CC BY
628
Кафедр/^
Ф
ИЛОСОФИЯ ХИМИИ: МНЕНИЕ ЭПИСТЕМОЛОГА
И.А. ГЕРАСИМОВА
Предлагается новое видение курса философии науки для химических специальностей. Химия рассматривается как феномен культуры, в котором неразрывно соединены наука и технология. Гуманитарное образование будущих технологов невозможно без воспитания целостного мировоззрения. Семиотика химии раскрывает специфику истории и методологии химии.
Ключевые слова: химия, наука, технология, культура, картина мира, пространство, семиотика, научное, вненаучное, творчество.
Введение
Дисциплина «История и философия науки» является обязательной при сдаче кандидатского минимума для всех специальностей. Концепцией курса предусмотрены общий раздел, включающий вопросы истории и методологии науки, и специальный раздел, освещающий философские проблемы конкретно научных дисциплин. Среди дисциплин естественно-научного цикла наиболее разработанными оказались философские вопросы физики и биологии. Про-
граммой кандидатского минимума по философии науки предусмотрены проблемы специфики философии химии, ее взаимосвязей с физикой, биологией, геологией, экологией, связи химии с технологией и промышленностью, эволюции концептуальных систем химии, физи-кализации химии. Не умаляя вклада методологов в исследование перечисленных философских проблем, все же отмечу, что этого недостаточно для образования современного химика.
Можно сказать, что философия химии отстает от химии в жизни: в цивилизации техногенного типа химия и химические технологии уже давно играют ключевую роль во всех областях экономики. Не только промышленность, но и быт организуется при помощи химических технологий. Организация Объединенных Наций провозгласила 2011 год Международным годом химии с темой: «Химия - наша жизнь и наше будущее». При решении многих проблем современной цивилизации возлагается надежда на химиков, в воспитании мировоззрения которых не последнюю роль призваны играть гуманитарные науки, в том числе и философия. В ходе моей многолетней работы с магистрантами РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, будущими химиками-технологами, было поднято и осмыслено немало философских вопросов химии, ее роли в современной жизни, ее истории и перспектив развития. Я хочу обратить внимание на ряд выводов современной эпистемологии, которые, на мой взгляд, вносят новые измерения в представлениях о философских проблемах химии.
Химия как феномен культуры
Концепция курса истории и философии науки рассматривает последнюю как феномен культуры, что предполагает изучение исторических закономерностей развития науки и ее перспектив во взаимосвязи с особенностями общественной жизни и практик, установками в познании, культурными моделями мышления и поведения. В изложении истории науки историками и философами есть существенное различие. В учебниках, монографиях, да и рефератах студентов и магистрантов по специальности, как правило, излагается история как последовательная смена идей, проблем и их решений. Изучение науки как феномена культуры кроме истории и системы идей предполагает рассмотрение истории людей, борьбы школ, открытий и их общественного признания, эволюции мышления, трансформаций сознания, другими словами, социальной и когнитивной истории науки. Смена исторических типов рациональности и картин мира в результате интеллектуальных революций отражалась и на судьбе химических знаний и практик. Период классического естествознания для химии сопровождался поисками собственного предмета, языка и методоло-
4
Ф
■В-
п
И
Кафедр/^
гии. В понимании природы химического элемента сыграли роль интуиции Р. Бойля (1627-1691), отвергавшего четыре первоэлемента, в формировании языка химии - работы А. Лавуазье (1743-1794), количественных методов в химии -работы М.В. Ломоносова (1711-1765), к заслугам которого относят также разработку принципов будущей физической химии.
Облик современной химической теории складывается с формированием и эволюцией концептуальных систем химии. Понятие «концептуальная система химии» введено в научный обиход и детально разработано отечественными методологами науки В.И. Кузнецовым и А.А. Печенкиным1. Если принять во внимание современные представления о системах, включающие аспекты элементов и их свойств, структуры, динамики и самоорганизации (программ поведения), то можно сказать, что история химии - это одновременно история становления системного (целостного) подхода к изучению природы. Обобщенное понимание химической теории включает: 1) учение о химических элементах и составе вещества (периодический закон, теория валентности); 2) структурную химию; 3) учение о химическом процессе (кинетика и теория катализа); 4) химию самоорганизации (концепция диссипативных систем И. Пригожина, теория реакции Бе-лоусова-Жаботинского, эволюционный катализ, учение о химической эволюции)2.
