ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ

структурой III. Например, положительно и отрицательно заряженные тела притягиваются, в то время как одноименно заряженные отталкиваются. В логике Гегеля отрицание не уничтожает, а противопоставляет себя тезису, чтобы сделать возможным их синтез. Противоположным понятиям сопутствует дихотомическое деление. В ряде случаев речь идет просто о различиях, из которых удаляется общее, но зачастую просто различие возводится в ранг противоположности. Х. Патнем пишет, что «цель, которую я ставил перед собой, заключается в том, чтобы ослабить то удушающее влияние, которое ряд дихотомий оказывает на мышление и философию» [49].

Каковы отношения между тождественными, различными и противоположными понятиями? В обществе, ведущем патриархальное хозяйство, нет необходимости в интеграции. Каждая семья (или род) сама обеспечивает себя одеждой и пищей. Однако в более низких материальных структурах взаимодействие между подобными элементами может быть сильным. Например, два атома водорода или кислорода образуют очень прочную молекулу. Более строгий анализ взаимодействия может показать, что у взаимодействующих атомов все-таки различные спиновые числа, однако спин является механической моделью (англ. spin – кружение, верчение) и не больше. Мы не знаем истинной природы взаимодействия и находим некоторые аналоги среди хорошо известных нам явлений, которые реально не могут служить для вскрытия истинной сущности взаимодействия атомов.

Увеличение различий, дифференциация привела в обществе к существенному прогрессу, однако человек, который только просверливает в машине отверстие, не может обойтись без коллектива организованных работников так же, как и эти работники не могут обойтись без тех, кто выпускает другие изделия, кто производит пищевые продукты и другие товары, необходимые для жизни. Люди образуют сложный интегрированный комплекс, который развивается и совершенствуется. Английский философ Г. Спенсер в своих работах уделил много внимания анализу дифференциации и интеграции в обществе и природе. Г. Спенсер ввел в науку одно из самых распространенных понятий – эволюцию (лат. evalutio – развертывание), которое уже через семь лет использовал Ч. Дарвин для номинации своей гипотезы. Спенсер утверждал, «что в процессе эволюции дифференциация структуры и функций биологического и социального организмов сопровождается развитием их взаимодействия» [69].

Углубление различий приводит к противоположным понятиям. Отношение противоположностей называют противоречием. Однако далеко не всегда противоположности можно отличить от различий. К. Маркс считал, что понятия «капиталист» и «рабочий» являются противоположными. В настоящее время можно считать, что отношения между работающим и работодателем являются не противоположностями, а различиями. Эти различия могут переходить в разряд противоположностей, и тогда возникают проти-

61

воречия, но по мере их разрешения они вновь превращаются в отношения различия. Последователи К. Маркса в нашей стране рассматривали противоречия даже в качестве движущей силы социалистического общества. Может быть, ленинградский философ В. П. Рожин был один, кто очень осторожно высказывал иную точку зрения: «Из неправильного понимания действительной роли противоречий в развитии социалистического общества вытекает странная и вредная тенденция искать больше противоречий в нашем обществе, ибо чем их больше, тем лучше, так как они якобы ускоряют движение вперед. Этот своеобразный культ противоречий необходимо преодолевать» [70].

Химия дает существенные примеры эволюции понятий. Известна гипотеза английского врача У. Праута (1815), согласно которой все элементы произошли в результате эволюции водорода как первоначала. Сначала ее принимали, потом отрицали и только теперь на новом уровне обсуждается возврат к его идеям. Принимая эту гипотезу, обсудим эволюцию понятия «элемент», используя в качестве примера 2-й и 3-й периоды периодической системы элементов.

