ИСТОРИЯ И ФИЛОСОФИЯ ХИМИИ

Зачастую редукционизм становится принципом научного объяснения. С точки зрения отечественного математика и логика А. А. Маркова, объяснить явления живой природы – значит свести их к чему-то более простому. И нет ничего плохого в том, – заявляет он, – что все будет сводиться к физическим законам. Наоборот, это отвечает общему стремлению науки – отобразить единство природы, находя простые законы.

Одна из основных проблем философии химии – проблема редукции химического знания к физическому: имеет ли химия некоторое собственное понятие бытия или же она по самым своим основам является всего лишь частной областью физики?

Попытки сведения химических изменений к физическим имеют давнюю традицию. Автор «химической философии» Р. Бойль объяснял химические явления с помощью механических моделей: «свойства макровеществ зависят от текстуры, т.е. способа агрегации первоначальных частиц, от их формы, величины и движения». В 1704 г. И. Ньютон высказал предположение, что «частицы притягиваются одна с другой некоторой силой, которая очень велика при непосредственном соприкосновении и производит на малых расстояниях … химические действия». Успехи классической механики упрочили позицию редукционизма. М. Фарадей, имевший подготовку химика, но выполнявший свою главнейшую работу по электромагнитной индукции как физик, отвергал разграничение физики и химии, утверждая, что подобное различие «представляет лишь игру слов и обнаруживает скорее невежество, чем понимание дела»

Даже многие химики оказались во власти таких представлений. Д. И. Менделеев, признавая, что «блеск чисто химических открытий сделал современную химию совершенно специальною наукой», всё же отмечал, что должно настать время, когда химическое сродство будет рассматриваться как механическое явление.

Попытки свести химию к физике вновь актуализировались и приобрели новый смысловой оттенок в связи с успешным применением квантовой механики к решению традиционных проблем химической науки. Многие физики XX века (В. Гейзенберг, П. Иордан, Дж. Франк, Р. Фейнман и др.) поддерживали тезис о возможности сведения закономерностей любых химических процессов к фундаментальным физическим законам. Авторитет квантовой механики настолько велик, что многие ведущие химики (и отечественные, и зарубежные) убеждены в квантовомеханическом характере фундаментальных основ химии. Примечательно в этой связи предсказание Л. Полинга о том, что будущая квантово-механическая теория валентности превратит химию в столь же точную науку, как и теоретическая физика.

11

Эту ситуацию Г. М. Шваб назвал теоретико-познавательным кризисом химии. Однако неверно было бы полагать, что тенденция к ликвидации химии как теоретической науки возникла лишь в условиях современного этапа развития физики. Она исторически уходит своими корнями к временам Канта, который отказывал химии в научности на том основании, что в ней не были развиты количественные методы и пространственные представления. Кант считал, что химия лишена дедуктивных основ, поскольку к ней неприложима математика, а современные квантовые физики полагают, что свойства молекул можно математически вывести из некоторых дедуктивных принципов, связанных с поведением атомных ядер и электронов. Таким образом, исходные позиции Канта и современных редукционистов, противоположные по своей сути, сошлись в своём результате – отказе химии в наличии самостоятельной теоретической базы.

С другой стороны, у попыток редуцировать химию к физике всегда были противники. Еще основоположник позитивизма О. Конт возражал против стремления отнести все химические явления к чисто физическим и утверждал, что в явлении химическом всегда есть нечто большее, чем в просто явлении физическом. Среди самих химиков непримиримо выступал против ньютонизации химии В. Оствальд, говоря, что химия есть нечто вполне самостоятельное и нельзя загонять ее в ньютоновскую механику. Позже аналогичное мнение высказывал Н. Н. Семенов, подчеркивая специфическое отличие химического процесса от процесса физического. Принципиальную несводимость химии к физике разделяли Б. М. Кедров, А. Н. Несмеянов, Ю. А. Жданов и другие исследователи.

