7.2.Методология интеграции наук, “всеединство”, “универсальный эволюционизм” и “физический редукционизм”

. По смыслу эти термины близки, но употребляются в разных научных социях.

Всеединство - стремление понять и представить в рамках единого подхода все явления природы. Речь идет об объединении наук точных (физика, химия), естественных (биология) и гуманитарных. В этом смысле “всеединство - синоним “интеграции”.  На языке теории распознавания (см. гл. 6) для интеграции нужно составить множество решающих правил и построить в нем решающее супер-правило. Для этого необходимо использовать код (т.е. язык), на котором, формулируются решающие правила.

В точных науках такой язык уже существует, это современная математика Этот язык сейчас  в человеческом обществе уже универсален  (т.е. общепринят). Разумеется. он является условной информацией, хотя часто воспринимается как объективная реальность, что иногда приводит к недоразумениям (примеры обсудим ниже). Вопрос: достаточен ли язык современной математики для описания всех явлений природы, является спорным и подлежит обсуждению.

В естественных и гуманитарных науках используется язык слов (вербальный код). В точных науках этот язык тоже, конечно, используется наряду с математическим. Вербальный язык более адекватен интуитивному мышлению, но для точных наук явно недостаточен.

Универсальный эволюционизм преследует туже цель - познать мир, как целое. При этом внимание акцентируется на том, что мир в целом, равно, как и наука о нем, не статичен, но развивается. В биологии и социальных науках это осознано давно. В физике - сравнительно недавно, в связи с исследованиями эволюции Вселенной. В синергетике развитие лежит в основе науки и потому её иногда отождествляют с теорией развивающихся систем.

Законы развития различных систем (Вселенной, биосферы, организма и общества) имеют много общего Эта общность связана с тем, что во всех случаях речь идет о возникновении информации и эволюции её ценности. (чему и посвящены главы 3,4,5). Поэтому формулировка общих законов развития (т.е. универсальный эволюционизм) становится актуальным направлением.

В среде физиков стремление описать все на свете в рамках единой теории (т.е. из “первых принципов”) получило название “физический редукционизм” Оно появилось сравнительно давно. В основе его лежит уверенность в том, что сложные явления природы можно свести к совокупности простых, подчиняющихся фундаментальным законам физики. Подчеркнем, речь идет именно о физике, а не о какой либо другой науке. В этом проявляется известный “физический снобизм” (Здесь следует напомнить о том, что автор сам физик и ничто физической ему не чуждо).

 Уравнения Ньютона, Максвелла, Шредингера действительно фундаментальны - в этом уверены все. Достаточны ли они для описания всех явлений природы, начиная от сотворения нашего мира и до появления живых и мыслящих существ - в этом уверены не все. Именно в этом и состоит проблема физического редукционизма.

По этому поводу существуют следующие мнения:

Первая точка зрения состоит в том, что фундаментальные законы физики необходимы и достаточны для описания любого явления природы. Другие естественные науки ( химия, биология)  основываются на законах физики и используют их в специальных для данной науки условиях.

Из изложенного в гл. 2 следует, что такой банальный редукционизм действительно не состоятелен. Более того, даже для “вывода” законов термодинамики уже необходима ревизия ряда понятий физики. На эту тему недавно высказались два весьма авторитетных в физике ученых: З.Б. Лафлин и Д. Пайнс. Они опубликовали статью под названием “Теория всего на свете” (“Theory of Everythink”, [6]). В ней показано, что ряд важных явлений (даже в неживой природе) невозможно описать исходя из “первых принципов”. Предложен ряд рецептов того, как обходить трудности. Предложено и новое название этих рецептов - “квантовый протекторат”. На мой взгляд авторам [6] тоже следовало бы “спешиться” и ознакомиться с тем, что уже известно в синергетике и философии. Поэтому, конструктивность рецептов работы [6] может быть подвергнута критике, но критическая часть работы сомнений  не вызывает.

Вторая точка зрения в том, что фундаментальные законы физики действительно необходимы, но недостаточны для описания, например, живой природы и их необходимо дополнить. На первый взгляд это мнение противоречиво. Действительно, законы физики формулируются как полная (в математическом смысле) система аксиом. Дополнительные аксиомы приводят к переполнению системы и вступают в противоречие с основными постулатами.