Таблица 1

Второй и третий периоды Периодической системы элементов Д. И. Менделеева

Рассмотрим в качестве начала ряда элемент литий. По отношению к другим атомам лития он является тождеством. Литий является самым слабым щелочным металлом. Добавление к литию пары протон – электрон приводит к изменению свойств. Результатом гипотетического ядерного синтеза является бериллий, который является, как и литий, металлом, но более слабым. Процесс эволюции элементов, отраженный в эволюции понятий, приводит к различающимся по силе металлам. Добавление еще одной пары протон – электрон приводит к появлению противоположных свойств, так как бор уже не является металлом. Еще одна ступень химической эволюции приводит к синтезу углерода, на основе которого построена жизнь. Неметаллические свойства при дальнейшем прибавлении протонов и электронов к исходным элементам усиливаются вплоть до наиболее типичного неметалла фтора. Фтор – сильный агрессивный газ, который при попытках выделения его из соединений унес жизнь не одного исследователя. Фтор – это больше, чем элемент. Фтор – это трагедия. Эволюционная лестница ведет к инертным газам, которые были открыты позже периодического закона, и им с трудом удалось найти место в периодической системе элементов. Следующая ступень приводит к появлению щелочного металла

62

натрия, более сильного в сравнении с литием. Однако возврат к щелочным металлам позволяет говорить нам об отрицании отрицания, так как от лития

кфтору увеличивались потенциалы ионизации элементов. Переход к третьему периоду возвращает низкий потенциал ионизации атома у натрия. Далее свойства по группам в значительной мере повторяются, но алюминий является металлом, в то время как бор – неметалл. Эволюция приводит нас

ксамому активному в этом периоде неметаллу хлору для того, чтобы при новом отрицании вернуться к щелочному металлу калию, который находится уже за пределами рассматриваемого фрагмента периодической системы. Различающиеся элементы внутри периода образуют между собой соединения, но взаимодействие противоположностей является самым сильным, если щелочной металл реагирует с галогеном.

Эволюция понятий от тождества до противоположности приводит к

появлению в логике категории явления и сущности, необходимости и случайности. Первым на пути к выявлению сущности оказывается видимость, которая опирается на непосредственное восприятие объектов и событий органами чувств. Видимость может искажать сущность, как искажается образ предмета, находящегося в воде, вследствие различия показателей преломления. Видимостью является кажущееся вращение Солнца вокруг Земли. Видимостью является уменьшение массы при горении топлива в открытом сосуде, приводящее к ложному выводу о существовании вещества горючести – флогистона. Отрицание видимости приводит к сущности, отрицание сущности к ее синтезу с видимостью, при котором она предстает в виде явления.

Философские взгляды возникают часто и как обобщение результатов научных исследований, и как априорные гипотезы для решения научных проблем. В лучших разделах логики Гегель тесно связывает свои философские идеи с конкретным материалом, и более всего из области химии. Об этом красноречиво свидетельствуют разделы первой и третьей книг его «Науки логики». За прошедшие два века наука добилась большого прогресса. Он был бы невозможен без успешного решения методологических проблем, которые возникают в научном творчестве. Суждения о необходимости и случайности, изложенные во второй книге Большой логики, в наши дни звучат иначе. Несколько изменилась и терминология, отражающая совокупность новых фактов и явлений. Современная наука оперирует катего-

риями детерминированности (лат. de-termino – ограничивать, определять) и стохастичности (греч. στοχαστικος – умеющий цéлить, умеющий попа-

дать). Детерминированность и стохастичность два предельных состояния. Детерминированная, полностью запрограммированная система была мечтой Госплана СССР. Казалось бы, что четкое планирование является залогом успеха. Однако на деле некоторые лица волюнтаристски решали задачу, кому и что производить, куда распределять товары. А. С. Кравец отмечал, что «проявление активности невозможно в условиях жесткой организации

63

сложной системы. Любое отклонение от принятой программы ведет к разрушению системы. Автономная организация позволяет, наоборот, за счет активного выбора наилучшей стратегии максимально использовать ресурсы каждой подсистемы, быстрее решать поставленные задачи» [71]. Полная детерминированность приводит к вырождению системы, также как и предельная стохастичность к ее деградации [72]. Отсюда следует вывод о разумном сочетании детерминированности и стохастичности для того, чтобы найти путь между закостенелостью и анархическим распадом. С. И. Яковленко описывает результаты расчетов системы, состоящей из двух тысяч электронов и ионов, решением классических уравнений движения Ньютона при их взаимодействии по закону Кулона. Система не релаксировала к равновесному состоянию до тех пор, пока на эту систему не налагалось внешнее стохастическое воздействие, приводящее к частичной потере памяти о предыстории [73].

