ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ

ется во времени, подобно тому, как классическая термодинамика исключала время, так как описывала равновесные состояния. Включение времени в термодинамику (Л. Онзагер, И. Пригожин) привело к появлению термина «неравновесная термодинамика», а прежнюю термодинамику пытались назвать термостатикой. В настоящее время понятие «термодинамика» расширилось и включает как равновесную, так и неравновесную термодинамику. Подобно этому логика Аристотеля, и только она, может быть применена в судебном производстве. Если совершено тяжкое умышленное преступление, то не имеет никакого значения, что убийца был хороший семьянин или ударник труда, как это было в недавнем прошлом и влияло на вынесение приговора. Не только обращения к прошлому, но и к будущему несостоятельны в данной ситуации, и не стоит выслушивать речи о том, что убийца раскаивается за совершенное. Он должен нести ответственность за то, что было совершено им в момент преступления. Поэтому логика Аристотеля относится к моменту времени, а логика Гегеля к ситуациям, когда предмет или понятие о нем меняется во времени. Логику Аристотеля можно сравнить с математической операцией нахождения производной (дифференциальное исчисление), а логику Гегеля с вычислением интеграла.

Вернемся к логике Гегеля и обратим внимание на оглавление первой книги «Наука логики». Первый раздел называется «Определенность (качество)», второй – «Величина (количество)», третий «Мера». Следовательно, крупными вехами являются категории качества, количества и меры. Мы не будем останавливаться на промежуточных станциях этого пути, так как они многочисленны и не составляют линейной последовательности, как могло показаться во времена Гегеля. Это скорее ветвящаяся как дерево последовательность, как гипертекст. В связи с этим следует считать первым важным логическим переходом переход качества в количество. Отрицание качества есть количество (Quantitat ). Количество является безразличным к качеству.

Для того чтобы посчитать пальцы или иные предметы, нужно абстрагироваться от их качества. Сравнительно недавно еще существовали народы, которые не владели счетом. Пример речи туземца, не владеющего счетом, описал Р. Турнвальд: «Так, например, когда они хотели сообщить, что пришло пять человек, то они не говорили: “Пришло пятеро”, а сообщали так: “Пришел один мужчина с большим носом, старик, ребенок, мужчина с больной кожей и совсем маленький ребенок” [65]. Люди учились считать по пальцам. На эту особенность указывал и Н. Н. Миклухо-Маклай, который следующим образом описывает приемы счета у папуасов: «Излюбленный способ счета состоит в том, что папуас загибает пальцы одной руки, причем издает определенный звук, например, “бе, бе, бе…” Досчитав до пяти, он говорит: “Ибон-бе” (рука). Затем он загибает пальцы другой руки, снова повторяя: “бе, бе…”, пока не дойдет до “ибон-али” (две руки). Затем он идет дальше, приговаривая: “бе, бе…”, пока не дойдет до “сам-ба-бе” и “сам-ба-али” (две

51

ноги)» [65]. Во французском языке двадцать (общее число пальцев у человека) vingt, а девяносто quatre-vingt-dix означает четыре по двадцать (число пальцев на руках и ногах четырех человек) и еще десять (две руки).