Принципы неклассического естествознания, складывающиеся на рубеже ХІХ-ХХ вв., входят в научный обиход химии с формированием квантовой химии. Атомно-молекулярное учение получает фундамент со стороны физики: создаются возможности понимания химической связи и химического взаимодействия. Квантовую химию называют совершенной теорией, позволяющей описывать, объяснять и предсказывать поведение элементарных частиц, подтверждаемое экспериментом. Специфика химии проявляется в том, что в отличие от теоретической физики ней используются приближенные решения квантовых уравнений, о чем будет сказано позднее.
Если мы рассматриваем науку как феномен культуры, то можно задать вопрос: почему с теорией связывают функции систематизации, объяснения и предсказания? В аспекте познания ответ стандартен: хорошая теория позволяет проникнуть в сущность вещей и процессов. Можно задать еще один вопрос: какова ценность этих интеллектуальных операций для развития человека? Размышляя над ответом, придет-
1 См.: Кузнецов В.И., ПеченкинА.А. Концептуальные системы химии. Структурные и кинетические теории // Вопросы философии. 1971. № 1. Кузнецов В.И.Диалектика развития химии. От истории к теории развития химии. М., 1973; ПеченкинА.А. Взаимодействие физики и химии. М., 1986.
2 См.: Печенкин А.А. Философские проблемы химии // Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук. М., 2006. С.191-192.
ся принять во внимание аспект когнитивной эволюции. Систематизация и объяснение способствуют пониманию, а предсказание связано с углубленным пониманием изучаемого предмета, позволяя предусматривать возможное поведение объекта в будущем, сценарии будущего.
Развитие научного мышления способствует совершенствованию сознания в целом, осознанного понимания. В работе химика теоретическое понимание складывается из нескольких компонентов: понимания языка химической теории и соответствующей онтологии (картины мира, символического мира); понимания физических законов, записываемых на языке математической физики; понимания основоположений теории, структуры и особенностей картины мира. В последнем случае речь идет о научной картине мира и философских основаниях науки.
Рассматривая химическую картину мира, правомерно поставить вопрос о химии в системе наук, разделив его на два: вклад химии в общенаучную картину мира и влияние общенаучной картины мира на специально-научные представления в химии. Другими словами, рассмотрение химии как феномена культуры предполагает движение мысли от химии к культуре и обратно, от культуры к химии.
Химический путь познания предполагает изучение планетарного вещества. В одном из учебников читаем: «Химия - это наука о превращениях веществ. Она изучает состав и строение веществ, зависимость свойств веществ от их состава и строения, условия и пути превращения одних веществ в другие»3.
Уже сама дифференциация химических наук свидетельствует о сложной структурной организации материального мира. Рассматривая вопрос о химической картине мира, я бы предложила воспользоваться языком современной эпистемологии, введя представления о множественности реальности и языков ее описания. Термин «реальность» употребляется в контекстах, когда принимается во внимание созидающая сила сознания. Другими словами, реальность - это то, что воспринимается, мыслится и конструируется благодаря сознанию. Термин «действительность» обозначает окружающий мир природы или социума, существующий (или мыслимый) независимо от сознания. Воспринимая, воспроизводя и создавая модели культуры, человек постоянно творит реальности или миры искусства, литературы, религиозной жизни, повседневности, политической жизни и проч. Символы и образы - основные средства порождения реальностей культуры. С развитием индивидуального начала в человеке множатся и символические миры культуры. Неповторимы и самобытны символические миры, цементирующие сознание больших общностей - народов и этносов. Более того, считается, что каждая личность &
в течение жизни формирует свой уникальный символический мир, ф
или, другими словами, картину мира. Ф
Я,
133
3 Глинка Н.Л. Общая химия : учеб. пособие. М., 2012. С.15.
Кафедр/^
С развитием информатики в жизнь современного человека вошла новая реальность, которую называют виртуальной. Путь познания, научного и технического творчества сегодня немыслим без создания символических миров. Каждое новое открытие, изобретение, направление исследований ведут к порождению новых смыслов, созданию новых методов, конструированию новых языков, систем идеальных объектов - символических миров.