Современная неравновесная термодинамика показала, что с усилением воздействия на систему рождается хаотическое состояние, но при некоторых условиях хаос превращается в порядок. Примером тому являются химические часы Белоусова или ячейки Бенара, которые демонстрируют образование правильной геометрической фигуры не при уменьшении обобщенных термодинамических сил, а, напротив, при их увеличении. «Реальный мир управляется не детерминистскими законами, равно как и не абсолютной случайностью. Прокладывая тропинку, избегающую драматической альтернативы между слепыми законами и произвольными событиями, мы обнаруживаем, что значительная часть конкретного мира вокруг нас до сих пор “ускользала из ячеек научной сети”, если пользоваться выражением Уайтхеда. Мы живем в особо выделенный момент истории и питаем надежду, что нам удалось передать это убеждение своим читателям», – так заканчивают свою книгу И. Пригожин и И. Стенгерс [74].

2.4. Единство противоположных суждений

Цветы, что я и ты сорвали, Друг друга дивно дополняли, И мы из них с тобой вдвоем Прекраснейший венок совьем.

М. Планк

Количественная эволюция понятий как тождеств превращает их в новое качественное понятие суждения, которое связывает их и выявляет различные стороны. В Малой логике Гегель пишет: «Этимологическое значение слова Urteil (суждение) в нашем языке выражает первичное единство понятия, которое, различаясь, производит первоначальное деление, чем и являет-

64

ся суждение поистине» [63]. При переходе от понятия к суждению отдельные слова связываются в предложения, которые являются, с точки зрения Аристотеля, суждениями. При этом заметим, что термина «суждение» Аристотель избегал, заменяя его термином «высказывание» или «предложение», однако как его последователи по классической логике, так и Гегель при построении диалектической логики использовали именно этот термин.

К числу законов логики относится закон противоречия, который гласит, что два суждения, из которых в одном утверждается нечто о предмете мысли, а в другом то же самое отрицается, не могут быть сразу истинными. К числу утверждений, которые в борьбе надолго закрепились в химии, является суждение, утверждающее, что все химические вещества имеют постоянный состав (закон постоянства состава). Его установил французский химик Ж. Пруст. С помощью тщательных анализов он показал в 1799 г., что карбонат меди характеризуется определенным соотношением масс меди, углерода и кислорода, которое сохраняется и для карбоната меди как найденного в природе, так и полученного различными способами в лаборатории. Он одержал уверенную победу над К. Бертолле, который придерживался противоположного взгляда и считал, что соединения имеют переменный состав. В науке на долгое время воцарился закон постоянства состава, который изучают в школе. Н. С. Курнаков при изучении сплавов показал, что если в системе реагирующих компонентов образуется соединение, то оно проявляется на диаграмме состав – свойство, примеры которых представлены на рис. 4.

Рис. 4. Фазовые диаграммы бинарных систем с односторонней дальтонидной фазой (слева) и бертоллидной фазой γ (справа) [106]