Характер дискуссии о возможности либо невозможности редукции химии к физике, конечно, изменялся со временем, но всегда касался двух принципиальных моментов: общности (или различия) объектов исследования этих двух наук и специфичности (либо отсутствия таковой) химических взаимодействий по сравнению с физическими. Действительно ли и химия, и физика (в частности, молекулярная), имеют дело с одним и тем же объектом изучения – атомами и молекулами? Если говорить об атомах как просто атомах и молекулах как просто молекулах, то да. Из этой ситуации пытаются найти выход, рассматривая объект с разных сторон. Так, один и тот же атом выступает и как конечная ступень развития объекта по отношению к своим исходным структурным элементам – в этом случае он является объектом изучения физики (атомной физики, физики электронной оболочки и т.д.), и как исходная химическая единица по отношению к возникающим из него молекулярным структурам – в этом случае он является объектом изучения химии.

12

Дело в том, что химия с самого начала имеет дело с очень сложной организацией вещества. Объектами изучения эволюционного катализа, например, выступают не просто атомы или молекулы, но целостные кинетические системы, сложность которых является не только структурной (статической), но и динамической.

Именно наличие химической связи в веществе является критерием того, что оно является объектом химического исследования. Ни элементарная частица, ни атом (считающийся иногда «законным» объектом химии) этому критерию не удовлетворяют, и поэтому модели элементарного и атомного уровня организации вещества нельзя экстраполировать на химический уровень. С этой точки зрения периодическая система элементов Д. И. Менделеева, строго говоря, не является химической концепцией, поскольку сам по себе индивидуальный атом ещё не является химическим веществом. Что касается вопроса сведения химических связей к физическим, то редукционистский вариант его решения заключается в понимании химического взаимодействия как особой разновидности более общего электромагнитного взаимодействия. Сторонники антиредукционизма, наоборот, пытаются обнаружить особые, неэлектромагнитные взаимодействия. Так, С. В

.Зенин, выделяя в химическом взаимодействии ряд этапов, считает, что уже соударение молекул не может быть объяснено только электромагнитным взаимодействием, поскольку на этом этапе различные молекулы могут находиться друг около друга в течение разного времени. Здесь вопрос о специфике химического движения решается довольно тривиально: химическое взаимодействие включает в себя электромагнитное, но не сводится к нему.

В контексте данной проблемы вопрос должен быть поставлен иначе: является ли электромагнитное взаимодействие общим для двух различных уровней? Если при исследовании некоего химического объекта регистрируются электромагнитные взаимодействия, то означает ли это, что регистрируемые взаимодействия принадлежат именно химическому объекту? Или они относятся к более глубокому физическому уровню? Может ли прибор, рассчитанный на регистрацию именно электромагнитных изменений, регистрировать какие-либо другие? Очевидно, нет. Ещё Гегель отмечал, что в собственно электрических явлениях химическое отсутствует, а потому оно там и не воспринимается, – химическое может быть воспринято лишь в химическом процессе.

Особенность химических реакций с физической (квантово-механической) точки зрения состоит в том, что происходит потеря электрона одним атомом и присоединение его другим, но потеря и присоединение электрона еще не могут быть

13

достаточными для понимания сущности химического взаимодействия. При образовании химических соединений валентные электроны (вследствие перекрывания электронных облаков) оказывают интенсивное влияние друг на друга. При этом они как бы «обобществляются», т.е. принадлежат не одному какому-то атому индивидуально, а всей образующейся молекуле, всем её атомам сразу. Химические соединения построены не из индивидуальных атомов, а из атомных ядер (атомных остовов), связанных обобществлённым электронным континуумом. В этом заключается причина особой целостности химических систем, а следовательно, и несводимости их свойств к свойствам составляющих их компонентов. Электромагнитные взаимодействия, конечно же, осуществляются в молекулах, но они существуют на физическом уровне, в рамках физической целостности и не являются взаимодействиями химического уровня. Наоборот, дискретность и насыщаемость валентностей, обменное взаимодействие между ядрами, приводящее к обобществлению электронов, как моменты химического взаимодействия, не имеют аналогов в физических процессах. Таким образом, утверждать, что «не существует теоретической химии, кроме физики» (М. Волькенштейн) справедливо не более, чем считать физику всего лишь теорией тепловых явлений.