Можно наблюдать большое разнообразие в символических мирах химиков. Ядром химии является атомно-молекулярное учение. Различная степень раздробленности определяет состояния вещества. С развитием науки постепенно складывались представления о мире макроскопически видимых частиц - молекулярных и ионных растворов (от 0,2 до 0,1 мм, разрешающая способность глаза), мире микроскопически видимых частиц (от 0,2-0,1 мм до 400-300 нм), мире отдельных молекул (или ионов). С усовершенствованием микроскопов открыли невидимые в оптическом диапазоне частицы, которые назвали коллоидными, а раздробленное (диспергированое) состояние веществ размером от 400-300 нм до 1 нм - коллоидным состоянием вещества. Дисперсные системы являются гетерогенными, они образуют сплошную непрерывную среду, называемую дисперсной средой4. Рассмотренные формы организации вещества характерны для разных структурных уровней организации материи, различны их свойства и роль во всеобщей организации материи. Их изучение вносит мировоззренческий вклад, составляя представление о научной картине мира.
Примером еще одного критерия порождения миров химии может служить характер межмолекулярного взаимодействия в агрегатных состояниях вещества. В таком случае различают газообразное и конденсированное состояния вещества - жидкое или твердое. В твердом состоянии большинство веществ имеет кристаллическое строение. В философском отношении изучение, например, явления изомерии, которое заключается в существовании соединений, обладающих одним и тем же качественным и количественным составом, но разными свойствами, помогает осознать проблему геометризации материи - зависимости физико-химических и биологических свойств от пространственной организации5. В античной натурфилософии на принцип геометризации материи указывал Платон. Согласно философу, все материальные формы порождаются из атомов-треугольников, благодаря комбинации которых образуются тела стихий - земли, воздуха, воды, огня, эфира, порождающие все тела космоса (учение о геометрическом атомизме).
Философское учение о части и целом уточняется в химии представлениями о том, что «химически целое» приобретает особые свой-
4 См.: Глинка Н.А. Указ. соч. С. 314.
5 Изомерия может быть обусловлена порядком соединения атомов, а в случае стереоизомерии - различным положением атомов или групп атомов в пространстве.
ства, отличные от свойств частей; один и тот же элемент приобретает новые свойства в зависимости от «контекста» - вхождения в то или иное соединение. Химические соединения называют «индивидуализированными», неповторимы их сочетания и взаимопревращения в конкретных условиях. Имеется специфически химический канал коммуникации в природе, который благодаря хеморецепторам есть и у человека.
Движение «от культуры к химии» предполагает введение нового измерения - рассмотрения химии как технологии. На сессии Академии наук СССР 14-20 марта 1936 г. известный физик, основатель Физтеха А.Ф. Иоффе назвал физику «техникой будущего», отвечая на призыв руководства соединить науку и производство. По мысли ученого, физика имеет прикладное значение, но, тем не менее, значение теоретической физики может сказаться в далеком будущем. Напротив, основатель Института химической физики, академик Н.Н. Семенов примерно в те же годы говорил о химии как «науке и производстве», отмечая ее роль в производстве новых материалов, обладающих принципиально новыми свойствами6. Отмечу, что в своих истоках химия изначально сочетала в себе черты познания и деятельности, а также науки, искусства и технологии. Древние ремесла (строительные, металлургические, текстильные, гончарные, пищевые, монетные и проч.), медицинская практика, занятия искусствами не могли обойтись без создания химических технологий, предполагающих определенные знания. В техногенной цивилизации химические технологии начинают играть ключевую роль в «создании новой природы и новых жизненных укладов», становясь существенным компонентом науки как «непосредственной производительной силы».
В литературе достаточно детально проработан вопрос о различиях между задачами физики и химии, несмотря на то что теоретическую химию относят к разделу физики. Тем не менее вдумаемся в слова академика Иоффе. Что произойдет, если теоретическая физика выйдет на уровень широкомасштабной технологии, подобно химии? Человек станет космическим демиургом - творцом планет, звезд, вселенных и проч.
В отличие от более абстрактной физики возможности и границы химии как технологии лежат в условиях планетарной природы, принципы которой как сложной эволюционирующей системы сложились до деятельности человека-демиурга. Человек может изменять природу, но опять-таки в рамках планетарной целостности. Химический уровень реальности составляет необходимое звено между физическим уровнем элементарных частиц и чувственно-предметной реальностью окружающего мира, другими словами, макроскопической реальностью.
