Глава 3. Естественные науки и проблемы межпредметных взаимоотношений

Дифференциация и интеграция науки – естественные тенденции ее самодвижения. История возникновения узкоспециальных сфер знания хорошо изучена на примере «распада», дифференциации аристотелевской физики на физику в современном понимании этого термина, химию, биологию и другие естественные науки (есть смысл напомнить, что по-гречески physis – природа). Интеграционные процессы проявились несколько позже, когда обозначились концептуальные традиционные границы специальных областей естественнонаучного знания. Обе эти тенденции сосуществовали всегда и их проявление можно объяснить как отражение аналитического и синтетического методов познания (эти, а также и другие методы научного познания подробней будут обсуждены ниже). Прежде всего следует уточнить термин «дифференциация», которая осуществляется в рамках какой-либо одной традиционной науки. Так, наука о «живом» (В.И. Вернадский пользовался понятием «живое вещество») со временем разделилась на ботанику и зоологию. Впоследствии, когда была разработана инструментальная оптика (лупы, микроскопы), открылся громадный мир микробиологии, а еще позже – мир вирусов. Изучение метаболизма растительных организмов (фотосинтез и др.) заставило выделить в самостоятельный раздел (царство) грибы, а это большое разнообразие живых объектов – от микроскопических (например, дрожжи) до высших.

Очень поучительный пример дифференциации наблюдается в математике, например, в геометрии. Если с момента возникновения геометрии еще в античном мире и на протяжении 2000 лет под этим названием понимали евклидову геометрию, то уже в настоящее время она превратилась в науку о «всех возможных пространствах». Так выделилась проективная геометрия, а затем и аналитическая (координатная) геометрия (под влиянием идей Декарта и Ферма). В дальнейшем, когда было создано дифференциальное исчисление, облегчившее изучение кривых, появился новый раздел математики – «дифференциальная геометрия». На основе проективной геометрии стала развиваться начертательная геометрия. Наконец, работами русского математика Николая Ивановича Лобачевского (1792-1856) и венгерского математика Яноша Бойаи (1802-1860) было положено начало развитию неевклидовой геометрии. В дальнейшем новые перспективы этой науки были выявлены в трудах немецкого математика Георга Фридриха Бернгарда Римана (1826-1866). Так называемая риманова геометрия открыла новое неисчислимое многообразие математических пространств. Риман же явился основателем еще одной ветви геометрии – топологии.

Уже на примере дифференциации (детализации, разветвления, углубления) геометрии видно, что интеграционные процессы постоянно ее сопровождают: так, в только что приведенном примере дифференциальная геометрия состоялась только в результате открытия математического анализа Лейбницем и Ньютоном, но дифференциальное исчисление никогда не считалось ветвью геометрии, И наконец, создание Альбертом Эйнштейном общей теории относительности не только стимулировало дальнейшее развитие римановой геометрии, но и выдвинуло задачу объединения гравитации и электромагнетизма (а это разделы не математики, а физики) в единой математической схеме, после чего геометрию стало можно рассматривать как некий раздел физики.

Поиски обобщений, предпринимаемые в рамках каждой отдельной (традиционной) науки, свертывание информации, «концентрирование» знания всегда были связаны с желанием уйти от чистой фактологии, потому что она еще не является наукой, а увеличение фактологических сведений совсем не равносильно росту информации. Голая фактология нетерпима даже в художественной литературе, которая тоже требует обобщений. По словам М.Е. Салтыкова-Щедрина реалист французского пошиба, не считающий себя идеологом, рассуждает так: «Вижу забор – говорю: забор; вижу поясницу – говорю: поясница».

Приемы свертки и упорядочения научной фактологии составляют «арсенал» любой науки, в том числе естественной. Но не только в этом проявляются интеграционные тенденции. В поиске обобщенных форм знания нередко изменялись и продолжают изменяться традиционные границы «предметов» естественных наук. По словам отечественного философа, врача и экономиста Александра Александровича Богданова (1873-1928; настоящая фамилия Малиновский) «это является выражением монистической потребности человеческого мышления» (Богданов А.А. Вера и наука// Вопросы философии. 1991, № 12. С.39-88), хотя существуют причины и более приземленного характера, когда внутрипредметная свертка информации и выход в междисциплинарные области оправдываются тем, что любая наука – не самодовлеющая деятельность, она тесно связана с педагогикой, со школой. Если бы не было компактизации, обобщения и свертки научных фактов, идей, концепций и теорий, то вряд ли толщина учебников оставалась бы практически постоянной. Ведь неограниченно растущая информация не может быть усвоена в ограниченные сроки получения образования, хотя и говорит народная мудрость: век живи – век учись; но может случиться и так, что и века не хватит, если не осуществлять миссию обобщения.