Тем не менее, как показано в главах 3 и 4, именно этот вариант редукционизма может претендовать на описание явлений природы, включая живую. При этом приходится вводить новые понятия,  которые в исходной аксиоматике не содержатся. Такое понимание редукционизма далее будем называть “правильным” (термин, разумеется, условен)

Существует мнение, согласно которому сложные явления (например, в живой природе и обществе) вообще не подвластны точным наукам. Это мнение противоречит стремлению познать мир в целом и на мой взгляд оно не верно по существу. Тем не менее, это мнение На первый взгляд кажется правдоподобным.. Действительно, для живых существ такие понятия как: желание, удовольствие, цель (в том числе цель жизни) естественны и осмысленны. С другой стороны точные науки (в том числе физика) до недавнего времени с этими понятиями вообще не имели дела. Однако, как показано в гл.3 и 4, и эти понятия можно сформулировать на языке физики и химии. При этом особенно важную роль начинает  играть понятие ценная информация.

Упомянутые три подхода: “всеединство”, “универсальный эволюционизм” и “редукционизм” составляют основу научного мировоззрения.

Кому нужно научное мировоззрение?  

Большинство ученых тратят основную часть времени и сил на решение практических задач. Для этой деятельности никакое мировоззрение не нужно.

Однако, часто встают проблемы, которые на первый взгляд кажутся неразрешимыми, обычно они называются парадоксами. Для их решения уверенность в правильности фундаментальных законов физики необходима. Отсутствие её порождает либо гиперскептицизм и робость, либо отсутствие само критицизма. Последнее ведет к фантазиям, не имеющим отношения к науке. Во избежание этого необходимо понимание фундаментальных законов физики и области их применимости, т.е. физический редукционизм в его правильном понимании. Оно же необходим для преподавателей физики. Задача педагога не только в обучении физическим методам, но и в формировании научного мировоззрения. В последнем редукционизм играет одну из главных ролей.

Наконец, научное мировоззрение нужно для всех людей (не только физиков), которые хотят видеть мир как целое, а не как набор отдельных (и часто противоречивых) явлений.

В методологическом плане главный итог книги в следующем.

Интеграция наук на основе научного мировоззрения возможна. Можно построить единую и непротиворечивую картину мира. Однако. для этого необходимо подвергнуть ревизии ряд фундаментальных понятий современной физики и математики и ввести относительно новое и не менее фундаментальное понятие - информация (точнее. ценная информация).

Можно задать вопрос: какое явление природы лежит в основе возникновения информации, что заставило ученых взволноваться?  Ответ тоже прост: это явление - неустойчивость. Читатель, прочитавший книгу (а не только введение и заключение),  понимает, сколь прочно информация связана с явлением неустойчивости.

На интуитивном и вербальном уровне значение неустойчивости понималось уже давно. В качестве примера часто приводят “Буриданова осла” (его приписывают средневековому философу Жану Буридану (XIV век), хотя в дошедших до нас сочинениях Буридана этот пример отсутствует). Не менее яркие примеры приводились и позже.

Однако, теория устойчивости была заложена лишь в конце прошлого века в работах А.М. Ляпунова, который ввел меру устойчивости - “число Ляпунова” Сперва это теория воспринималась как прикладная инженерная дисциплина. Её фундаментальное (методологическое) значение было осознано значительно позже и, возможно еще не полностью, поскольку дискуссии по этому поводу продолжаются.

Напомним наиболее важные следствия этого явления.

i) Ревизия понятия причины. Именно благодаря неустойчивости “причиной” может стать Его Величество  Случай.  Тому пример - история о том, как муха разбила хрустальную вазу (гл. 2). Случай выступает здесь не как результат незнания предыстории процесса, а как символ истинного незнания, то есть принципиальной невозможности учесть исчезающе малые влияния.

Ревизии подлежит и понятие “абсолютно замкнутой системы”. Оно понималось как предел незамкнутой системы, когда внешние воздействия исчезающе малы. В устойчивых системах такое понимание оправдано. В неустойчивых системах оно теряет смысл, поскольку возмущения нарастают со временем. При этом сама неустойчивость является внутренним свойством системы, но не внешних возмущений.

Напомним, что он же - случай - лежит в основе генерации новой ценной информации (гл. 3).

ii) Необратимость процессов во времени, или, иными словами, направление “стрелы времени”.

В современной физике фундаментальные законы сохранения связаны с симметрией. Так, сохранение импульса - следствие симметрии пространства, сохранение энергии - симметрии обращения времени.  Именно поэтому фундаментальные законы физики формулируются в виде гамильтоновых систем, где обратимость  времени гарантирована.