По мнению выдающегося физикохимика Н. Н. Семёнова, существует несколько основных принципов, из которых могут быть выведены все химические закономерности, не сводимые к законам физики. Принципы, составляющие предмет теоретической химии, следующие: 1) принцип электронного строения молекулярных систем; 2) учение о взаимосвязи строения и свойств молекулярных систем; 3) учение о реакционной способности химических соединений; 4) концепция единства

(электромагнитного) взаимодействий. Сущностью химического, «образующего мост между объектами физики и объектами биологии» (Н. Н. Семёнов), является химический процесс, рассматриваемый в современной химии как кинетический континуум множества веществ.

В настоящее время химия заняла одну из ведущих позиций в естествознании. На всех основных направлениях химических исследований получены выдающиеся результаты, в достижении которых исключительно важную роль сыграли новейшие методы исследования структуры вещества и динамики химических процессов. Многие исследователи оценивают позицию химии как центральную, отмечая её

14

междисциплинарных взаимодействий как на стыках химических дисциплин, так и между всеми естественными науками. Президент Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) С. Накагура считает, что химия среди наук – председатель. Химия берёт у физики фундаментальные, принципиально важные идеи, трансформирует их и затем передаёт другим отраслям знания, служит как бы связующим звеном между ними. Образно говоря, химия восседает в центре, по одну сторону от нее – физика, по другую – биология, геология и другие науки. Бельгийский физикохимик А. Баблоянц отмечает, что XX век стал свидетелем поворотного пункта в химической науке. Были открыты неизвестные до того типы химических реакций, обнаруживающие неожиданные свойства и потребовавшие введения совершенно новых понятий. Родилась новая химия. Такую оценку достижений современной химии разделяют и многие другие авторитетные специалисты.

Химия и химическая технология

Между химией и химической технологией есть много общего, но есть и существенные отличия. До недавнего времени преобладало мнение, что химическая технология имеет ярко выраженный прикладной характер и, следовательно, химия как одна из основных естественных наук призвана изучать фундаментальные законы химического взаимодействия и создавать методы синтеза новых соединений, а химическая технология – лишь обеспечивать их «промышленное оформление». Ее методология опиралась на фундаментальный закон прикладных наук: никакое нововведение не имеет права на жизнь, если технологические показатели эффективности при этом снижаются.

Действительно, на заре своего развития химическая технология была на 99 % искусством и лишь на 1 % наукой. Отсутствие информации о детальной структуре исследуемого объекта, средств исследования сложных уравнений заставляло использовать чисто эмпирический путь. А поскольку мощности промышленных аппаратов были относительно невелики, решение возникающих проблем (в том числе и проблем повышения эффективности) опытным путём оказывалось более простым, надежным, быстрым и экономным, чем путём длительных научных исследований. В настоящее время такой взгляд на соотношение химии и химической технологии становится не только непопулярным, но и приносит все более ощутимый вред.

Во-первых, стало очевидным, что полный высокомерия вызов химиковсинтетиков: «Дайте нам воду, воздух и уголь, и мы на их основе синтезируем любое сложное соединение вплоть до белка» – имеет лишь принципиальное, но отнюдь не производственное значение. В принципе химики могут в лаборатории синтезировать

15

из элементов любое соединение, но таким способом и с таким выходом, что этот синтез никогда не сможет получить не только промышленного, но и вообще никакого «оформления».

Во-вторых, по мере того, как процессы классического синтеза в реакторах периодического действия стали вытесняться каталитическими процессами в проточных системах (примерно 90 % продукции химической и нефтехимической промышленности получают с использованием каталитических процессов), перенесение лабораторных результатов в промышленное производство стало невозможным без специальных химико-технологических исследований фундаментального характера.