Итак, в каждой науке накапливаются факты и обобщения, которые закрепляются и излагаются на языке, принятом в ней и насыщенном терминами, правилами, отношениями и даже научными метафорами. Принцип разделения труда стал проявляться и в науке. Вот слова английского историка и философа Арнольда Джозефа Тойнби (1889-1975): «В промышленности человечество признало разделение труда как цену того благополучия, которое оно приносит. Аналогичное мнение распространилось и в области естествознания» (Тойнби А. Дж. Постижение истории. М.: Прогресс, 1991. С. 17).

Свод знаний, подготавливаемый для учебников, постепенно «спрессовывался» и освобождался от самой первичной фактологии (ну, кто сейчас может сказать, что он знаком с научными первоисточниками, например, таблицами наблюдений и расчетов Кеплера, Ома или Менделя?). Затем этот свод превращался в «предмет» или «курс», «дисциплину», которую изучали, да и до сих пор «проходят» в учебных заведениях: в физику, химию, географию и т.д.

Подобное обособление естественных наук (не говоря уж о практически полном отпадении их от наук гуманитарных) разрывает единую монистическую мировоззренческую ткань, хотя и способствует становлению некоторых прикладных наук, техники и ремесел, так как в узкопрактической сфере, по крайней мере на первых порах, важна не столько мировоззренческая сторона любого учения, сколько «рецептурная».

В этот естественный процесс дифференциации и интеграции во второй половине XX в. вторгся новый феномен обратной связи: стало расти понимание, что без всесторонне разработанных, а не только провозглашаемых, представлений о единстве природы невозможно уяснить себе, каким образом она отвечает на «сумму технологии». Если изучение природы еще может быть в любой степени дифференцированным и если прикладные науки (в частности, технические науки, инженерное дело) в соответствии со смыслом этого понятия во многом уже интегрированы (так как направлены на преобразование вещей и веществ разнообразными методами), то реакцию природы, ее ответ на антропогенное давление (термин экологии) невозможно расшифровать, проанализировать, объяснить и представить, пользуясь словарем и языком (тезаурусом) какой-то одной естественной науки. Чтобы понять этот «ответ», нужен, образно говоря, консилиум наук с неизбежным привлечением гуманитарных наук и искусства для более осмысленного диалога с природой. Возникает совершенно новая ситуация: появляется исторически обусловленная необходимость синтеза знания для «работы по проблемам, не считаясь с научными рамками» (Вернадский В.И. Избр. тр. по истории науки. М.: Наука, 1961. С. 289).

Человечество уже вступило в полосу экологического кризиса. Уже не в плане теоретической футурологии, а невооруженным глазом люди видят, что любые победы над природой чреваты тяжелыми потерями. По принципу маятника общественное мнение (правильнее сказать – общественное настроение) во многих странах переменило знаки. Президент Всемирной федерации философских обществ Э. Агацци недавно заметил, что «безграничное доверие, непоколебимый оптимизм и безусловное одобрение по отношению к достижениям развивающихся науки и техники в последние десятилетия сменились усиливающейся подозрительностью, опасениями, упреками, доходящими до клеветы, негативизмом. Создается впечатление, что общество как бы шагнуло от сциентизма к антисциентизму; другими словами, понимание науки (и техники) как абсолютного и безусловного блага сменилось рассмотрением их как носителей зла» (Агацци Э. Ответственность – подлинное основание для управления свободной наукой// Вопросы философии. 1992, № 1. С. 30-40). Скорей всего оба взгляда излишне радикальны, иррациональны и ошибочны (именно в своих крайних выражениях); тем не менее истоки современного антисциентизма очевидны.

Люди нуждаются не просто в крове, тепле и пище, они всегда стремятся понять, по каким законам живет природа, чтобы, действуя в согласии с ними, не только рассчитывать на случай, а бесперебойно эти блага получать. Поэтому и «завоевание природы» можно представить себе в виде некоего диптиха. Одна сторона его – совокупная деятельность человечества как части природы, приводящая к зримым плодам: это «сумма технологии» и материальная культура. А другая ипостась – накопленное человечеством знание о мире, фактология и законы естествознания, мышления и человеческого общежития, без чего невозможно ни создать, ни сохранить эти материальные ценности.

