О взаимосвязи наук в современном естествознании

1. Природная основа взаимосвязи наук

Единство многообразия окружающего нас мира составляет объективную основу процессов дифференциации наук, специализации знаний, — с одной стороны, и процессов объединения, взаимосвязи наук, интеграции знаний — с другой. Материальное единство мира имеет разнообразные проявления, которые постигаются и широко используются в ходе научного познания. Для выяснения форм взаимосвязи наук о природе необходимо кратко рассмотреть основные проявления материального единства мира^[1]. Эти проявления имеют различную степень общности, начиная от охвата нескольких предметных областей и структурных уровней организации материи до всеобщих свойств и соотношений действительности.

Единство мира прежде всего выражается в общности свойств и состава разнородных объектов. Так, пространство и время — всеобщие атрибуты объектов; их характер зависит от специфической природы последних. Элементарные частицы входят в состав всех материальных образований; все тела разных участков Вселенной и находящиеся на той же ступени эволюции включают в себя те же химические элементы, которые выявлены в периодической системе Менделеева. Живые клетки служат исходными единицами (элементами) строения всех живых существ и т. д.

Другим более глубоким и общим выражением единства мира является сходство структур качественно различных областей явлений, представляющих собой системы разной степени сложности, а также разных уровней и типов организованности. Структурная общность вещей выражается в законах их строения, функционирования и развития. Таковы сходство законов гравитационного взаимодействия тел и электростатического взаимодействия зарядов, сходство формул теплопроводности (Фурье), диффузии (Дарси) и движения электрического тока (закон Ома); идентичные соотношения присущи колебательным процессам в механике, оптике, геологии и других областях. На идентичности структур в области физических и физико-химических процессов основана теория подобия и аналогового моделирования, а на структурной общности разнообразных областей явлений — математическое моделирование.

Следующим выражением единства мира являются процессы взаимного (обратимого) превращения одних материальных образований, одних состояний в другие. Таковы взаимные превращения элементарных частиц, вещества и света, химических веществ.

Общность происхождения, генетическое единство (тождество) также составляет важнейшее проявление материального единства мира. Существующая субординационная картина структурных уровней организации материи, когда каждый вышележащий уровень включает в себя все нижележащие уровни, коррелирует с процессами генезиса объектов, начиная от нижележащих к более высоким уровням. Поэтому явления того или иного уровня организации подчиняются не только законам данного уровня, но и законам всех нижележащих уровней. А это служит методологическим обоснованием положения о том, что к ним применимы методы исследования наук, которые изучают эти более фундаментальные уровни. Например, существо явлений жизни может быть раскрыто не одними биологическими методами, но также методами биохимии и биофизики, квантовой химии и квантовой механики.

Процессы взаимного, обратимого превращения вещей, их состояний и необратимые изменения, характеризующиеся качественно новыми свойствами и законами, т. е. процессы развития, включая и процессы поступательного развития, — эти два проявления материального единства мира также представляют собой разновидности структурной общности, структурного сходства объектов. Недаром эти виды сходства выражаются в виде структур, связанных с переходными процессами, и в виде генетических структур. Наиболее адекватным выражением структурного единства, общности в природе является формирующееся математическое учение о симметрии^[2]. Учение о симметрии и асимметрии в природе, охватывающее все новые и новые ее области, стороны и свойства, представляет собой стройную и разветвленную картину структурной гармонии мира.

Атрибут движения с точки зрения системного подхода раскрывается современным естествознанием в виде разнообразных взаимодействий между системами, принадлежащими к разным уровням и типам организации материи. Этот универсальный характер взаимодействий обусловливает наличие свойства отражения, присущего всей материи, а тем самым служит объективной основой познаваемости мира. Иными словами, мы можем познать все те объекты, с которыми можем установить взаимодействия частично изученных объектов, и выделить из эффекта их взаимодействия нужные сведения об интересующих нас объектах. Это (пятое по счету) проявление материального единства мира лежит, таким образом, в фундаменте теории познания — учения о путях и средствах познания мира.

