Философские проблемы единства научного знания и взаимосвязь физики, химии и биологии

       С Фарадея начинается интенсивное развитие физики электричества и магнетизма на основе идеи близкодействия. Переход от электростатики к электродинамике (Фарадей, Эрстед, Ампер) позволил объединить электрические и магнитные явления. Фарадеевские представления о поле как особом состоянии эфира были оформлены Максвеллом в строгую математическую теорию, которая с единой точки зрения трактовала электрические, магнитные и оптические  явления.

        К концу 19 века физика представляла собой развитый комплекс дисциплин, объединенных идеей сохранения и превращения энергии.

       Многим ученым физика казалась принципиально завершенной наукой.

        Философским фоном ее было мировоззрение, представлявшее собой синтез атомизма с доктриной лапласовского детерминизма. Вероятностные представления статистической  физики трактовались как всецело обусловленные незнанием точных значений начальных импульсов и координат частиц, составляющих ансамбль. Электромагнитные явления многими еще не считались автономными — усилия большинства ученых были направлены на сведение их к механическим явлениям путем построения хитроумных моделей эфира.

        Достижения  физики в 20 веке значительно повлияли на конкретные представления о смысле таких философских категорий, как материя, движение, пространство и время. К числу фундаментальных достижений современной физики, имеющих общефилософское значение, относится также установление принципа относительности свойств материальных объектов. Это связано с последовательным учетом в понятийном аппарате теории роли материального окружения объекта (в первую очередь измерительного, прибора и системы отсчета) в деле определения этих свойств.

        Классической физика считала свойства, обнаруживаемые при измерении, присущими объекту и только ему (принцип абсолютности свойств). Уже теория относительности вскрыла количеств, относительность таких свойств объектов, как длина, время жизни, масса, зависящих, как оказалось, не только от самого объекта, но и от системы отсчета. Отсюда следовало, что количественная определенность свойств объекта должна быть отнесена не к нему «самому по себе», а к системе «о6ъект + система отсчета», хотя носителем качеств, определенности свойств по-прежнему оставался сам объект. Квантовая теория пошла еще дальше в этом направлении, выдвинув идею дополнительности. Существование дополнительных свойств, не объяснимое с точки зрения принципа абсолютности свойств, получает естественное объяснение с помощью принципа относительности свойств. [7с .323]

       С квантовой физикой связано также гораздо более широкое понимание причинности, опирающееся на отказ от характерного для классической физики предположения, что в основе статистических закономерностей всегда лежат однозначно определенные   закономерности. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3. Химия и философия, проникновение физики в химию.

 

 

      Современная химия характеризуется возникновением и разработкой новых дисциплин на стыке химии с физикой, биологией, геологией.

      В древности взгляды на превращение веществ и изменения их свойств основывались на натурфилософских представлениях о первоэлементах и первоначалах мира.

      Особенно большое влияние на эти взгляды оказала натурфилософия Аристотеля и Эмпедокла. Когда химия (точнее — алхимия) приобрела автономное существование, она сохранила ту же натурфилософскую основу объяснения химических превращений. Однако на мировоззрение алхимиков оказали значительное влияние и различные мистические учения, приведшие к превращению алхимии в «тайную науку» и сближению ее, в лице некоторых представителей, с астрологией и магией. Еще у Парацельса, основоположника ятрохимии, сохраняются довольно ясные следы натурфилософского учения об элементах, постепенно исчезающие у его последователей, уступая место чисто эмпирическим обобщениям.

       В работах Бойля, положивших начало современной химии и основанных на утверждении настоящего экспериментального метода исследования, явно ощущается влияние философии эмпиризма. Вместе с тем отвлеченная натурфилософская атомистика, не оказавшая прямого влияния  на разработку атомно-молекулярной теории, а лишь создавшая для нее идейные предпосылки, впервые нашла приложение к объяснению химических фактов в корпускулярной теории Бойля. Правда, у современников Бойля атомистика связана с сильными элементами спиритуализма. Еще в средние века атомистика, став предметом осуждения со стороны церкви, сама апеллировала к духовному началу. И эта тенденция сохранилась: например, согласно Кедворту (1617—88), движение атомов регулируется «духовным формообразующим посредником».