Что означает переход качества в количество? Очевидно, что это не объявленный Гегелем переход от абстрактного к конкретному, а переход от конкретного к абстрактному, так как для счета по пальцам необходимо абстрагироваться от качественных признаков пальцев (указательный, мизинец и т. д.). Поэтому можно твердо сказать, что уже на первой ступени Г. Гегель отказывается от восхождения к конкретному от абстрактного, а, напротив, описывает переход от конкретного к абстрактному. Уже при жизни Гегеля Ф. Шеллинг, с которым его пути не раз пересекались, более того, они учились одновременно в Тюбингенском университете, обратил внимание на то, что «он начинает с самых абстрактных понятий. Между тем абстракции не могут естественным путем существовать, рассматриваться как действительные до того, как есть то, от чего они абстрагированы: становление не может быть до становящегося, существование – до существующего» [66]. В. Гейзенберг в статье «Абстракция в современной науке» пишет: «Сущность абстракции составляет выделение одной особенности и противопоставление ее как особо важной всем прочим… Понятия, первоначально полученные путем абстрагирования от конкретного опыта, обретают собственную жизнь. Они оказываются более содержательными и продуктивными, чем можно было ожидать поначалу. В последующем развитии они обнаруживают собственные конструктивные возможности: они способствуют построению новых форм и понятий, позволяют установить связи между ними, и могут быть в известных пределах применимы в наших попытках понять мир явлений». Анализируя роль абстракций в математике, В. Гейзенберг пишет: «Каждый раз приходилось подниматься с достигнутого уровня абстрактности на следующий, поскольку в той ограниченной области, где проблемы первоначально возникли, их нельзя было решить, но даже и как следует осмыслить. История математики служит нам примером, позволяющим признать неизбежность движения к большей абстрактности» [67].

«Наука логики» была написана Гегелем после «Феноменологии духа» и возможно более правильно логику рассматривать как продолжение системы наук, начатой в «Феноменологии духа». Между тем в «Феноменологии духа» можно встретить слова: «Всякое начало бывает непосредственным, так как то, что опосредствовано, не составляет начала, а находится уже в процессе развития. Непосредственное знание, не будучи опосредствовано никаким сознательным мышлением, имеет чувственный характер, и так как всякое непосредственное знание обладает характером достоверности, то начало и первая ступень сознания есть чувственная достоверность» [108].

Качественное познание всегда опережает количественное. В аналитической химии качественный анализ, ставящий задачу определить, из каких

52

элементов состоит вещество или из каких веществ состоит смесь, предшествует количественному анализу, задачей которого является определение отношения элементов в соединении или компонента в смеси веществ. Парадокс заключается в том, что по мере роста чувствительности аналитических методов можно открывать в одной и той же смеси все большее количество элементов и соединений и в пределе качественный анализ может потерять смысл, так как при дальнейшем развитии аналитических методов можно будет открывать любой элемент в любом натуральном веществе. В этом случае под качественным анализом будут понимать количественный анализ с чрезвычайно огрубленными показаниями.

В. Гейзенберг дает еще один интересный пример роли абстракций в химии: «Остановлюсь только на одном эпизоде из истории химии, показательном с точки зрения феномена абстрагирования и унификации, а именно на развитии понятия валентности. На протяжении долгого времени нельзя было решить, являются сами атомы материальными телами или они суть всего лишь геометрические образы, с помощью которых удобно математически отображать химические реакции. В результате пришли к понятию, которое позволило единообразно интерпретировать и отчасти понять самые разнообразные химические реакции. Лишь много позже выяснилось, какого рода реальность стоит за понятием валентности. От понятия валентности уже недалеко до того языка абстрактных формул, на котором говорит современная химия и который в любой ее области позволяет химику понять смысл и результат работы в любой отрасли химии».

2.2.От абстрактного к конкретному

Впредыдущем разделе мы показали, что переход от качества к количеству не является восхождением от абстрактного к конкретному, а, напротив, представляет собой движение от конкретного к абстрактному. Реальным началом восхождения от абстрактного к конкретному, которое Гегель принял за направление развития логических категорий, является переход от количества к мере (Maß). Если качество является тезисом в этом движении, то отрицание его приводит к количеству, а двойное отрицание является ан-

титезисом. Вся логика Гегеля проникнута духом отрицания, поэтому ее назвали диалектической (греч. διαλεκτικος – искусный в споре, разговоре)

логикой. Отрицание количества приводит к синтезу, понятию меры. Переход количества в качество является примером отрицания отрица-