Указанные проявления материального единства, а именно сходство состава, свойств, структур строения, функционирования и развития объектов, а также многообразие связей и взаимодействий между разными уровнями организации и предметными областями явлений, служат объективной основой единства наук и научных знаний. Построение здания единой науки, представляющей собой целостный «организм», систему, которая функционирует и развивается в виде взаимосвязи, взаимодействия своих элементов и подсистем — отдельных наук и научных направлений, есть объективная и все четче выступающая тенденция. Она выражается во все более тесной, многосторонней и интенсивной (по скорости) взаимной связи наук между собой, в появлении объединяющих теорий, стыковых наук, интегративных наук и других видов этой синтетической тенденции.

Эта тенденция развивается с конца 90-х годов XIX — начала XX века вплоть до настоящего времени. М. Планк так писал о единстве науки: «Наука представляет собой внутренне единое целое. Ее разделение на отдельные области обусловлено не столько природой вещей, сколько ограниченностью способности человеческого познания. В действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу»^[3].

Усиление единства науки совершается через взаимодействие процессов дифференциации и интеграции наук, ибо само это единство имеет расчлененный характер, представляя собой единство многообразия. Синтетическая тенденция в науке осуществляется как в формах внутри- научного, так и междисциплинарного синтеза.

Основные черты взаимосвязи наук о природе (по данным современного естествознания) систематически рассмотрены Б. М. Кедровым в монографии «Предмет и взаимосвязь естественных наук» (М., 1962 и 1967 гг., четвертая глава). В данной статье дополнительно раскрываются некоторые особенности взаимосвязи наук в современном естествознании.

2. Единство науки, техники и производства — важнейший фактор взаимосвязи естественных наук

В период современной научно-технической революции запросы производства и техники, их конкретные задачи в значительной степени определяют направления научных исследований и характер взаимосвязи наук о природе.

Современная техника, с одной стороны, реализуя запросы прежде всего материального, а также духовного производства, предъявляет «заказы» к разным областям естествознания, стимулирует разработки соответствующих проблем. С другой стороны, техника обеспечивает экспериментальную базу естественных наук, оснащая ее новейшими измерительными приборами, экспериментальными установками, средствами наблюдения; тем самым на развитие техники оказывает влияние внутренняя логика развития науки. Но эти две стороны современной техники согласуются между собой, выражая две взаимосвязанные тенденции исследований в современной науке и естествознании, в частности. Эти две тенденции состоят в следующем.

В науках о неживой и живой природе существуют два различающихся по своему характеру направления исследований. Первое принято называть аналитическим; оно заключается в познании фундаментальных свойств и закономерностей той или иной предметной области неорганической и живой природы. Сюда относятся исследования свойств и закономерности взаимодействия и превращения элементарных частиц, ядерных процессов, процессов катализа, фундаментальных свойств жизни на уровне молекул и клеток, па уровне целого организма. Второе направление — синтетическое, или конструктивное. Оно состоит в научной разработке синтетических проблем на основе познанных свойств и закономерностей. Это — создание веществ или их состояний с заранее заданными (как правило, экстремальными) свойствами; создание новых видов или разновидностей растений и животных с наиболее благоприятными для человека свойствами; конструирование устройств с заранее заданными функциями и характеристиками и т. и. Таковой, например, является проблема получения высокотемпературной и устойчивой плазмы; создание полупроводников с экстремальными термо- и электродвижущими свойствами.

Синтетическое направление является прикладным по своей непосредственной роли в отношении материального производства. Аналитическое — может стать прикладным в ближайшем, либо отдаленном будущем. Однако и в настоящее время аналитическое направление имеет если не прямые, то косвенные приложения и непосредственные слияния на другие области науки. Так, разработка теорий и создание экспериментальных средств для изучения мира элементарных частиц и ядерных процессов стимулируют развитие измерительной, вакуумной техники, радиоэлектроники, систем управления и контроля и других областей науки и техники.