65

На левом рисунке представлен резкий, сингулярный максимум, соответствующий образованию «дальтонидов» в фазе γ, которые являются веществами с постоянным составом, а это значит, что данное соединение дискретно. Однако им были обнаружены соединения, которые не имели постоянного состава. Пример представлен на правом рисунке, где на диаграмме состав – свойства максимум является плавным (фаза γ), а изменения состава непрерывными [106]. Курнаков назвал такие соединения «бертоллидами». Еще в 1912 г. он изучил сплавы талия и висмута и нашел, что состав соединения между ними плавно меняется от 55 до 64 % висмута, причем эта фаза обладала всеми свойствами индивидуального химического соединения. Таким образом, истинными оказались оба противоречащих утверждения о том, что химическое соединение имеет постоянный состав и химическое соединение не имеет постоянного состава, т. е. имеет переменный состав. Несмотря на то, что Гегель знал работы Бертолле и Рихтера, установившего постоянный состав многих соединений, он не высказал точку зрения о единстве непрерывности и дискретности в химических соединениях. Однако и химики не познакомились с его логикой, которая предполагала возможность истинности двух противоположных учений.

Одной из ключевых тем естествознания является вопрос о соотношении дискретного и непрерывного в теории света. Ньютон предложил корпускулярную теорию света. Свет по Ньютону состоит мельчайших корпускул, вылетающих с громадной скоростью из источника света по всем направлениям и движущихся прямолинейно со скоростью тем больше, чем больше плотность среды (1672) [75]. Гюйгенс, развивая идеи Гука, предложил волновую теорию света (1678). Эволюция корпускулярных и волновых представлений привела М. Планка к квантовой теории (1900). По сути уже в квантовой теории содержится единство двух противоположных суждений о непрерывности и дискретности светового потока. Насколько трудным было соединение непрерывности и дискретности, можно судить по высказыванию Планка уже спустя 11 лет после первой публикации, которая вызвала острые дискуссии: «Перед лицом всех этих трудностей мне кажется, что необходимо отказаться от предположения, будто энергия осциллятора обязательно должна быть кратна элементу энергии E = hν , и принять, что, на-

оборот, явление поглощения свободного излучения есть по существу непрерывный процесс. Стоя на этой точке зрения, можно сохранить основную идею теории квантов, предположив лишь, что испускание теплового излучения осциллятором с частотой ν происходит дискретно и излучаемая энергия может быть лишь целым кратным элементом порции E = hν ». В

начале прошлого века страх разрушить восхитительное здание, воздвигнутое классической физикой, был велик, но новая теория сама нашла удобные способы примирения, некий modus vivendi (условия, обеспечивающие существование вместе противоположных представлений), который постепенно

66

все приняли. Чрезвычайно малая величина постоянной Планка h приводит к тому, что в явлениях, в которых присутствует большое количество квантов, дискретность почти исчезает, уступая место кажущейся непрерывности, подобно тому, как большая куча мелкого песка кажется непрерывной и цельной [75].

Выдающимся достижением в науке, проложившим новые пути в исследовании структуры и функций элементарных частиц, является концепция французского физика Луи де Бройля, который в 1922 г. поставил задачу «найти общее синтезирующее понятие, которое позволило бы объединить точку зрения волновой теории с точкой зрения корпускулярной» [75]. Диссертация 1924 г. содержала этот синтез. Согласно формуле Планка энергия кванта выражается уравнением

где E – энергия, h – постоянная Планка, c – скорость света, λ – длина волны. С другой стороны, в соответствии с уравнением Эйнштейна, полученным в общей теории относительности, энергия связана с массой m

Приравнивая уравнения, де Бройль получил выражение для длины волны λ

которое означает, что каждая частица материи является местом и источником связанного с ней колебания соответствующей длины волны. Чем больше масса частицы, тем меньше длина волны. Эйнштейн посоветовал М. Борну: «Прочтите ее! Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно» [109]. Статью де Бройля П. Дебай предложил на семинаре изложить Э. Шредингеру, который долго отказывался говорить о такой чепухе [109]. П. Дебай на правах старшего настоял на своем. В результате Э. Шредингер на семинаре Цюрихского политехникума в 1926 г. впервые представил в явном виде уравнение для волн частиц, лежащее в основе величественного здания квантовой механики и квантовой химии. В том же 1926 г. К. Девиссон и Л. Джермер экспериментально исследовали дифракцию электронов и вычислили длины волн, которые вполне соответствовали теории де Бройля. Все участники этого открытия: де Бройль, Девиссон и Джермер, Шредингер – были удостоены в разные годы Нобелевской премии. Эти работы позволили объяснить природу химической ковалентной связи, интерпретируя ее как взаимодействие колебаний при интерференции волн электронов. При сложении двух атомных орбиталей увеличивается электронная плотность между ядрами (связывающие орбитали), а при вычитании – уменьшается (разрыхляющие орбитали). В молекуле водорода