ния, когда тезис после двойного отрицания сохраняется не просто в виде тождества, а дает новое качество, сохраняющее вместе тезис и антитезис. В логике Аристотеля двойное отрицание не приводит к новому качеству. «Duplex negatio affirmat» (Двойное отрицание утверждает). Например, если исходное утверждение «Земля – планета», то отрицание приводит к выводу, что Земля не планета, двойное отрицание «Земля не не планета» означает

53

тождественный возврат к исходному тезису. В диалектической логике синтез не является тождественным тезису, а сохраняет его на новом уровне. В частности, мера является синтезом качества и количества, поэтому корректнее говорить не о переходе количества в качество, а о переходе от количества к мере, являющейся синтезом двух понятий: качества и количества. В Малой логике Гегель пишет, что «каждое из тех двух определений, единство которых есть мера, проявляется также и для себя, так что, с одной стороны, количественные определения наличного бытия могут изменяться без изменений качества, а с другой – это безразличное возрастание и уменьшение имеет, однако, свою границу, переход которой изменяет и количество. Так, например, температура воды сначала не оказывает никакого влияния на ее капельно-жидкое состояние, но затем при возрастании или уменьшении температуры достигается точка, на которой это состояние сцепления качественно изменяется, и вода переходит, с одной стороны, в пар и, с другой – в лед. Эту антиномию меры уже древние греки старались сделать наглядной, облекая ее в разные формы. Так, например, они ставили вопросы: создает ли прибавление одного пшеничного зерна кучу? Становится ли хвост лошади голым, если из него вырвать один волос? Если мы будем склонны ответить на эти вопросы отрицательно, ввиду природы количества как безразличной внешней определенности бытия, то нам быстро придется признать, что это безразличное увеличение и уменьшение имеет также и свою границу и что при этом достигается, наконец, такая точка, за которой благодаря дальнейшему прибавлению одного пшеничного зерна возникает куча и благодаря дальнейшему вырыванию лишь одного волоска хвост оголяется» [63].

Химия дает много примеров перехода количества в качество. Энгельс писал в «Диалектике природы», что свои величайшие триумфы открытый Гегелем закон природы празднует в области химии. «Химию можно назвать наукой о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменений количественного состава. Возьмем кислород: если в молекулу здесь соединяются три атома, а не два, как обыкновенно, то мы имеем перед собой озон – тело, определенно отличающееся своим запахом и действием от обыкновенного кислорода. А что сказать о различных пропорциях, в которых кислород соединяется с азотом или серой и из которых каждая дает тело, качественно отличное от всех других тел! Как отличен веселящий газ (закись азота N2O) от азотного ангидрида (пятиокиси азота N2O5 ) ! Пер-

вый – это газ, второй при обыкновенной температуре – твердое кристаллическое тело. А между тем все отличие между ними по составу заключается в том, что во втором теле в пять раз больше кислорода, чем в первом. Еще поразительнее обнаруживается это в гомологических рядах соединений углерода, особенно в случае простых углеводородов». «Какое качественное различие приносит с собой прибавление C3H6 , можно узнать на основании

опыта: достаточно принять в каком-нибудь пригодном для питья виде, без

54

примеси других алкоголей, винный спирт C2H6O , а в другой раз принять

тот же самый винный спирт, но с небольшой примесью амилового спирта C5H12O , который образует главную составную часть гнусного сивушного

масла. На следующее утро наша голова почувствует это, и к ущербу для себя; так что можно даже сказать, что опьянение и следующее за ним похмелье являются тоже перешедшим в качество количеством: с одной стороны – винного спирта, а с другой стороны – добавленного к нему C3H6 ». Энгельс

рассматривает переход элементов в периодической системе как переход количества в качество и пишет, что Менделеев, применив бессознательно гегелевский закон о переходе количества в качество, совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Леверье, вычислившего орбиту неизвестной планеты – Нептуна. В некоторых случаях закон перехода количества в качество был использован для определения места водорода в периодической системе. Хотя водород нет смысла ставить в группы, так как первый период состоит только из двух элементов, но вопрос о его месте в таблице был решен следующим образом. Если поставить водород в седьмую группу, то он будет выше фтора, а так как электроотрицательность увеличивается в этой группе с уменьшением порядкового номера, то следующим за фтором должен быть еще более электроотрицательный элемент, каким водород не является. Если поставить водород в первую группу, то от франция или цезия электроотрицательность (способность атома к поляризации ковалентных связей) увеличивается и следующим в группе может быть водород, имеющий большую электроотрицательность по сравнению с щелочными металлами. Однако водород не является металлом, но возможен при уменьшении порядкового номера переход количества в качество и следующим за литием элементом вполне может быть водород.