Задачи, выдвигаемые и решаемые современной техникой (независимо от того, возникли они благодаря запросам производства или же оснащения экспериментальной базы науки), имеют, как правило, весьма сложный комплексный характер: для решения той или иной общей проблемы необходимо решать целый комплекс как аналитических, так и синтетических задач, относящихся к разным областям науки и техники. Это ярко проявилось в решении задач космонавтики, физики и техники получения высокотемпературной плазмы, в области изучения элементарных частиц и других общих проблем науки и техники.

Остановимся кратко на проблеме создания космических кораблей и спутников. Проблема осуществления космических скоростей породила много научных и технических задач, стимулировала их разработку. Так, возникла такая комплексная синтетическая задача, как разработка технологии и промышленного освоения новых материалов, способных выдерживать сверхнизкие и сверхвысокие температуры, устойчивых к значительному диапазону нагрузок, к вибрациям, к резкой смене напряжений. Вместе с тем эти материалы должны быть достаточно легкими. Для запуска ракет потребовалось создать мощные жидкостные двигатели и жидкостное горючее с высоким к. п. д. Задача уменьшения веса и габарита приборов и агрегатов как необходимое условие проведения исследований в космосе породила ряд задач и направлений исследования, в частности, усилила разработки по микроминиатюризации технических средств. Проблема связи и управления на огромных расстояниях предъявила дополнительные требования к системам автоматики (большей надежности, точности и т. д.); привела к созданию командно-измерительного комплекса, включающего измерительные пункты, размещенные по всей стране, телеметрические системы и системы обработки полученной информации с помощью электронных вычислительных машин.

Посылка человека в космос породила много новых задач, решаемых новым научным направлением — космической медициной, а также техникой (усовершенствование телеконтроля за состоянием организма во время полета, диагностики болезней на расстоянии и др.). К области такого же рода комплексных проблем можно отнести исследования плазмы, элементарных частиц, многих проблем жизни и психической деятельности.

Такие сложные, комплексные научно-технические проблемы вызывают ряд изменений (следствий) в характере науки в целом, в характере взаимных связей наук в современном естествознании. Рассмотрим эти изменения, возникшие под влиянием комплексных задач техники и производства середины XX века.

Прикладной и синтетический характер указанных комплексных задач приводит к тому, что научные и технические разработки настолько сближаются, что грани между ними почти стираются, и сами задачи становятся едиными научно-техническими задачами. С этим же обстоятельством связано сближение экспериментальной базы наук и производственно-технической базы при реализации научных решений. С одной стороны, экспериментальные комплексы важнейших физических направлений исследования представляют собой громадные заводы-лаборатории индустриального типа, а с другой — некоторые предприятия (металлургические заводы и цехи, отделения химических комбинатов и др.) оборудуются аппаратурой для проведения тех или иных экспериментов.

Решение комплексных задач вызывает не только более тесные контакты между соответствующими отраслями науки и техники, взаимные влияния, корректировки в постановке задач, в определении параметров явления, особенно при оптимизации решения комплексной задачи; решение таких задач приводит к органичному синтезу многих отраслей науки и техники. Яркий пример такого синтеза — развитие кольцевых ускорителей частиц сверхвысоких энергий. Ускоритель — не только устройство, расчет которого сделан на основе физических теорий движения частиц с «релятивистскими» скоростями и для проектирования которого необходимы теория автоматического регулирования, теория колебаний и многие разделы прикладной физики. Ускоритель — это также крупнейшее инженерное сооружение, насыщенное сложнейшими радиоэлектронными, электротехническими, вакуумными и другими установками и приборами.

Решения сложных научно-технических задач приводят к объединению усилий ученых разных областей науки и техники в единые научно-инженерные коллективы, куда нередко входят и высококвалифицированные опытные рабочие. В выполнении программ освоения космоса участвуют многие коллективы из различных отраслей науки и техники — радиоэлектроники, автоматики, металлургии, машиностроения, медицины и т. д. Все это обуславливает качественное изменение характера, стиля работы — взаимосогласованность деятельности, коллективность творчества. Если открытия ученых прошлого века имели характер индивидуального творчества, то сегодня в крупных исследовательских коллективах порой трудно установить приоритет в какой-либо идее и проследить пути ее совершенствования и доведения до уровня научного открытия или изобретения.