        Период господства теории флогистона свидетельствует не об отрицательном влиянии какой-либо конкретной формы философии на химию, а о недостаточной разработанности экспериментального метода и вытекающем из этого неумении делать строгие выводы, основанные на наблюдениях и опытных фактах Лавуазье – это, прежде всего победа более совершенного экспериментального метода. Экспериментальная проверка и доказательство гипотез и теорий после Лавуазье стали неотъемлемой частью методологии химии. Вместе с Лавуазье в химии окончательно утвердились количественные методы исследования, а следовательно, и математическая обработка результатов экспериментов.

        Во времена Лавуазье Рихтер открыл закон эквивалентов — первый из стехиометрических законов химии. Тем самым опровергалось мнение Канта о том, что химия не поддается математической обработке.

       Долгое время применение математики в химии ограничивалось самым элементарным уровнем. В 19 веке, а особенно в 20 века, по мере сближения химии с физикой, в химии стал применяться математический аппарат теоретической физики.

    Химия как самостоятельная наука оформилась тогда, когда ученые стали применять количественные методы исследования: взвешивание твердых, жидких и измерение объемов газообразных веществ при помощи физических приборов.

Основной метод химического исследования – эксперимент. Поэтому с полной уверенностью можно сказать, что на прочную научную основу химия стала с момента широкого использования физической аппаратуры и методики расчетов. Это так же способствовало внедрению в химию физических методов исследования.

Развитие современной науки раскрыло и глубокую внутреннюю связь между химией и физикой. Эта связь определяется в значительной степени общностью предметов исследования. Между химией и физикой существует, во-первых, генетическая связь, так как образование атомов химических элементов, соединение их в молекулы веществ произошло на определенном этапе развития неорганического мира, в результате усложнения физической формы движения. Во-вторых, эта связь основывается на общности строения всех конкретных видов материи, в том числе из одних и тех же химических элементов, атомов и «элементарных» частиц.

На различных этапах развития химии в ней выдвигались и разрешались разные основополагающие для своего времени проблемы. Длительное время такой проблемой было соотношение состава и свойства, стремление объяснить многообразные свойства химических соединений их элементарным составом. В последующий период центральным понятием химии стало понятие строения.

Именно на его основе были объяснены разнохарактерные свойства многочисленных химических соединений, был открыт путь к синтезу новых веществ. В 20-х годах узловой проблемой химии становится объяснение свойств молекул с точки зрения электронных представлений, применения принципов и методов квантовой механики.

Сейчас центр тяжести теоретической химии перемещается в область исследования химических процессов, механизмов химических превращений. Это направление привело к рождению теории абсолютных скоростей реакций и формулировке узлового понятия современной химической теории - переходного состояния или активированного комплекса.

Понятие активированного комплекса включает в себя процесс постоянного установления новых связей и одновременного ослабления старых связей между химическими элементами. Схема реакции имеет вид:

 

С + АВ → С...А...В...→ СА + В

 

Промежуточный член представляет собой переходное состояние реагирующих молекул, или активированный комплекс.

Активированный комплекс следует рассматривать, как обыкновенную молекулу, обладающую обычными термодинамическими свойствами, за исключением того, что движение в одном направлении, а именно вдоль координаты реакции приводит к распаду с определенной скоростью.

В отличии от молекулы активированный комплекс находится на электрическом гребне, он обладает энергией активации, которая может быть утверждена лишь на ничтожные доли секунды порядка 10-13е .

Принципиальная нестабильность, бренность, неустранимое самодвижение - характерные отличительные черты активированного комплекса.

Активированный комплекс не укладывается в понятие частицы или вещества, а становится носителем динамического отношения, направленного времени, момента истории. В этом понятии в первую очередь отражена идея химического самодвижения, напряженного внутреннего противоречия материи, развития и изменения химических тел. Анализ этих моментов требует привлечения всего арсенала химических, физических и биохимических методов исследования.