67

оба электрона могут разместиться на связывающей орбитали, поэтому система оказывается устойчивой. При чтении пионерских работ по квантовой механике и химии, как и в работах по непрерывности и дискретности химических соединений дуализм многократно обсуждается, однако ни в одной публикации не удалось встретить указание на ее методологическое решение в логике Гегеля.

Определения понятий или дефиниции уже являются суждениями. Например, определение элемента водорода может быть таким: Водород это химический элемент, атомы которого имеют наименьшую массу среди всех элементов. В каждом определении есть общий признак, на основании которого можно объединять частные понятия в общие. Кроме того, у определения есть характерный признак (differencia specifica), о котором Б. Спиноза сказал, что всякое определение есть отрицание (omnis determinatio est negation). Наименьшая атомная масса водорода является признаком, который отрицает все другие признаки, и тем самым дает возможность дать строгое определение данного элемента.

2.5. Аналитические и синтетические умозаключения в химии

Анализом природы, как на смех, Гордится химия, Но полон ли успех?

Разбит у ней на части весь предмет.

К несчастью, в нем духовной связи нет.

Гёте

Количественная и качественная эволюция понятий приводит сначала

ксуждениям, а от них к умозаключениям. «Умозаключение есть разумное,

ипритом все разумное» (Гегель). Переход от одного суждения к другому может быть движением от частного к общему, и тогда умозаключения называют индуктивными (лат. inductio – выведение). Если мы переходим от общего суждения к частному, то вывод называется дедуктивным (лат. deductio – отвод).

Рассмотрим индуктивные умозаключения. Один из классиков эмпиризма Ф. Бэкон считал, что простая перечислительная индукция приводит в большинстве случаев к ошибочным утверждениям. К. Поппер в книге «Объективное знание» писал, что индукция – безнадежная путаница, что она не играет никакой органической роли в эпистемологии или в методе науки и росте науки» [76]. Он приводил, в частности, примеры индуктивных умозаключений, которые представлялись непогрешимыми. Одним из них было утверждение, что солнце восходит и заходит каждые 24 часа. Пифей из Массалии, греческой колонии на месте современного Марселя, по-

68

бывал в Исландии или Норвегии и описал незаходящее солнце. Хотя ему и не верили, но правда была на его стороне. Учитывая недостатки индукции, Г. Гегель заменил в своей логической системе индукцию анализом. При анализе обобщаются не любые признаки, а только существенные. Например, желая проанализировать мел, мы не должны ограничиться описанием его цвета, формы, физических свойств. Химический анализ может установить после растворения в кислоте одним из методов наличие катиона кальция (комплексонометрическим титрованием, методом пламенной фотометрии или ионной хроматографией) и аниона карбоната (гравиметрическим методом, титрованием, методом газовой хроматографии). В результате мы делаем общий вывод, что его главным компонентом является карбонат кальция и мел представляет в химическом отношении почти такое же соединение, как и известняк или мрамор. Что бы было, если бы мы применили индуктивный метод к таким характеристикам, как форма мела. Мы скорее получили бы ответ на вопрос о характере преподавателя, который им пишет, чем о свойствах самого мела.