Активное вмешательство в природу, создание реалий искусствен- ф
ной среды - техносферы делают актуальным гуманитарный анализ ф
Я,
135
6 См.: Печенкин А.А. Философские проблемы химии. С. 183.
Кафедр/^
технологий. Химические технологии являются социальными технологиями как способами воспроизводства определенных видов деятельности7. В условиях глобального кризиса становится ясным, что рост ответственности перед будущими поколениями должен опережать творческий запал воображения и желания сразу внедрять свои разработки в жизнь. Правомерно поставить вопрос об ответственности за интуицию (В.А. Бажанов). Философия химии по существу представляет собой перекрестье философии науки и философии техники.
Классическим примером внедрения новых веществ в условиях общества потребления и «золотого тельца» стала история с талидоми-дом, когда ученые допустили ошибку, доктора нарушили врачебную этику, редакторы журналов без проверки опубликовали статьи под давлением фирм-производителей, торговцы исказили данные и т.д. С широким внедрением химических и биохимических технологий в медицине, бытовой промышленности возникает проблема идентичности - распознавания состава вещества и его свойств. Уже небольшие различия в молекулярных фрагментах могут превращать лекарства в яды. Так, пары зеркальных молекул-антиподов, называемых энантиомерами, могут существенно отличаться по своей биохимической активности. Например, своеобразный запах и вкус мяты и тмина зависят от соответствующих энантиомеров карвона (^-карвон получают из тмина и укропного семени, а /-карвон - из мяты). Внедрение нового медицинского средства талидомида в середине прошлого века привело к массовым рождениям детей с фокомелией (уродствами). Состоялся громкий судебный процесс, в результате которого выяснилось, что исследователи допустили ошибку, не учтя «право-» и «левостороннюю» закрутку молекул в пространстве8.
На химию и химические технологии возлагаются надежды в решении глобальных экологических и технологических проблем. Правомерно поставить вопросы о том, что мы знаем и чего не знаем, что можем и чего не можем сделать. В качестве примера укажу на открытые проблемы химии, которые имеют мировоззренческое и методологическое значение.
Известно, что понять себя можно при изучении другого. Открывшиеся возможности изучения планет и спутников Солнечной системы заставили ученых пересмотреть свои представления о химических основах жизни. «Вопрос происхождения земных форм жизни стал частью глобальной проблемы: какие условия необходимы для зарождения жизни и в каких пределах могут варьироваться ее химические основы?»9. Вопрос о природе межатомных и межмолекуляр-
7 См.: Горохов В.Г. Технология и наука // Настоящее издание. С. 7.
8 См.: Хоффман Р. Такой одинаковый и разный мир. М., 2001.
9 Болл Ф. 10 неразгаданных тайн // В мире науки. 2011. № 12. С. 45.
ных связей - основе основ химии - открыт, несмотря на активную работу по синтезу новых материалов и пополнение таблицы Периодической системы элементов в экспериментах на ускорителях.
В рамках квантовой химии удается построить модели для случаев, когда число электронов сравнительно небольшое. С помощью компьютерного моделирования удалось установить, что «два взаимодействующих фуллерена ведут себя подобно гигантским атомам, образуя химические связи путем обобществления электронов - так как это происходит с атомами водорода... Когда число электронов приближается к нескольким десяткам, численные методы становятся бессильными даже при наличии мощнейших компьютеров»10. Имеется проблема теоретического и философского характера. Она касается особенностей организации пространства в сложных химических соединениях. В философском отношении можно поставить вопрос о принципах сопряжения трехмерного макропространства с «локальными» пространствами микромира (В.И. Вернадский).
Практическое назначение химии в современной жизни, расширение междисциплинарных исследований с химической составляющей, проникновение фундаментальной науки в глубинные тайны мироздания - все эти факторы обусловливают воспитание целостного мировоззрения будущих технологов. Освещение многих тем философии химии нуждается в расширенном понимании, опасно сосредотачиваться исключительно на узкопрофессиональных проблемах. Приведу несколько примеров.
Рассмотрение химической эволюции не должно идти без контекста концепции глобального эволюционизма. Стоит уделить внимание относительной самостоятельности и в то же время взаимосвязанности физико-химического, космического, биологического и культурного направлений эволюции. Мировоззренческое значение имеют идея коэволюции и антропный принцип, раскрыть который можно на примерах химического и биохимического содержания.