В-третьих, теперь существенно изменились цели и направления фундаментальных исследований. От преимущественного изучения структурных вопросов, к которым химическая технология не имела непосредственного отношения, химики перешли главным образом к исследованиям химических процессов, которые стали также и объектом химической технологии.

Поэтому отношение к химической технологии как прикладной, или технической, дисциплине, лишённой прав на фундаментальные исследования, приводит к безнадёжной задержке внедрения новых лабораторных результатов в производство. Важным фактором изменения такого отношения стала работа Н. М. Жаворонкова «Научно-технический прогресс и проблемы химической технологии», в которой впервые подробно были сформулированы «основные задачи фундаментальных исследований в области химической технологии». В этой работе была обоснована необходимость интеграции специальных химико-технологических дисциплин с целью изучения закономерностей оптимизации производственных процессов, а также целесообразность исследовать конкретные технологические процессы на основе общей химической технологии. Естественно, что становление и развитие общей химической технологии как самостоятельной науки предполагает прежде всего формирование её концептуального ядра – теории химической технологии.

Ныне общая химическая технология существует как система научных знаний, включающая в себя: 1) результаты изучения механизма и кинетики реакций на молекулярном уровне; 2) выводы о влиянии всех физических факторов на ход химических превращений в процессах переноса масс, энергии и импульсов в надмолекулярном уровне и 3) информацию о взаимосвязях между всеми технологическими узлами на уровне промышленной установки или даже всего производственного комплекса в целом.

16

определении структуры вузовских учебных планов, и при определении ведущих направлений химической науки.

Как уже отмечалось, историко-химические исследования являются основанием

ифилософско-методологического анализа химического знания. Вообще говоря, отношения между химией, историей химии и философией химии определяются более общими отношениями между наукой, историей науки и философией науки. Многие крупнейшие химики прошлого не только проявляли огромный интерес к истории науки и философии, но сами занимались и философскими, и историко-научными исследованиями

Философские и историко-химические исследования были тесно связаны между собой, даже если эта связь не была очевидной. Уже в работе И. Гмелина «История химии со времён становления науки до конца восемнадцатого столетия», вышедшей в 1797-1799 гг., обсуждаются не только методологические проблемы истории химии, но

ивзаимосвязь химии с другими науками, в частности, медициной, социологией, философией.

Однако на этом основании формируется принципиально иной, нежели у самих химиков, – концептуальный подход, с позиций которого и осуществляется оценка методологом соответствующих научных результатов. Этот подход заключается в выявлении определённой закономерности в развитии химического знания. Попытки

установить такую закономерность предпринимаются крупнейшими химиками уже

вXIX веке. Творец теории химического строения А. М. Бутлеров был вместе с тем и историком химии. В 1879-1880 гг. выходит его «Исторический очерк развития химии

впоследние 40 лет». Историко-химические исследования были необходимы Бутлерову, чтобы понять логику развития теоретической химии и определить место учения о химическом строении в ряду других теорий.

Бутлеров отчетливо понял, что важнейшей детерминантой развития химии является не только, и не столько физикализация химии, сколько собственная, внутрихимическая логика этого развития, и химия представляет собой не простую совокупность химических дисциплин (теорий), а взаимосвязанную последовательность сменяющих друг друга концепций.

Следующий шаг в выяснении общих закономерностей развития химических наук был сделан Д. И. Менделеевым. Системный подход, который привел его к обнаружению функциональной зависимости между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами, Менделеев пытался применить к развитию химии

вцелом. Он стремился отыскать ту самую «сквозную», общую для всей исторической траектории развития химии проблему. Он нашел путь к обнаружению «единого

18

неизменного и общего» всей химии, обратив внимание на то, что химия, как и всякая наука, есть в одно и то же время и теория, и практика. Таким инвариантным ядром «химии и как науки, и как производства» (Н. Н. Семенов) во всех исторических вариациях химии выступает проблема генезиса свойств вещества, или проблема реакционной способности.