Заслугой Гегеля является не столько требование обобщения на основе существенного признака. Это требование можно встретить давно в учебниках формальной логики. Заслугой является установление связи между индукцией и анализом, как и между дедукцией и синтезом. Анализ, как и индукция, состоит в эволюции мышления от частного к общему, однако анализ связан с обобщением существенного признака, а не любого, как это может быть при индукции. Впрочем, Гегель не идеализирует аналитический метод. Он пишет в Малой логике: «Так, например, химик помещает кусок мяса в реторту, подвергает его разнообразным операциям и затем говорит: я нашел, что оно состоит из кислорода, углерода и водорода и т. д. Но эти абстрактные вещества уже не суть мясо» [63]. Современные методы анализа поступают совсем не так, как поступали аналитики времен Гегеля. Например, пиролитическая хроматография, проводимая при температурах 1350 °С, действительно не позволяет определить натуральные биологические продукты, однако для их определения используют либо жидкостную хроматографию, проводимую при комнатных температурах, либо используют иные методы, при которых структура сложных веществ не разрушается. Обыденное мышление отчаянно сопротивляется попыткам отождествления индукции и анализа, потому что анализ представляется расчленением целого на части. Этимология слова «анализ» (греч. ανα – вверх, λυσις –

освобождение, развязывание) очень сложна, но никто не обращал внимания, что оно по смыслу означает движение вверх от земного конкретного к абстрактному небесному. Гегель в терминах своего времени описывает этот процесс следующим образом: «При ближайшем рассмотрении аналитического познания оказывается, что оно начинает с предмета, выступающего в качестве предпосылки, стало быть, с единичного, конкретного предмета.

69

Анализ такого предмета не может состоять в том, что его просто разлагают. Так как анализ имеет своим основанием понятие, то он по существу своему имеет своим основанием определение понятия» [34].

Синтез имеет сходные черты с дедукцией потому, что является движением от общего к частному. Гегель писал, что «ступень этого познания, направленного к определениям понятия, составляет переход особенности в единичность; единичность составляет содержание научного познания. Научное познание есть в собственном смысле слова синтетическое» [34]. Различие дедукции и синтеза, как мы полагаем, состоит в том, что при дедукции объем выводимых понятий уменьшается, а при синтезе увеличивается, что доказывает органическая химия, которая из небольшого числа элементов (углерода, водорода, кислорода, азота) синтезирует самые сложные многочисленные вещества.

Анализ и синтез не должны противостоять друг другу. Эти оба метода пронизывают друг друга, и этим достигается желаемый результат. Однако в истории науки известно, что первоначально развивались аналитические дисциплины. Аналитическая химия, математический анализ, аналитическая геометрия, аналитическая механика, морфология растений и анатомия животных и человека были первыми ступенями познания. Не было необходимости Гёте упрекать химию его времени, что она была чисто аналитической. Середина XIX века была ознаменована прекрасными работами по синтезу, однако роль анализа не уменьшилась с развитием метода, а увеличилась, потому что растет объем задач, которые она должна решать. Можно сказать, что с развитием методов синтеза относительный объем анализа в химии уменьшился, но абсолютный объем резко увеличился. Сама аналитическая химия стала нуждаться в синтетической методологии. Если определены элементы сложного органического соединения, то это не значит, что мы узнали его состав. Мы имеем только кирпичики, из которых следует сложить здание. Это достигается либо виртуальным синтезом, которому помогают аналитические методы, такие как инфракрасная спектроскопия или спектроскопия ядерного магнитного резонанса для функционального анализа, позволяющего воссоздать полученное соединение, либо применяется встречный синтез и анализ для идентификации полученного соединения. О том, насколько важен анализ для синтетика, говорит следующий факт истории синтеза индиго. Как известно, индиго применяли для крашения одежд еще при египетских фараонах, однако его везли из дальних стран, и он был достоянием богатых людей. А. Байер взялся за синтез индиго и потратил на него 18 лет, которые большей частью ушли на анализ индиго, поскольку без знания предполагаемой структуры синтез какого либо заданного вещества был бы недоступен. Только после мучительной аналитической работы стал возможен синтез.

Известный советский исследователь гегелевской логики Э. В. Ильенков полагал: «Трудность состоит в том, что гегелевское изображение пред-

70