Очевиден непреложный вывод из всей суммы естественных наук: «на круги своя» в полной мере природная среда, измененная человечеством, уже не вернется. И никакая наука этому не поможет, это очередная утопия, так как самое совершенное производство все равно будет влиять не только на геосферу, но теперь уже и на ближний космос. «Вырваться» из природы человечество не может, как не может оно «прямо так» отказаться от привычного жизненного комфорта. «Назад пути нет. Человек не может вернуться в пещеры. Вы проклинаете телевизор, но будете продолжать смотреть его. Назад пути нет. Путь иной», – говорил наш уральский академик Станислав Семенович Шварц (1919-1976) (Человек и Земля: пересмотр отношений. Диалог Б. Рябинина и С. Шварца// Литературная газета. 5 мая 1975 г.).

И по этому «иному пути», по пути наукоемких технологий обречено идти человечество. Потребность в получении достоверных научных знаний стала очень актуальной, острой. Естественные науки находятся в поиске путей влияния как на непосредственно осязаемый природный мир, так и на микрокосмос: открытия в области генетики (расшифровка кода РНК и ДНК и попытки вторжения в эти структуры), а также перспективы развития нанотехнологий – буквально технологий «сборки» вещей и веществ на атомно-молекулярном уровне – потрясают воображение. С одной стороны, успехи физики, химии и биологии обнадеживают и вселяют веру в то, что наука все равно до чего-нибудь додумается и будут решены все острые проблемы энергетики, материаловедения, медицины и т.п. С другой стороны, не без помощи средств массовой информации многие, даже, казалось бы, просвещенные люди – не знаю, как в других странах, но в России точно – рухнули в пропасть мистики и невежества: колдуны, астрологи, прорицатели, универсальные лекари и т.п. переполнили даже серьезные и уважаемые в недавнем прошлом газеты. Читатели этой прессы снова, как и сто лет назад, больше интересуются, что там по словам диакона Андрея Кураева «Предсказамус настрадал», чем последними достижениями в области оптоэлектроники или астрофизики. Нобелевский лауреат французский писатель и философ Альбер Камю (1913-1960) в докладе, сделанном в Стокгольме в декабре 1957 года, сказал: «Искусство балансирует между двумя пропастями – легкомыслием и пропагандой» (Камю А. Изнанка и лицо. М.: ЭКСМО-Пресс, 1998. С. 646). То же самое можно сказать и о науке, если понимать термин «пропаганда» в основном значении, как «сообщение многих сведений немногим» (в противовес агитации: «сообщение немногих сведений многим»), а термин «легкомыслие» понятен и так.

Таким образом, тропа прогресса, по которой идет человечество, развивая и используя достижения естественных наук, на самом деле очень узкая. Принцип «ограниченных возможностей», основанный на знании того, что человек может и что должен, реализуется только в единстве естественных, социальных и технических наук.

* * *

Выше упоминалось о том, что элементы междисциплинарных взаимодействий в естественных науках (как проявление интеграционных тенденций) отмечались всегда. В результате появились новые разделы «пограничного» знания. Можно предложить их перечень, помня, что объект и метод являются главными атрибутами науки.

1) Науки, различающиеся по объектам (предметам) изучения, но тяготеющие к общему методу. Например, биохимия, агрохимия, геохимия, космохимия. Такие науки в полной мере используют язык, закономерности и концепции общей химии (в первую очередь это относится к процессам химического превращения веществ), но направлены по разным «адресам»: живая материя, земная кора и даже космос.

2) Науки, возникшие в результате применения новых (заимствованных, перенесенных) методов исследования к традиционным феноменам. Например, физическая химия и химическая физика (многие считают их синонимами: см. Химический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1983) объясняют химические явления и процессы, устанавливают их общие закономерности на основе принципов и языка физики (термодинамики, квантовой механики, физической кинетики, физической статистики и др.); то есть в данном случае физические концепции распространяются не на объект или субстанцию (живое вещество, земля и др.), а на процесс, явление (реакция, химическая связь и др.). Когда химические процессы, требующие физико-химического подхода, рассматриваются в объектах, относимых к другим областям знания (например, по Вернадскому в «живом веществе»), то для их изучения обособляется самостоятельное научное направление. Так возникают науки «тройного пересечения»: физическая биохимия, биогеохимия, биоэлектрохимия, физико-химическая механика, физико-химическая гидродинамика и т.п. Причем это пересечение не всегда претендует на роль самостоятельной науки, иногда речь идет лишь о частных аспектах, о решении узких проблем (например, «физико-химические основы радиобиологических процессов»).

