история ее взаимоотношений с физикой.

Оно необходимо химии не только для объяснения уже сформированных ею построений, но и потому, что результат сведения спосо-

бен существенно уточнить их содержание10. Например, сведение хи-

мических связей к квантовомеханическому взаимодействию ядер и электронов, сосредоточенных в конечном объеме, показало следующее11. В неэкстремальных условиях химическое превращение не является разрывом старых связей, появлением химически не связанных промежуточных образований и последующим их вступлением в новую связь. Оно состоит в непрерывном преобразовании старых связей в новые, во время которого все участвующие в реакции атомы составляют неустойчивую в направлении реакции и устойчивую в других отноше-

ниях упорядоченную систему активированного комплекса или пере-

ходного состояния, имеющего ряд черт химического соединения. Это стало революцией в понимании единства дореакционного и реакционного состояний вещества. Без физики она была бы невозможна. Другим случаем ее решающей роли явилось объяснение существенного

27

отличия структуры 4-го и следующих периодов (включая феномены лантаноидов и актиноидов) от структуры первых периодов порядком заполнения электронных оболочек атомов.

Вместе с тем, элемент несведенности присущ и результатам удавшихся в целом сведений, поскольку полное содержание химиче-

ских явлений богаче содержания, которое всякий раз дедуцируется как из законов физики, так и из обобщений самой химии. Это – не спе-

цифическая несводимость химии именно к физике, а универсальная

«недосводимость» знания об отдельном и единичном к знанию о раз-

ной степени общем. Ее главной причиной является неизбежное отвлечение от некоторых сторон объективного содержания самого общего при создании его теоретической модели, неполнота которой и обусловливает неполноту и приблизительность выводимых из нее содержания и структуры многообразия единичного. Какие-то их подробности остаются не выведенными потому, что требуют учета еще отсутствующих в модели сторон общего. Это характерно уже отноше-

ниям двух первых уровней отражения химии, что и делает ее немного искусством. Так, из дискретной, отражающей лишь полновалентные связи атомов химической модели вещества нельзя вывести все многообразие химических соединений и те их свойства, которые обязаны слабым, неполновалентным связям атомов. В принципе, уже алхимия могла знать больше конкретных свойств и особенностей поведения разных веществ, чем автор периодического закона мог бы их из него логически вывести. Практическая невыведенность всего содержания всего единичного из наличного знания общего безотносительно к на-

учной принадлежности этого знания заставляет критически отнестись

каргументам – якобы в пользу принципиальной несводимости химии

кфизике – вроде того, что решение уравнения Шредингера для системы из m ядер и n электронов ничего не говорит об органолептических свойствах соединения.

Сводимость химического к физическому обычно обсуждается без подчеркнутого разделения проблемы на гносеологическую (логическую) сторону отношения понятий и понятийных систем химии и физики и онтологическую – отношения самих химической и физической реальностей. Это делает противоречивой итоговую, так сказать, совокупную позицию авторов. Многие физики и некоторые философы придерживаются «совокупного» взгляда, что химическое сводится к физическому12. Противоречивость их позиции заключается в прямом отождествлении отношения понятийных систем (теорий) физики и химии, как более и менее общих, с отношениями их объектов. Без уче-

28

та того, что отношения объектов могут в чем-то отличаться от

отношений субъективных форм их конкретно-научного отраже-

ния, химическая реальность сводится к физической реальности – объ-

является ее разновидностью.

Большинство химиков и представителей научного материализма это отрицает13, видя здесь очередное проявление механицизма и настаивая на радикальном отличии химической реальности от физической. Однако многие из них допускают то же противоречие в поиске конкретных аргументов ad hoc (для данного случая). Ссылаясь на неудачи, трудности, постоянную неполноту сведения и принимая их за его принципиальную невозможность, они переносят этот довольно уязвимый (в его сходстве с преувеличением относительности истины, релятивизмом) вывод с отношений субъективных форм на отношения объектов физики и химии. Перенос предполагает, что химическая реальность не только не является разновидностью физической реально-

сти, но имеет нечто принципиально недоступное физическому объяс-

нению. Даже если это и так, логика сторонников «совокупного» сведения выглядит убедительнее подобных аргументов его противников.

Однако сказанное выше об отношении понятийных систем физики и химии, так или иначе, признается сторонниками обеих точек зрения. Разумеется, формы этого признания различны. В одной утверждается, что химия есть просто раздел физики. В другой положение химии в современном естествознании выглядит двусмысленным: эмпирически – химия, теоретически – физика. В третьей акцент делается на том, что физика без опоры на сводимые к ней теоретические модели, построенные самой химией, мало что может сказать о сложноорганизованных, например каталитических, химических системах. Радикальным разрешением спора – в духе последовательного разделения его гносеологического и онтологического аспектов – было бы объяс-

нение (и, конечно, признание) принципиальной сводимости построений химии к построениям физики, исходящее из понимания химиче-

ской реальности не как разновидности физической формы материи, а как основной ее формы – наряду с ее физической, биологической и социальной формами.