Именно эта основная проблема химии, а, точнее, способ её решения был положен известным методологом химии В. И. Кузнецовым в основание классификации химических теорий. Способ решения проблемы генезиса свойств вещества – это не конкретный экспериментальный метод, а свойственный определённому историческому периоду способ связи теоретического и практического аспектов основной проблемы химии, способ объяснения свойств вещества исходя из некоей теоретической концепции.

Методологически модель опирается на понятие объекта химического исследования, который может быть представлен в виде следующей иерархии материальных систем: 1) атом химического элемента; 2) молекула химического соединения; 3) система реагирующих веществ; 4) высокоорганизованная каталитическая система. Этой иерархии (эволюции) химической организации вещества отвечает логика развития способов решения основной проблемы химии, в соответствии с которой история химии может быть представлена как последовательное возникновение, функционирование и развитие четырёх концептуальных химических систем: учения о составе веществ, учения о

структуре, учения о реакциях, учения о химической эволюции.

Такой подход, несомненно, является гносеологически конструктивным. Поскольку в фундаменте его содержится не произвольно выбранный критерий, а исторически инвариантный стержень всей химии – её основная проблема, постольку этот подход отражает действительно реально существовавшие и существующие отношения между химическими теориями и наборами понятий, входящих в эти теории.

Аксиологическая модель истории химии

Модель, предложенная В. И. Кузнецовым, носит явно интерналистский характер, т.е. учитывает главным образом внутренние факторы развития химии. Но реконструкция исторической траектории химии требует обращения не только к внутренним логическим факторам, но и в равной мере к социокультурным контекстам, наполняющим химическое знание ценностями.

19

Идея социокультурной детерминации науки – самый горячий сюжет в методологии науки. А самая трудная задача в решении этой проблемы – аналитика ценностей в самом теле научного знания.

Для решения этой задачи химия представляет особый интерес, что связано с человекомерным характером химического знания и его огромным влиянием на общественную жизнь. Прежде всего, химия с момента своего зарождения была тесно связана с практикой, выросла из этой практики и всегда несла в себе ее следы в виде ценностей. Всю её эволюцию, далее, пронизывает одна и та же задача – получение веществ с заданными свойствами. Это означает, что в формулу основной проблемы химии с самого начала была вмонтирована цель. А где цель – там и ценности. Успешно решая эту задачу, химия, естественным продолжением которой стала химическая технология, наводнила мир химическими продуктами. Их получение попрежнему остается приоритетной задачей химии. Вторая, рукотворная природа, почти сплошь химическая. На всех вещах, с которыми имеет дело современный человек – химическая этикетка. В химическую картину мира, то есть обобщённый «химический образ» природного мира, необходимо включить и этот рукотворный химический мир.

Во всех глобальных кризисах химия приняла самое активное участие, её доля в них – решающая. И вместе с тем именно на химию возлагается задача решения связанных с этими кризисами проблем. Наконец, в перестройку философских оснований современной постнеклассической науки химия в её эволюционной и системной парадигме внесла самый значительный вклад.

Для частичного решения поставленных проблем введём понятие «аксиологический профиль» – совокупность ценностей, доминирующих в тот или иной период развития химии. Аксиологический пул, то есть набор всех ценностей, включает индивидуально-психологические, институциональные, социокультурные, когнитивные ценности. Доля тех или иных ценностей в различные периоды истории науки различна. Прочтение истории химии под этим углом зрения позволяет выделить в химии три аксиологических профиля.

Первый профиль связан с химией, которую принято называть донаучной. Это химия древнейших времен и алхимический её период. Эта химия слита с человеческим поведением и его целями. Объект познания антропоморфизируется и не выступает как чуждый и враждебный, как нечто, что нужно завоевывать и покорять. Свобода в атомистической гипотезе Эпикура и Лукреция Кара (clinamen) – это и свобода человека в его деятельности. Свобода, а также здоровье, долголетие и богатство, любовь и вражда, симпатия и антипатия, сродство, помощь – эти ценности

20