Эвристически ценно сравнивать «химика-природу» и «хими-ка-человека». Можно напомнить принцип подражания, озвученный в античной натурфилософии: человек-техник должен учиться у природы-техника в созидании вещей и процессов, гармонирующих с природно-космическим целым и глубинной сущностью самого человека.
В практическом отношении это предполагает переориентацию внимания на биохимические технологии, самой природой предназначенные для поддержания полноценной жизни планеты. Встают проблемы соотношения искусственного и естественного в технологической деятельности человека. В медицинской практике начинают постепен- ^
но осознавать смысл «природных технологий». Дело в том, что хи- Ф
___________ #
Я,
10 Там же. С. 45-46. В цитируемой работе можно узнать и о других открытых проблемах химии, имеющих мировоззренческое значение.
Кафедр/^
мик-природа работает интегрированно, скрепляя все структурные уровни. Любые природные химические соединения сгармонизирова-ны в биосе. Издревле человек использовал лекарственные средства природного происхождения (мягкий, физиологичный способ лечения). В XX в. разворачивается индустрия синтетических препаратов -продуктов многостадийного органического синтеза, которые дают быстрый эффект, но при этом вызывают нежелательные побочные следствия (жесткий способ лечения). «В последние десятилетия ведущей тенденцией в области разработки новых лекарственных препаратов стало комбинирование двух подходов. В результате на стыке тонкого органического синтеза и медицинской химии появилось новое научное направление, которое занимается вопросами химической модификации природных органических веществ с целью создания новых биологически активных агентов»11.
Такие курсы, как биэтика, экологическая этика, должны шире внедряться в образование химиков. В воспитании целостного мировоззрения важны естественно-гуманитарные курсы - биоэстетика и эстетика промышленных технологий, которые дают представление о фундаментальных принципах мироздания и творчестве по законам красоты и гармонии12.
Семиотика химии
Специфику химии можно уточнить, обращаясь к принципам и категориям лингвистической эпистемологии. Понять в знаково-символическом ключе означает освоить соответствующий язык. Химия богата языками, выразительные возможности которых соответствуют исследовательской задаче и назначению знаковых средств.
Проблемы семиотики химии включают вопросы построения языков химии (синтаксис), способы представления информации, репрезентации и порождения смыслов (семантика), особенности понимания, коммуникации, интерпретации (прагматика). Современные символы химических элементов были введены в научный обиход в 1813 г. Я. Берцелиусом. Элементы обозначаются начальными буквами их латинских названий. Символика элементов несет информацию: формула вещества указывает не только на его состав, но и на количество и массу. Простые вещества обозначаются формулами, указывающими на количество атомов. Формулу сложного вещества устанавливают на основании результатов его анализа.
11 Березовое лекарство // New Scientist. 2012. № 1-2, С. 72.
12 Ботвинко И.В. Новый учебный курс: «Эстетика биотехнологии» // Эпистемология и философия науки. 2006. № 4.
Методы проведения анализа различаются по своей точности, поэтому задача установления молекулярной массы становится творческой. Результаты анализа во многом определяются инструментальными возможностями, разработанностью методов, сложностью реальности и естественным фоном проведения работы. Решающую роль в окончательном выводе играет сам экспериментатор, описание результатов напрямую зависит от его мастерства и интуиции. Теоретическая семантика уступает место эмпирической прагматике.
Отличительная черта семиозиса в химии (знаковой ситуации) -визуальные способы представления структурной информации. В зависимости от задач исследования (семантика) и коммуникации (прагматика) создаются и используются различные языки. Линейные языки не исключаются, но химикам удобнее передавать информацию именно о трехмерных структурах. В письменных культурах передача информации о трехмерных структурах осуществлялась на двумерной плоскости (листа бумаги, экрана и т.д.). Возникали и решались проблемы, связанные с объемным изображением. Структурная информация всегда имеет графический вид. Это может быть просто рисунок-схема (сокращенная формула), структурная формула с указанием всех атомов, изображение в трехмерном пространстве, шаростержневая молекулярная модель, изображение с помощью полусфер.
В 1920-х гг. оформляются электронные теории химической связи.