3) Особый предмет обсуждения, касающийся и дифференциации, и интеграции науки, составляет математизация знания. Математика стоит как бы особняком в ряду естественных наук; ее сейчас почти никто и не относит к естественным наукам (Дж. В. Гиббс как-то сказал: «Математика – это язык»), ее проникновение практически во все сферы естественнонаучного знания, а теперь уже и гуманитарного, совершенствует методы исследования (упорядочение фактов, описание, сравнение, объяснение, предсказание и др.), но не изменяет объекта «обслуживаемой» науки.

Чтобы лучше понять роль математического языка, вероятно, целесообразней обратиться к подлинным словам его классических «потребителей», высказываниям самих творцов науки прошлого, нежели обращаться к энциклопедическим формулировкам. Тем более, что даже бесспорные классики, например, выше цитированный Р. Курант, отказывается от такой формулировки подобно тому, как отказывался и Л.Н. Гумилев от определения понятия «этнос».

Вот что писал Рихард Курант: «На вопрос «Что такое математика?» невозможно дать обстоятельный ответ на основе лишь только философских обобщений, семантических определений или с помощью обтекаемого газетно-журнального многословия. Так же как нельзя дать общее определение музыке или живописи: никто не может оценить эти виды искусства, не понимая, что такое ритм, гармония и строй в музыке или форма, цвет и композиция в живописи. Для понимания же сути математики еще в большей степени необходимо подлинное проникновение в составляющие ее элементы» (Курант Р. Математика в современном мире. М.: Мир, 1967. С. 16).

Истоки уважительного отношения к математике и ее актуального применения в науке весьма древние. Если не касаться эпохи эллинизма, то можно напомнить несколько более поздних высказываний несомненных авторитетов науки и философии.

● Математика лучше всего помогает нам в понимании разнообразных божественных истин… Все чувственное пребывает в какой-то постоянной шаткости ввиду изобилия в нем материальной возможности. Самыми надежными и самыми для нас несомненными оказываются поэтому сущности более абстрактные, в которых мы отвлекаемся от чувственных вещей… Таковы математические предметы… Боэций, ученейший из римлян, даже утверждал, что никому не постичь божественной науки, если он лишен навыка в математике. Не Пифагор ли, первый философ и по имени и по делам, положил, что всякое исследование истины совершается через число? Пифагору следовали платоники и наши первые учители настолько, что Августин, а за ним Боэций утверждали, что первоначальным прообразом творимых вещей было в душе создателя несомненно число»» (Николай Кузанский. Соч. в двух томах. Т. 1. М.: Мысль, 1979. С. 64).

● «Философия написана в величайшей книге, которая всегда открыта перед нашими глазами (я разумею Вселенную), но ее нельзя понять, не научившись сначала понимать ее язык и не изучив буквы, которыми она написана. А написана она на математическом языке, и ее буквы это – треугольники , дуги и другие геометрические фигуры, без каковых невозможно понять по-человечески ее слова; без них тщетное кружение в тесном лабиринте» (Галилей Г. Цит. по: Ахунин А.В. История принципов физического эксперимента. М.: Наука, 1976. С. 220).

● «… В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле лишь столько, сколько имеется в ней математики» (Кант И. Метафизические начала естествознания/ И. Кант. Сочинения в 6-ти т. Т. 6. М.: Мысль, 1966. С. 58).

Несмотря на то, что практически все современные науки используют в той или иной мере математические методы, некоторые наиболее «математизированные» дисциплины включили этот термин даже в свои названия. Так возникли математическая физика, математическая логика и даже математическая лингвистика, как яркий пример проникновения математических идей в некогда безраздельно гуманитарную область знания.

4) Кроме интеграционных тенденций 1-го и 2-го типов, которые в строгом смысле слова и следует называть междисциплинарными (не будем касаться здесь только что обсужденной универсальной роли математики) отдельного рассмотрения заслуживают интеграционные процессы совершенно нового типа: их можно было бы назвать «наддисциплинарными», поскольку такое обобщение специальных (частных) научных концепций (т.е. межпредметная интеграция) происходит одновременно с усвоением более абстрактного языка описания и переходом на метаязыковой уровень.

Эти открытия в научной методологии были совершены в основном в XX в. и были связаны с изучением и описанием сложно организованных и сложно функционирующих объектов. Безусловно, возникновение нового круга наук в значительной степени было подготовлено плодотворным усвоением естественными науками идей и методов новой математики: теории множеств, линейной алгебры, математической статистики, математической логики, топологии, дискретной математики. Так возникли следующие науки: общая теория систем и смежные учения (системный анализ, системный подход, системотехника, системология), кибернетика, теория информации, теория игр, синергетика, учение о моделировании. Особенность этих научных дисциплин состоит в том, что они, являя собой (как и всякая наука) единство предмета и метода, главным образом ориентированы на метод. Например, во всех учениях о системах ключевыми понятиями служат понятие структуры, соподчиненности (порядка, иерархии) связи и тип связи: прямая, обратная (положительная и отрицательная), обратимая, необратимая и т.п. Так, например, понятие «взаимодействие» шире по объему, чем «массообмен», «энергообмен» или «энергоперенос», «информационный обмен» и тем более – шире, чем «ионный обмен», изучаемый в физической химии, или биологический термин «метаболизм».