Решение сложных задач современной науки, техники и производства, задач, охватывающих целые комплексы и отрасли производства, представляющие собой сложные (большие) системы, требует разработки специальных средств по организации совместных усилий ученых, по обеспечению их научной работы, по планированию и управлению деятельностью коллективов, автоматизированных систем в современной технике. В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971 —1975 годы большое внимание уделяется совершенствованию методов управления и планирования, которое должно быть направлено прежде всего на обеспечение всесторонней интенсификации общественного производства и повышение его эффективности. Ход современной научно-технической революции свидетельствует о том, что механизации и автоматизации физического и умственного труда принадлежит главное значение вследствие сложности решаемых научно-технических задач. Так, в основе построения всех кольцевых ускорителей протонов лежит создание синхронного с движением частиц ускоряющего высокочастотного поля с меняющейся частотой. Естественного явления автофазировки заряженных частиц оказывается недостаточным для стабилизирующего движения частиц относительно ускоряющего высокочастотного поля. Поэтому неизбежно выделение сложных комплексных средств автоматического регулирования современного типа. Необходимость в более полном контроле всех характеристик ускорителя стимулировала создание ускорителя, который авторы нового проекта назвали «кибернетическим»^[4].

В настоящее время ведутся специальные разработки по планированию экспериментов, особенно в физике^[5], и по применению автоматических устройств программного регулирования и контроля^[6]. Средства комплексной автоматизации проникают в экспериментальную базу всех наук о природе (от физики до медицины) и в важнейшие области производства (нефтедобывающие, металлургические, машиностроительные заводы).

Для последних двух десятилетий характерны кибернетические разработки в области вычислительной техники, а также справочно-информационной службы. В первом случае в короткие сроки поддаются решению те задачи математического естествознания и техники, которые до применения вычислительной техники требовали десятки лет. Кибернетические устройства справочно-информационной службы (информационно-поисковые системы, классификаторы и др.) облегчают труд ученых, помогают им находить нужные материалы за короткие сроки.

Производственно-технические требования к экономии общественных средств, к повышению эффективности производства сделали весьма актуальной проблему оптимизации различных видов человеческой деятельности и автоматизированных систем управления. Эта общая проблема оптимизации вызвала к жизни разработку соответствующих методов кибернетики (методы линейного, нелинейного, динамического программирования), методы оптимального кодирования и декодирования в теории передачи информации, создание теории исследования операций, теории массового обслуживания. Повышение требования к надежности технических систем, в том числе автоматических систем, породило новое научное направление — теорию надежности.

Таковы основные черты естественных наук и их взаимной связи, которые обусловлены запросами и влиянием техники и производства в период современной научно-технической революции. Рассмотрим далее некоторые особенности синтетической тенденции, связанные с внутренней логикой современного естествознания.

3. Некоторые особенности взаимосвязей наук о природе

Дифференциация науки и специализация научного знания являются необходимыми условиями для осуществления разных форм синтеза знания как внутри той или иной науки, так и междисциплинарного синтеза. В XIX веке (не говоря уже о более раннем’ периоде естествознания) связанные с дифференциацией науки периоды накопления экспериментального материала сменялись более или менее длительными периодами синтетических процессов, когда то или иное научное открытие «перемалывало» целый «Монблан фактов» (например, эволюционное учение Дарвина, открытие периодической системы Менделеевым). Для середины XX столетия характерно не только «перекрытие» процессов дифференциации и интеграции во времени, но и более глубокое их взаимопроникновение, взаимодействие. Рассмотрим этот процесс подробнее.

С середины XIX столетия, когда известная разобщенность наук стала уступать место их взаимным связям, внутринаучный синтез еще медленно сказывался на междисциплинарной связи наук. Для настоящего же времени характерно то, что научное открытие вызывает «цепные реакции» в виде новых ориентаций и применений новых методов, новых экспериментальных и технических приложений. Эти тесные и многосторонние связи между науками основаны в конечном счете на материальном единстве мира, проявления которого определяют и формы синтеза, объединения естественных наук.