Дж. Льюис, автор идеи электронной пары, заменяет в структурных формулах штрих, характеризующий межатомную связь, на двоеточие, характеризующее электронную пару. Точки не прикреплены к отдельным атомным символам, изменяя их местоположение, можно изобразить полярную или ионную связь. Электронные формулы включают аспекты семантики и прагматики ввиду важности эмпирической химической и физико-химической информации. В эпоху виртуальных технологий в физической химии разработаны изобразительные способы представления нефиксированного распределения электронов в молекулах. В новейших компьютерных анимациях добавляются факторы времени и движения, приближающие модели к реальным процессам. В этом смысле можно поставить вопрос о развитии своеобразного эйдетического понимания среди химиков. Эйдетическое мышление предполагает оперирование целостными образами и визуализациями. Творческое воображение создает символические миры мельчайших «живых сущностей» мироздания.
Творчество всегда сопровождается нововведениями в языке. Акт именования в научном поиске сравним с библейской историей, которую обычно приводят, когда хотят сказать о божественном происхождении языка: «Господь Бог образовал из земли всех животных полевых и всех птиц небесных и привел [их] к человеку, чтобы видеть, как ф
он назовет их, и чтобы как наречет человек всякую душу живую, так и Й!
было имя ей» (Книга Бытия. 2:19). В разных редакциях этот перевод ^
Кафедр/^
выглядит по-разному. Как отмечает специалист по семиотике и знаток иврита А. Соломоник, в переводах допускается неточность, поскольку текст на иврите подразумевает, что когда Адам называл живые существа и давал им имена, он тем самым вкладывал в них душу, другими словами, давал жизнь новому существу13. Дать имя обнаруженному явлению, новой идее или направлению значит вдохнуть в нее жизнь. В истории открытий химических элементов имена давались по разным основаниям. В глубокой древности часто по внешнему виду: серебро - «белый, блестящий», золото - «желтый, золотистый», железо -«кровавый» (оксиды железа на поверхности земли может наблюдать каждый), хлор от греч. «хлорос» - желто-зеленый, йод от греч. «йодес» -цвет фиалки. Бром назван по запаху от греч. «бромос» - зловоние. Широко распространены практические основания для акта именования. Название графита происходит от итальянского «граффито» - пишу, рисую. В античности для письма использовали свинцовые или серебряные палочки. По-гречески свинец означает пригодный для письма.
Интересна история именования водорода, она свидетельствует, что не сразу формировалось и понятие об элементе (содержание, раскрывающее сущность объекта), и само имя. Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI-XVII вв. Английский химик Генри Кавендиш в 1766 г. назвал этот газ горючим воздухом, поскольку при сжигании он давал воду (внешний признак). Француз Антуан Лавуазье совместно с инженером Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем ее анализ, разложив водяной пар раскаленным железом. Таким образом он и установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из нее получен. Лавуазье дал новое имя, отражающее существенное свойство. Греческое «hydrogen» и русское «водород» означают «рождающий воду». В XX в. наблюдается сильный крен в сторону субъектного, социокультурного аспекта познания. Появляются названия элементов, увековечивающие ореол человека - «в честь заслуженных ученых и деятелей культуры» - эйнштейний, менделевий, нобелий, резерфордий, коперниций, кюрий и т.д., «в честь места открытия», «в честь родины», «в честь континента» - берклий, дубний, дармштадтий, калифорний, франций, европий, америций и т.д. Полученные искусственным путем последние элементы имеют пока временные названия, указывающие на порядковым номер в периодической таблице, например унунквадий - 114, унунсептий - 117.
Дать имя (акт именования) и определить понятие (акт означивания, акт смыслопорождения) - разные семиотические операции. Удачное имя или формулировка понятия способствует рационализации мышления в аспекте экономии мыслительных сил, кристаллизации мысли в ясных и отчетливых формах. Обе операции требуют ин-
13 См.: Соломоник А. Семиотика и лингвистика. М., 1995. С. 5-6.