Необратимость времени  влечет за собой не сохранение энергии. Последнее противоречит всему тому, что мы знаем о нашем мире.    

С другой стороны, необратимость процессов во времени тоже явление фундаментальное и от него тоже нельзя отказаться.

Неустойчивость позволяет разрешить это противоречие, поскольку именно она является “причиной” такого нарушения симметрии времени, которое не нарушает закона сохранения энергии и, вместе с тем позволяет описать диссипативные процессы. При этом энергия разделяется на две части: свободную и связанную. Первая может переходить во вторую и при этом рассеивается (диссипирует), но не исчезает. Связанная энергия может переходить в свободную лишь частично, что и составляет суть второго начала термодинамики.

iii) Ревизия понятия бесконечно большого  (и бесконечно малого)  и введение понятия “гугол”. (числа порядка 10100  и большие). Последнее тоже чисто практическое утверждение о том, что физически реализуемые (наблюдаемые) величины такими числами выражаться не могут. Это утверждение, как практическое, сомнений не вызывало.

Фундаментальное значение его было осознано  позже,  и опять же оказалось, что оно связано с неустойчивостью. Именно, в неустойчивых процессах малые начальные отклонения (меньшие, чем “обратный гугол”) приводят к большим последствиям. Пренебрежение этим фактам ведет к тому, что ряд математически строгих теорем оказывается в  противоречии с не менее фундаментальными законами физики (в частности, с вторым началом термодинамики).

iv) Неустойчивость является непременным условием генерации новой ценной информации. Воспринимать, хранить и передавать информацию можно и в устойчивых процессах. Более того, неустойчивость в этих процессах является только помехой. Однако, создавать ценную информацию можно только в условиях неустойчивости.

Представьте теперь, чего бы стоила теория информации и само понятие “информация”, если бы природа (живая или не живая) не могла создавать новую ценную информацию.

Из изложенного следует, что неустойчивость существенно расширяет наши представления о мире и должно играть фундаментальную роль в том. что мы называем миропониманием или научном мировоззрением. В науке 21-ого века неустойчивость будет играть роль одного из краеугольных камней. Сейчас такая наука зарождается. Название её ещё не устоялось, поэтому используют: “нелинейная динамика”, “нелинейная термодинамика” и “синергетика”. На наш взгляд последнее наиболее удачно, поскольку наименее понятно.

. По смыслу эти термины близки, но употребляются в разных научных социях.

Всеединство - стремление понять и представить в рамках единого подхода все явления природы. Речь идет об объединении наук точных (физика, химия), естественных (биология) и гуманитарных. В этом смысле “всеединство - синоним “интеграции”.  На языке теории распознавания (см. гл. 6) для интеграции нужно составить множество решающих правил и построить в нем решающее супер-правило. Для этого необходимо использовать код (т.е. язык), на котором, формулируются решающие правила.

В точных науках такой язык уже существует, это современная математика Этот язык сейчас  в человеческом обществе уже универсален  (т.е. общепринят). Разумеется. он является условной информацией, хотя часто воспринимается как объективная реальность, что иногда приводит к недоразумениям (примеры обсудим ниже). Вопрос: достаточен ли язык современной математики для описания всех явлений природы, является спорным и подлежит обсуждению.

В естественных и гуманитарных науках используется язык слов (вербальный код). В точных науках этот язык тоже, конечно, используется наряду с математическим. Вербальный язык более адекватен интуитивному мышлению, но для точных наук явно недостаточен.

Универсальный эволюционизм преследует туже цель - познать мир, как целое. При этом внимание акцентируется на том, что мир в целом, равно, как и наука о нем, не статичен, но развивается. В биологии и социальных науках это осознано давно. В физике - сравнительно недавно, в связи с исследованиями эволюции Вселенной. В синергетике развитие лежит в основе науки и потому её иногда отождествляют с теорией развивающихся систем.

Законы развития различных систем (Вселенной, биосферы, организма и общества) имеют много общего Эта общность связана с тем, что во всех случаях речь идет о возникновении информации и эволюции её ценности. (чему и посвящены главы 3,4,5). Поэтому формулировка общих законов развития (т.е. универсальный эволюционизм) становится актуальным направлением.

В среде физиков стремление описать все на свете в рамках единой теории (т.е. из “первых принципов”) получило название “физический редукционизм” Оно появилось сравнительно давно. В основе его лежит уверенность в том, что сложные явления природы можно свести к совокупности простых, подчиняющихся фундаментальным законам физики. Подчеркнем, речь идет именно о физике, а не о какой либо другой науке. В этом проявляется известный “физический снобизм” (Здесь следует напомнить о том, что автор сам физик и ничто физической ему не чуждо).