Рис.1. Электромагнитный спектр (λ – длина волны)

55

Рисунок показывает один из самых ярких примеров перехода количества в качество в спектрохимических методах анализа. При малых энергиях квантов электромагнитного поля мы можем наблюдать только изменения состояния спинов ядер, которое использует спектроскопия ЯМР (ядерный магнитный резонанс) и ЭПР (электронный парамагнитный резонанс). При увеличении энергии квантов мы входим в область, в которой возникают вращения молекул. Эта область используется в микроволновой спектроскопии. Качественно новый тип движения возникает при дальнейшем увеличении энергии квантов – колебании молекул. Самой распространенной из видов колебательной спектроскопии является ИКС (инфракрасная спектроскопия). Может создаться иллюзия непрерывности изменения свойств при увеличении энергии квантов. Эту иллюзию разрушает изучение свойств квантовых осцилляторов, в которых энергия меняется не непрерывно, как в классических механических осцилляторах, а дискретно по уравнению

где E – энергия состояния с колебательным квантовым числом n , = – постоянная Планка, ν – частота колебаний осциллятора. Дело в том, что квантовый осциллятор не может принять энергию даже, если она немного меньше, чем указанная, в приводимом уравнении. Аналогичное явление наблюдается при электронных энергетических переходах в видимой и ультрафиолетовой частях спектра. Особенно ярко иллюстрирует переход количества в качество изменение цвета при увеличении энергии квантов от красного до фиолетового цвета. Гегель для ряда переходов ввел понятие узловой линии отношения мер. Совокупность перехода цвета как функции энергий поглощаемого поля электромагнитного излучения дает пример узловой линии отношений мер, так же как и ряд оксидов азота, который рассматривал еще Гегель.

Существует еще множество примеров проявления закона перехода количества в качество в химии. Если приливать реагент, способный образовать малорастворимое соединение, например, нитрат серебра к хлориду натрия, то только при достижении величины произведения растворимости малорастворимого электролита хлорида серебра выпадает осадок, который позволяет проводить не только качественный, но и количественный анализ (метод осаждения, аргентометрия). При добавлении кислоты к щелочи в присутствии рН-индикатора резко происходит изменение его окраски в определенной точке, которую регистрируют для установления конца титрования. При потенциометрическом титровании многоосновных кислот дифференциальные кривые титрования обнаруживают несколько скачков, которые на практике применяют для их количественного определения. Наконец, малые дозы лекарств не помогают больному, а передозировка приводит к опасности для организма. Достижение критической массы приводит к ядерной реакции.

56

Мы хотели бы обратить внимание на то, что скачки бывают далеко не всегда. Например, энергетические уровни могут быть уширены при столкновении молекул в жидкостях и не являются строго дискретными переходами. Следует признать, что связь качества и количества в мере может быть не только дискретной. Пример непрерывного изменения свойств мы рассмотрим в разделе 2.4. Жизнь и наука дают гораздо больше примеров, чем они могут вместиться в известные схемы.

В монографии «О количественных и качественных изменениях в природе» Б. М. Кедров пишет о переходе количества в качество в явлении изомерии [68]. Количественная определенность является в его рассмотрении аргументом. Кедров полагал, что изменение пространственного расположения приводит к качественному изменению – переходу от одного изомера к другому. В действительности для перехода необходимо приложить энергию. Причем если для перехода от одной формы к другой у предельных углеводородов энергия составляет несколько десятков кДж/моль, то для соединений, представленных на рис. 2, величина энергии, необходимая для образования цис-изомера из транс-изомера, требуется энергия с порядком в несколько сотен кДж/моль. Можно сказать, что изменение пространственной конфигурации является только формой перехода, а энергия – его содержанием.