Глубокой основой сходства, идентичности свойств и структур строения, функционирования и развития разнородных объектов является их системный характер. Несмотря на различие в составе и условиях существования объектов как систем, несмотря на их распределение по разным уровням структурной организации материи, между разнородными объектами сохраняются те или иные общие структурные особенности, которые выражаются также в сходстве внутренних (собственных) и внешних свойств объектов. При этом внутренние свойства определяются составом и структурой внутренних взаимодействий объектов, внешние свойства представляют собой эффект взаимодействий объекта с другими объектами и вместе с тем внешнее выражение собственных свойств объекта. Эти сходства в структурах строения и функционирования разнородных объектов лежат в основе такой формы синтеза научного знания и наук о природе, как возникновение обобщающих интегративных наук и научных направлений. Сюда относятся математическая теория моделирования и теория систем как наиболее абстрактные отображения структурной общности вещей.

Кибернетика, основанная на свойстве, общем для систем живой природы, общества и техники, а именно на свойстве управления посредством переработки информации, также представляет собой интегративную дисциплину, вооружающую соответствующие науки общими методами и научным языком. К такого рода интегративным наукам относятся также теория подобия, теория операций и др. (см. об этом подробнее две статьи в этом труде: «Интегративные науки и системные исследования» и «Кибернетика и вопросы синтеза научного знания»). Интегративные науки — детище середины XX века, их возникновение и развитие обусловлено высокой зрелостью наук о природе, выразившейся в математизации знаний, благодаря чему и была выявлена глубокая структурная общность самых различных процессов и состояний.

Тот факт, что объекты более высокого уровня структурной организации включают в себя объекты нижележащих структурных уровней материи и что законы этих уровней действуют и на более высоких уровнях, составляет основу применения методов наук более фундаментальных уровней в науках более высокого уровня. Это же положение вещей служит объективной основой появления так называемых пограничных, «стыковых» наук двух родов. Как показал В. М. Кедров, это «1) науки, которые изучают лишь какую-либо одну сторону у более сложной формы движения, соответствующую более простой форме, но не раскрывают при этом Самого процесса перехода низшей формы движения в высшую, и 2) науки, которые изучают и раскрывают самый процесс такого перехода, его внутренний „механизм, его закономерность. Только эти последние мы называем поэтому „переходными».

В геофизике и отчасти биофизике мы встречаемся с промежуточными науками первого типа, в физической химии — по преимуществу с наукой второго типа»^[7]. Б. М. Кедров в этой работе систематически разбирает различные «стыковые» науки между физикой, химией, геологией и биологией.

Для современного естествознания характерна тенденция проникновения во все более глубокие, фундаментальные уровни материи — во внутренний мир атома, в изучение ядерных процессов и элементарных частиц. Рассмотрим детальнее эту тенденцию и ее последствия.

Естественно, наибольшее познавательное значение сведения о фундаментальном уровне имеют для близлежащих структурных уровней, а тем самым для смежных наук. Это объясняется тем, что легче учесть условия предельных переходов к близлежащим, чем к более опосредованным уровням. Поэтому наибольшего эффекта от их применения следует ожидать в молекулярной физике, в физике твердого тела, в химии. Так, квантовомеханическое описание конфигураций атомов позволяет объяснить свойства и константы веществ, найденные классической физикой. Современная физика твердого тела, основанная на использовании квантовомеханических представлений, законов, способна объяснить природу, внутренний механизм явлений пластичности, а также сверхпроводимости и сверхтекучести при сверхнизких температурах. Объяснение (и точный расчет) механизма и сил, ответственных за ряд химических реакций, удалось достичь с помощью квантовой механики и квантовой химии. Биохимия и биофизика благодаря квантовомеханическому подходу смогли выяснить многие загадочные явления и свойства живого (объяснение стабильности одних и нестабильности других соединений, роль ионов калия и натрия в жизнедеятельности клетки и др.).