 Уравнения Ньютона, Максвелла, Шредингера действительно фундаментальны - в этом уверены все. Достаточны ли они для описания всех явлений природы, начиная от сотворения нашего мира и до появления живых и мыслящих существ - в этом уверены не все. Именно в этом и состоит проблема физического редукционизма.

По этому поводу существуют следующие мнения:

Первая точка зрения состоит в том, что фундаментальные законы физики необходимы и достаточны для описания любого явления природы. Другие естественные науки ( химия, биология)  основываются на законах физики и используют их в специальных для данной науки условиях.

Из изложенного в гл. 2 следует, что такой банальный редукционизм действительно не состоятелен. Более того, даже для “вывода” законов термодинамики уже необходима ревизия ряда понятий физики. На эту тему недавно высказались два весьма авторитетных в физике ученых: З.Б. Лафлин и Д. Пайнс. Они опубликовали статью под названием “Теория всего на свете” (“Theory of Everythink”, [6]). В ней показано, что ряд важных явлений (даже в неживой природе) невозможно описать исходя из “первых принципов”. Предложен ряд рецептов того, как обходить трудности. Предложено и новое название этих рецептов - “квантовый протекторат”. На мой взгляд авторам [6] тоже следовало бы “спешиться” и ознакомиться с тем, что уже известно в синергетике и философии. Поэтому, конструктивность рецептов работы [6] может быть подвергнута критике, но критическая часть работы сомнений  не вызывает.

Вторая точка зрения в том, что фундаментальные законы физики действительно необходимы, но недостаточны для описания, например, живой природы и их необходимо дополнить. На первый взгляд это мнение противоречиво. Действительно, законы физики формулируются как полная (в математическом смысле) система аксиом. Дополнительные аксиомы приводят к переполнению системы и вступают в противоречие с основными постулатами.

Тем не менее, как показано в главах 3 и 4, именно этот вариант редукционизма может претендовать на описание явлений природы, включая живую. При этом приходится вводить новые понятия,  которые в исходной аксиоматике не содержатся. Такое понимание редукционизма далее будем называть “правильным” (термин, разумеется, условен)

Существует мнение, согласно которому сложные явления (например, в живой природе и обществе) вообще не подвластны точным наукам. Это мнение противоречит стремлению познать мир в целом и на мой взгляд оно не верно по существу. Тем не менее, это мнение На первый взгляд кажется правдоподобным.. Действительно, для живых существ такие понятия как: желание, удовольствие, цель (в том числе цель жизни) естественны и осмысленны. С другой стороны точные науки (в том числе физика) до недавнего времени с этими понятиями вообще не имели дела. Однако, как показано в гл.3 и 4, и эти понятия можно сформулировать на языке физики и химии. При этом особенно важную роль начинает  играть понятие ценная информация.

Упомянутые три подхода: “всеединство”, “универсальный эволюционизм” и “редукционизм” составляют основу научного мировоззрения.

Кому нужно научное мировоззрение?  

Большинство ученых тратят основную часть времени и сил на решение практических задач. Для этой деятельности никакое мировоззрение не нужно.

Однако, часто встают проблемы, которые на первый взгляд кажутся неразрешимыми, обычно они называются парадоксами. Для их решения уверенность в правильности фундаментальных законов физики необходима. Отсутствие её порождает либо гиперскептицизм и робость, либо отсутствие само критицизма. Последнее ведет к фантазиям, не имеющим отношения к науке. Во избежание этого необходимо понимание фундаментальных законов физики и области их применимости, т.е. физический редукционизм в его правильном понимании. Оно же необходим для преподавателей физики. Задача педагога не только в обучении физическим методам, но и в формировании научного мировоззрения. В последнем редукционизм играет одну из главных ролей.

Наконец, научное мировоззрение нужно для всех людей (не только физиков), которые хотят видеть мир как целое, а не как набор отдельных (и часто противоречивых) явлений.

В методологическом плане главный итог книги в следующем.

Интеграция наук на основе научного мировоззрения возможна. Можно построить единую и непротиворечивую картину мира. Однако. для этого необходимо подвергнуть ревизии ряд фундаментальных понятий современной физики и математики и ввести относительно новое и не менее фундаментальное понятие - информация (точнее. ценная информация).