Рис. 2. Геометрические изомеры

В настоящее время получает приоритет в развитии нанотехнология. Ее сторонники справедливо исходят из понимания нового перехода количества в качество и доказали, что частицы в интервале от 1 до 100 нм придают материалам новые свойства и поведение. Шаги человека в микромир всегда сопровождались новыми открытиями. Сколько нового внесли в естествознание наблюдения Роберта Броуна – английского ботаника, который наблюдал непрерывное, беспорядочное движение пыльцевых зерен в капле воды. Из этих наблюдений родилась теория броуновского движения Эйнштейна, которая лежит в основе понимания диффузии в жидкостях и твердых телах. Развитие математической теории броуновского движения приве-

57

ло к созданию новой дисциплины – марковских процессов. В наше время электронная и сканирующая туннельная микроскопии дали возможность наблюдать наноразмеры. Это приводит к инновационной деятельности на основе прогресса нанотехнологий, однако будет справедливо вспомнить, что в нанообласти лежит вся коллоидная химия, которая уже третье столетие демонстрирует свои чудеса. Можно предвидеть, что развитие техники наблюдения атомно-молекулярных объектов приведет еще к более значительным успехам, поскольку в этой области, которую назовут, вероятно, пикохимией, а ее приложения пикотехнологией, протекают сами химические реакции. Не только наблюдение, но и управление химическими процессами принесет время невероятных открытий, ибо как полагал еще Пифагор: «В природе самое маленькое – это самое великое».

2.3. Эволюция понятий

Философия есть познание посредством понятий.

Г. Гегель

Понятием называют мысль о признаках предметов или явлений. Понятие можно выразить словом, если не давать его определения. Определение превращает его в суждение. Логика Аристотеля начинается с понятия. С понятия должна начинаться и эволюционная логика, так как уже первая категория – качество – не может быть иначе выражена, как в понятиях. Понятия проходят ступени эволюции от единичных к общим, что само по себе представляет качественный переход при изменении количества описываемых предметов или явлений.

В логике Аристотеля понятия различаются по объему и содержанию. Мыслимые в понятии признаки составляют содержание понятия, а под его объемом понимается вся совокупность тех предметов, которые могут мыслиться посредством этого понятия. В логике Аристотеля существует закон обратного отношения между объемами и содержаниями понятий. Обычно он иллюстрируется таким примером. Человек, знающий два европейских языка (включая родной), довольно широкое, хотя и очень расплывчатое понятие. Оно имеет большой объем, но малое содержание. Человек, знающий все европейские языки, имеет очень малый объем, но большое содержание. В эволюционной логике существует противоположный закон: увеличение объема увеличивает содержание. Рассмотрим это утверждение на частном примере понятия кислоты. Первоначально для кислот не было объединяющего признака, и серную кислоту называли купоросным спиртом (spiritus vitrioli), а азотную – крепкой водой (aqua fortis). Первым общим признаком кислот стал не существенный признак, а вытекающий из ощущений – кис-

58

лый. Отсюда в европейские языки, в том числе и в русский язык, вошло слово «кислота» как обладающая кислым вкусом. Лавуазье создал кислородную теорию кислот, утверждая, что в кислотах обязательно должен содержаться кислород. Термин «кислород» является калькой с научного международного термина oxigenium – рождающий кислоту ( греч. οξυς – ук-