То же самое можно сказать и в отношении других понятий. Одно дело – структура кристаллов, рассматриваемая в физике твердого тела, кристаллографии, кристаллохимии и минералогии, но другое – структура (и более того – иерархическая структура) системы, конкретная природа частей которой не имеет значения. Эти науки более сопряжены с изучением вклада системно-организационных связей, чем собственно «законов природы». Связи этого типа часто встречаются в объектах природы и, кроме того, используются в техносфере, в объектах, создаваемых человеком.

Вот поучительная иллюстрация роли системно-организационных связей, использующая в качестве объекта физико-географическую оболочку Земли (геосферу): «Если, например, изменить распределение океанов и суши на Земле, то физические законы, управляющие геофизическими явлениями на поверхности Земли, остаются прежними. Тем не менее, циркуляция атмосферы, ледовитость полярных океанов, морские течения, распределение и циркуляция тепла в атмосфере, планетарный влагооборот и т.п. значительно изменятся. Произойдет это потому, что возникнут другие связи явлений, обусловленные не изменением физических законов, а новым устройством поверхности Земли. Общие законы природы едины, а конкретные материальные системы обладают индивидуальными свойствами, которые и составляют их специфику. Некоторая часть явлений, протекающая в любой материальной системе, обусловлена ее устройством и взаимодействием ее частей. Всякая система своим строением и внутренними связями накладывает определенные ограничения на проявление общих законов природы и порождает дополнительные системно-организационные связи между явлениями. Эти связи не вытекают из общих законов, но и не противоречат им» (Хильми Г.Ф. Современное состояние научных концепций биосферы// Методологические аспекты исследования биосферы. М.: Наука, 1975. С. 93).

Итак, можно проследить процессы дифференциации и интеграции естественных наук на разных уровнях. Укажем их последовательно еще раз.

1) Известна дифференциация на предметном уровне, например, органическая и неорганическая химия, механика и термодинамика и т.п. Наряду с этим существует в внутрипредметная интеграция: общая химия, статистическая механика (статистическая термодинамика).

2) Существует межпредметная интеграция внутри естественных наук (биохимия, физическая химия, экология и т.п.). Кроме этого можно указать на «широкую» межпредметную интеграцию с привлечением гуманитарных наук (например, социальная экология, экологический менеджмент, инженерная психология).

3) Привлечение идей и концепций общей теории систем, кибернетики и синергетики, для описания естественнонаучных феноменов позволяет говорить о еще более высоком и абстрактном уровне интеграции – надпредметном. Так, например, А.А. Богданов, обсуждая закон минимума Либиха, который хорошо известен агробиологам, почвоведам и экологам, говорил о его применимости на другом, более абстрактном уровне следующее:

«Суммарная устойчивость комплекса (у Богданова этот термин равноценен понятию «система» в современном смысле слова, – Ю.Е.) по отношению к данной среде есть, очевидно, сложный результат частичных устойчивостей разных частей этого комплекса по отношению к направленным на него взаимодействиям. <…> Устойчивость целого зависит от наименьших относительных сопротивлений всех его частей во всякий момент. <…> Принцип относительных сопротивлений не представляет сам по себе ничего нового для науки: в механике, в физике, в технических науках он сформулирован давно и применяется с большой точностью. Но каждой науке приходилось открывать его для себя отдельно. Так, для агрономии открыл его только в прошлом веке Ю. Либих, который и дал ему название «закон minimum». <…> Тектология (так Богданов называл развиваемую им «всеобщую организационную науку», – Ю.Е.) впервые делает этот закон универсальным, распространяя на все и всякие комплексы, вплоть до психических и логических, причем должна показать, как им пользоваться в новых, более сложных применениях» (Богданов А.А. Тектология. В 2-х кн.: Кн. 1. Экономика, 1989. С. 216). Кстати, эти слова были сказаны задолго до первого расширения закона Либиха Тейлором. Поэтому справедливо, что многие системологи, в первую очередь и в основном зарубежные (ибо нет пророка в своем отечестве), называют Богданова предтечей Людвига фон Берталанфи (1901-1972), австрийского биолога, который традиционно считается основоположником общей теории систем.