Можно задать вопрос: какое явление природы лежит в основе возникновения информации, что заставило ученых взволноваться?  Ответ тоже прост: это явление - неустойчивость. Читатель, прочитавший книгу (а не только введение и заключение),  понимает, сколь прочно информация связана с явлением неустойчивости.

На интуитивном и вербальном уровне значение неустойчивости понималось уже давно. В качестве примера часто приводят “Буриданова осла” (его приписывают средневековому философу Жану Буридану (XIV век), хотя в дошедших до нас сочинениях Буридана этот пример отсутствует). Не менее яркие примеры приводились и позже.

Однако, теория устойчивости была заложена лишь в конце прошлого века в работах А.М. Ляпунова, который ввел меру устойчивости - “число Ляпунова” Сперва это теория воспринималась как прикладная инженерная дисциплина. Её фундаментальное (методологическое) значение было осознано значительно позже и, возможно еще не полностью, поскольку дискуссии по этому поводу продолжаются.

Напомним наиболее важные следствия этого явления.

i) Ревизия понятия причины. Именно благодаря неустойчивости “причиной” может стать Его Величество  Случай.  Тому пример - история о том, как муха разбила хрустальную вазу (гл. 2). Случай выступает здесь не как результат незнания предыстории процесса, а как символ истинного незнания, то есть принципиальной невозможности учесть исчезающе малые влияния.

Ревизии подлежит и понятие “абсолютно замкнутой системы”. Оно понималось как предел незамкнутой системы, когда внешние воздействия исчезающе малы. В устойчивых системах такое понимание оправдано. В неустойчивых системах оно теряет смысл, поскольку возмущения нарастают со временем. При этом сама неустойчивость является внутренним свойством системы, но не внешних возмущений.

Напомним, что он же - случай - лежит в основе генерации новой ценной информации (гл. 3).

ii) Необратимость процессов во времени, или, иными словами, направление “стрелы времени”.

В современной физике фундаментальные законы сохранения связаны с симметрией. Так, сохранение импульса - следствие симметрии пространства, сохранение энергии - симметрии обращения времени.  Именно поэтому фундаментальные законы физики формулируются в виде гамильтоновых систем, где обратимость  времени гарантирована.

Необратимость времени  влечет за собой не сохранение энергии. Последнее противоречит всему тому, что мы знаем о нашем мире.    

С другой стороны, необратимость процессов во времени тоже явление фундаментальное и от него тоже нельзя отказаться.

Неустойчивость позволяет разрешить это противоречие, поскольку именно она является “причиной” такого нарушения симметрии времени, которое не нарушает закона сохранения энергии и, вместе с тем позволяет описать диссипативные процессы. При этом энергия разделяется на две части: свободную и связанную. Первая может переходить во вторую и при этом рассеивается (диссипирует), но не исчезает. Связанная энергия может переходить в свободную лишь частично, что и составляет суть второго начала термодинамики.

iii) Ревизия понятия бесконечно большого  (и бесконечно малого)  и введение понятия “гугол”. (числа порядка 10100  и большие). Последнее тоже чисто практическое утверждение о том, что физически реализуемые (наблюдаемые) величины такими числами выражаться не могут. Это утверждение, как практическое, сомнений не вызывало.

Фундаментальное значение его было осознано  позже,  и опять же оказалось, что оно связано с неустойчивостью. Именно, в неустойчивых процессах малые начальные отклонения (меньшие, чем “обратный гугол”) приводят к большим последствиям. Пренебрежение этим фактам ведет к тому, что ряд математически строгих теорем оказывается в  противоречии с не менее фундаментальными законами физики (в частности, с вторым началом термодинамики).

iv) Неустойчивость является непременным условием генерации новой ценной информации. Воспринимать, хранить и передавать информацию можно и в устойчивых процессах. Более того, неустойчивость в этих процессах является только помехой. Однако, создавать ценную информацию можно только в условиях неустойчивости.

Представьте теперь, чего бы стоила теория информации и само понятие “информация”, если бы природа (живая или не живая) не могла создавать новую ценную информацию.

Из изложенного следует, что неустойчивость существенно расширяет наши представления о мире и должно играть фундаментальную роль в том. что мы называем миропониманием или научном мировоззрением. В науке 21-ого века неустойчивость будет играть роль одного из краеугольных камней. Сейчас такая наука зарождается. Название её ещё не устоялось, поэтому используют: “нелинейная динамика”, “нелинейная термодинамика” и “синергетика”. На наш взгляд последнее наиболее удачно, поскольку наименее понятно.