Главным в этом отношении планом вопроса: имеет ли химия собственное понятие бытия? – оказывается онтологический план. Поскольку сводимость обобщений химии к обобщениям физики является сводимостью обобщений, которые охватывают менее широкий круг явлений и объектов, к охватывающим более широкий их круг

29

обобщениям, первым вариантом ответа кажется – отрицательный: химическая реальность есть разновидность и часть физической реальности. По этой логике живое и социальное также следовало бы признать ее разновидностями и частями. Не настаивая априори на том, что химическое не является такой разновидностью, необходимо предвари-

тельно определить критерий различия основных форм материи. В

каких отношениях, кроме родовидовых отношений, могут нахо-

диться две реальности, чтобы конкретно-научная понятийная система, отражающая одну, тем не менее, сводилась к системе, отражающей другую?

Ответу следует предъявить условие: результат сведения дол-

жен нести информацию, что одна реальность не является просто разновидностью другой. Оно мотивировано тем, что, если химическое и физическое – действительно разного рода реальности, отсутствие этой информации обесценивает и делает необъяснимой саму возмож-

ность сведения. Заключить по результату сведения, что соответствующие реальности не находятся (точнее, находятся не «столько») в отношении рода и вида, можно, если известен общий признак такой информации. Поищем его, исходя из того, что все формы природы яв-

ляются разновидностями объективной реальности и наиболее разви-

той моделью их отношений располагает конкретно-всеобщая форма научной философии.

Объективная реальность, мир как целое есть субстанция. Основанием ее самодостаточности служит ее непреходящее внутреннее различие – различие в сложности – и соответствующие ему отношения. Вечными составляющими материи выступают два ее предельно общих типа (так сказать, последнее особенное) – низшее и высшее,

относительно простое и более сложное. Материя является системой, которая всегда имеет их в качестве элементов, а их отношения и связь являются фундаментом ее структуры. Низшее и высшее как самые общие и непреходящие типы объективной реальности представлены изменчивым множеством видов материи, относящихся в ним групп предметов и их отдельных, единичных членов. Возникая друг из друга, эти предметы, группы и виды пополняют данные типы своим разнообразием, и названное внутреннее различие материи самовозрастает. В этом выражается его субстанциальная природа, и нужно сказать, что отношения низшего и высшего являются основой всех других отношений объективного мира, пронизывают все формы природы и выступают ядром сущности каждой из них (поскольку сущность можно понимать как внутреннее субстанциальное основание предмета)14. В целом они не являются отношениями рода и вида,

30

высшее – не разновидность низшего, и наоборот, но в них могут находиться как разновидности самой физической реальности, так и физическая и химическая реальности, если вторая не является одним из видов первой. Проблема в том, можно ли по результату сведения установить, принадлежит различие в сложности разным формам (видам) материи или разным группам объектов одной и той же ее формы. О существовании такого различия между физическим и химическим (независимо от их «разно-» или «одновидности») говорит следующее.

Если физическим считать многообразие объектов, не имеющих химических свойств и признаков, а химическим – имеющих их, обнаруживается, что физическое проще химического в нескольких отношениях. Во-первых, его исходные (элементарные) объекты менее разнообразны. Известно 12 физических «истинно элементарных» частицфермионов (6 кварков и 6 лептонов) и столько же античастиц, а также 13 частиц-бозонов, которые являются переносчиками гравитационного (гипотетически 1), электромагнитного (1), слабого (3) и сильного

(8) взаимодействий. Всего их 37, что меньше числа видов атомов – примерно 100 без различения изотопов и около 2800, считая изотопы. Во-вторых, элементарные физические объекты более просты, чем элементарные химические – атомы: уже атом водорода 1Н состоит из трех кварков и электрона, обменивающихся несколькими видами бозонов, которые обеспечивают их связь. В-третьих, многообразие «неэлементарных» физических объектов намного меньше установленного разнообразия химических соединений (свыше 10 млн.). К ним – своеобразным аналогам химических соединений – относятся элементарные частицы, образованные несколькими кварками (протон, нейтрон, гипероны, мезоны), а также ядра атомов. Известное число этих частиц ограничено несколькими сотнями, практически все они неустойчивы (кроме протона и – в составе ядер – нейтрона), и вместе с ядрами всех изотопов их многообразие исчисляется немногими тысячами. В- четвертых, частица (молекула и т.п.) химического соединения явно сложнее протона и т.п. частиц.

Лежит ли это различие по сложности в пределах одной формы материи (которая имеет, таким образом, две разновидности) или оно свойственно двум разным формам материи? Могла бы физика, если бы она строилась «снизу» и в отсутствии химии, «породить» ее сама, обнаружив, что столкнулась с новой, не физической в целом реальностью, о которой ей, однако, есть что сказать?

Согласно конкретно-всеобщей концепции материи и развития, основные формы материи, имея разную степень сложности, находят-

31