Правда, успехи в применении методов наук более фундаментального уровня породили рецидив механицизма — истолкование этих успехов в духе «сведения» высшего к низшему. Во многих работах современных ученых показано, что доктрина «физикализма» основана на подмене двух понятий, а именно — понятия объяснения и расчета некоторых свойств высшего уровня на базе низшего понятием об отождествлении законов высшего и низшего. Однако те «редукционисты» (на словах), которые пытаются учесть качественный переход от одного уровня к другому и вывести высшее из низшего при учете соответствующих условий, отнюдь не являются редукционистами в своих научных исследованиях.

Велика роль тех открытий, относящихся к более низшим уровням организации материи, которые повышают точность измерений и усиливают величину энергии воздействий.

Таковым в первом случае является открытие, названное эффектом Мессбауэра. С помощью методов, основанных на этом открытии, стало возможно измерять скорости движения с точностью порядка десятитысячных долей сантиметра в секунду, измерять внутренние деформации и напряжения в твердых телах, механизм химических превращений и пр.

Это же относится и к открытию квантовых генераторов — мазеров и лазеров, положивших начало новой науке — квантовой радиоэлектронике. Эти генераторы дают возможность концентрировать энергию в пространстве и в спектре частот. Благодаря высоконаправленному и монохроматическому излучению мазеры и лазеры нашли свое широкое применение в науке и технике и как измерительные приборы, и как средства высокоэнергетических воздействий. Регулируя величину лазерного воздействия, можно оказывать направленное влияние на микробиологические объекты, например стимулируя рост одних бактерий и стерилизуя другие. В химии лазеры дают возможность резонансного вмешательства, приводящего к синтезу, диссоциации и катализу. Стерилизация в хирургии, онкологии, стоматологии и других отделах медицины начинает осуществляться с помощью лазеров. Технология обработки материалов, дальняя связь и передача энергии на большие расстояния с большим к. п. д. также возможна с помощью квантовых генераторов. Методы и средства радиоэлектроники оказались плодотворными для астрономических исследований. Возникли новые методы и новые научные направления — радиоастрономия, радиокосмология^[8].

Тенденции взаимосвязи наук, установление все более глубокого единства современного естествознания реализуются и развиваются вместе с успехами в математизации современного естествознания.

Проблемы синтеза научного знания, единства наук о природе и особенно проблемы математизации естественнонаучных знаний ставят много задач, связанных с перестройкой процессов обучения и образования в средней и высшей школе (изменение сроков, методов обучения, программ), и других организационных проблем развития современной науки. Решение этих проблем обусловлено тем, что ускорение научного и технического прогресса, в частности реализация синтетической тенденции в науке, есть в современных условиях не стихийный, а целенаправленный, сознательно планируемый и управляемый процесс.

А. Г. Спиркин, В. С. Тюхтин.

См.: В. М. Кедров. Единство диалектики, логики и теории познания. М., 1963, ч. I, гл. 3. ↑
См. об этом.: Г. Вейль. Симметрия. М., 1968; о симметрии в физике см.: Е. Вигнер. Этюды о симметрии. М., 1971; с симметрии как в неживой, так и особенно в живой природе см.: Ю. А. Урманцев. Специфика пространственных и временных отношений в живой природе. — «Пространство, время, движение». М., 1971; о роли симметрии в познании см.: В. С. Готт, А. Ф. Перетурин. Симметрия и асимметрия как категории познания, — «Симметрия, инвариантность, структура». М., 1967. ↑
М. Планк. Единство физической картины мира. М., 1966, стр. 183. ↑
А. Л. Минц. О кольцевых ускорителях протонов сверхвысоких энергий. — «Будущее науки (международный ежегодник)», вып. 2. М., 1968, стр. 42—44. ↑
См.: Ч. Хикс. Основные принципы планирования эксперимента. М., 1967; В. В. Налимов, Н. А. Чернова. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М., 1965. ↑
См.: Г. Р. Иваницкий, Л. Л. Литинская, В. Л. Шахматова. Автоматический анализ микрообъектов. М.— Л., 1967. ↑
Б. М. Кедров. Предмет и взаимосвязь естественных наук, 2-изд. М., 1967, стр. 406. ↑
См.: В. И. Сифоров. О взаимопроникновении методов различных наук.— «Материалистическая диалектика и методы естественных наук». М., 1968. ↑