В отличие от неживой природы, которая является нестабильной в химическом отношении, процесс жизни есть эстафета переходных состояний, активированных комплексов, которая не прерывается, пока протекает обмен веществ.

Переходное состояние, которое является узловым состоянием теоретической химии потому, что концентрирует вокруг себя все ее методы, все подходы к решению химических задач - от квантово-механических до сугубо эмпирических, экспериментальных. Его анализ требует и физических и химических, и биологических методов исследования. Тем самым переходное состояние становится центральным связующим звеном между физикой и биологией.

Исследование переходного состояния есть изучение анатомии скачка от старого к новому в развитии материи, есть обнаружение того, как же осуществляется переход количественных изменений в качественные в сфере химизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 4. Проникновение физики и химии в биологии.

 

 

       Биология — совокупность наук о жизни. В предмет биологии входит изучение жизни как особой формы движения материи, законов развития живой природы, а также изучение живого во всем многообразии его проявлений и на всех уровнях организации: субмикроскопическом (макромолекулярном), микроскопическом (клеточном), на уровне многоклеточного индивида (организменном) и на более высоких уровнях — видовом, биоценотическом и живого вещества биосферы в целом.

       Биология изучает сущность и закономерности биологической формы движения материи, являющейся по сравнению с химической, физической и механической высшей формой движения материи.

      Неправильное понимание соотношения биологической формы движения материи с остальными формами является источником двух крайних метафизических концепций живого: с одной стороны, механической концепции, отрицающей специфику живого и сводящей его к формам движения, действующим в неорганической природе (особенно к физическому и химическому и, в конечном счете, механическому движению), а с другой — виталистической концепции с попыткой разорвать и принципиально противопоставить живое и неживое, абсолютизировать специфику живого и превратить ее в некое самостоятельное «начало» или «субстанцию жизни», которая якобы не может находиться в связи с физико-химическими процессами.

        В соответствии с этим выявились два крайних представления о методах познания живого. Согласно одному из них, сущность биологических явлений может раскрыть только химия и физика; согласно другому, химия и физика неприложимы к их познанию. Оба эти подхода односторонни и ошибочны. Поскольку биологическая форма движения материи включает в себя в качестве подчиненного момента более простые — химическую, физическую и механическую формы движения материи, в высшей форме движения материи присущ ряд закономерностей и процессов, связанных с входящими в нее низшими формами, постольку к исследованию жизненных процессов в определенной степени вполне приложимы  химические и физические методы (например, к исследованию ферментативных реакций, материальных основ наследственности и др.). Но так как биологическая форма движения материи— качественно новая форма, она требует в то же время новых методов исследования, методов вскрытия специфически биологических закономерностей (например, закономерностей видообразования в живой природе и др.).

В познании свойств живой материи в последнее время все большую и большую роль играют химия и физика. В конце XIX века развитие органической химии привело к возникновению биохимии, которая сформировалась в самостоятельную науку, достигшую в настоящее время высокого уровня развития. Труднее проникала в биологию физика. Еще в прошлом столетии, по мере развития физики, делались многочисленные попытки использовать ее методы и теории для изучения и понимания природы биологических явлений. При этом на живые ткани и клетки смотрели как на физические системы и не учитывали того, что основную определяющую роль в этих системах играет химия. Именно поэтому попытки подойти к биологическим объектам с чисто физических позиций носили наивный характер. Основным методом этого направления являлись поиски аналогий. Биологические явления, сходные внешне с явлениями чисто физическими, трактовались, соответственно, как физические. Например эффект мышечного сокращения объясняли пьезоэлектрическим механизмом на основании того, что при наложении потенциала на кристаллы происходило изменение их длины. На рост клеток смотрели как на явление, вполне аналогичное росту кристаллов. Клеточное деление рассматривали как явление, обусловленное лишь поверхностно активными свойствами наружных слоев протоплазмы.