сус, γενναω – рождаю), введенного в 1786 г. Лавуазье. Г. Деви в 1815 г., изучив состав соляной кислоты, опроверг кислородную гипотезу Лавуазье и предложил водородную. Это гипотеза позволила увеличить как объем, так и содержание понятия «кислота». Созданная С. Аррениусом в конце XIX века теория электролитической диссоциации кислоты рассматривала как вещества, диссоциирующие в растворе с образованием ионов водорода. По степеням диссоциации кислоты были разделены на сильные и слабые. В теории кислот и оснований И. Брёнстеда (1923) кислота является веществом способным отдавать протон в растворе, а основание – его присоединять. С точки зрения этой теории соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, как, например, соли аммония, являются также кислотами. Они диссоциируют не только на собственные ионы аммония и анионы, но и на водородные ионы, что приводит к слабокислой реакции среды их растворов. Важно обратить внимание на то, что увеличение содержания привело к увеличению объема понятия «кислота», которое значительно расширилось, включив в свой объем соли слабых кислот и оснований.

Логика Аристотеля делит понятия на тождественные I (principium identitatis), различающиеся II (principium diversitatis) и противоположные III (principium contradictionis). Схема отношений понятий представлена на рис. 3.

Рис. 3. Тождественные понятия (I), различающиеся понятия (II), противоположные понятия (III)

Принципиальным отличием логики Аристотеля и Гегеля является то, что в логике Гегеля тождественные понятия при эволюции превращаются в различные, а различные могут превратиться в противоположные.

59

Закон тождества, выполняемый в логике Аристотеля, может быть записан в виде формулы А есть А ( А≡ А). Он означает, что предмет должен

оставаться постоянным по объему и содержанию, а искажение смысла приводит к логической ошибке, которую называют подменой понятий. Например, если судят человека за тяжкое преступление, то адвокаты используют подмену понятий, переводя понятие из классической логики в эволюционную логику. Можно говорить о том, что преступник был труженик и прекрасный семьянин, а можно принять во внимание его раскаяние не совершать такие преступления в будущем. Судить должно за поступок, который совершил человек в определенный момент времени и оценивать его тяжесть без экскурса в прошлое и будущее.

Обратим внимание на то, что в химии и физике имеются тождественные объекты, к которым относятся элементарные частицы: протоны, нейтроны и электроны, из которых состоят атомы и молекулы. Атомы любого элемента тождественны как в России, так и в Перу, более того на Солнце и за пределами Солнечной системы. Молекулы одного и того же вещества также идентичны как между собой в сосуде, так и в других лабораториях и странах. По крайней мере, мы ничего не знаем об их различиях. В эволюционной логике тождественные понятия превращаются при развитии в различающиеся (principium diversitatis). Гераклит произнес свои знаменитые слова παντα ρει (все течет, все изменяется). Большинство объектов природы,

также мыслей при сравнительном анализе оказываются различными. Существует ряд сравнительных наук, среди которых еще Гегель обратил внимание на сравнительную анатомию и сравнительное языкознание. К ним важно добавить сравнительную палеонтологию. Закон разности утверждает, что нет двух вещей, совершенно одинаковых или неразличимых. Конечно, химия показала, что атомы одного элемента и молекулы одного вещества подобны. Однако следует признать, что при движении по эволюционной лестнице различия становятся глубже и существеннее. Когда немецкий философ Лейбниц, чей бюст украшает сквер перед новым зданием Лейпцигского университета, обсуждал эту проблему во время прогулки, то он предложил придворным дамам Софьи Шарлоты найти два одинаковых листа на дереве. Как ни старались дамы, философ легко находил необходимые различительные признаки на листьях. «Счастливые времена для метафизики, когда при дворе занимались ею, и когда для испытания ее утверждений не требовалось иного труда, как сравнивать древесные листья», – так оценил Гегель эту историю. Развитие есть дифференцирование. Одноклеточные не имеют совершенных органов чувств, они появились при эволюции вместе с интегрирующей их функции нервной системой.

Углубление различий приводит к образованию противоположных понятий (principium contradictionis). Между А и не-А нет ничего третьего (principium exclusi tercii). Схематически это отношение показано на рис. 3

60