теллектуальных усилий и хорошего воображения. Современные названия кислот - серная, фосфорная и угольная - были предложены французскими химиками. В 1792 г. Лавуазье в своем докладе Парижской академии наук от имени своих коллег указал на терминообразующий признак новой номенклатуры: «Для названий различных кислот мы всегда брали производное от обозначений исходного элемента. Так, кислоту, полученную из серы, мы назвали серной вместо купоросной; кислоту, полученную из фосфора, мы назвали фосфорной, из угля - угольной вместо воздушной»14. Новая номенклатура не сразу вошла в научный обиход. Препятствовать могут и национальные языковые барьеры. Так, в России номенклатура кислот получила широкое распространение лишь столетие спустя. Еще в 1870-1875 гг. в Петербургской академии наук обсуждался вариант названия для серной кислоты - «водород серович четырехкислов»15.
Можно поставить вопрос о языках химии как показателях когнитивного стиля. Под когнитивным стилем понимают совокупности черт, характеризующих особенности восприятия, памяти, понимания, мышления и проч. В этом аспекте понятие «языки химии» раскрывается через множество языков. Языки чувств отражают непосредственно чувственный компонент познания, что присутствует и в названиях. Так, кислотой называют вещество, обладающее кислым вкусом (лат. а^ёш), «гремучим серебром» называли в прошлом вещества, которые при определенных условиях - трении, ударе, повышенной влажности - взрывались. Чувственный, рациональный и тех-нологически-практический компоненты вошли в определение бензола: «Бензол - бесцветная жидкость с характерным сладковатым ароматом, легко горючая, токсичная; органическое соединение, отвечающее формуле С6Н6; широко применяется в промышленности, является исходным сырьем для производства лекарств, резины, красителей и проч.». Изучаются физические и химические свойства бензола, характер биологического воздействия. Столь многоаспектная характеристика бензола отражает специфику химического познания, неразрывно связанного с жизнедеятельностью человека на конкретной планете и в конкретных социокультурных условиях. Вещества, свойства которых определяются конкретно-природными условиями (естественные виды) или конкретно-технологическими задачами (искусственно-естественные виды), - предмет познания и конструктивной деятельности химика и химика-технолога.
Научные понятия отражают объекты и процессы действительного мира, абстрагируясь от излишней информации. Объекты научного познания называют идеализациями или мысленными конструктами. Хи- ц
«
14 Степин Б.Д., Аликбекова Д.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М., 1994. С. 136.
15 Там же. С. 137.
Кафедр/^
мический элемент, простое вещество, сложное вещество, химическое соединение, кислота, щелочь, металл и проч. - это идеализации химии. С расширением теоретических, математических, технических и практических возможностей познания углубляется понимание природы вещества, химических взаимодействий и особенностей самоорганизации материи. Химическая номенклатура и ее идеализации обретают новые смыслы. Показательно исследование воды как естественного вида.
Как известно, Лавуазье установил двухэлементный состав воды, который после уточнения дал формулу Н20 (так называемая легкая вода). В настоящее время по изотопному составу насчитывают 18 разновидностей молекул воды, из них по изотопам водорода выделяют тяжелую воду (020) и сверхтяжелую воду (Т20), по стабильным изотопам кислорода - тяжелокислородную воду с изотопами 017 и 018 вместо 016. Почему при нормальных атмосферных условиях водородные соединения образуют газ, тогда как вода сохраняет жидкое агрегатное состояние? С физической точки зрения это объясняется особой атомно-молекулярной структурой воды и характером межатомных связей. Атомы водорода присоединены к атому кислорода строго под углом 104,45о (структурная организация пространства на атомном уровне). Молекула воды является активным диполем, где кислородная сторона отрицательна, а водородная положительна. В результате молекулы воды притягиваются своими противоположными полюсами, образуя полярные связи, на разрыв которых требуется много энергии. Имеются и другие, альтернативные модели объяснения. Несмотря на достигнутое, вода полна тайн. Микроструктура воды еще полностью не раскрыта. Как известно, гидросфера занимает 71 % общей поверхности Земли. Жизнь без воды немыслима. Воде принадлежит важнейшая геологическая роль в становлении планеты, без нее невозможно существование живых организмов, она составляет основу большинства технологических процессов. Человечество накопило богатейший опыт жизни в водной стихии, который закреплялся в традиционном знании. Концепт «вода» дополняется культурными смыслами, которые во многих позициях пока не нашли научного объяснения. Так, издревле различали свойства дождевой воды, талой воды, мягкой воды, жесткой воды, родниковой воды, святой воды, живой и мертвой воды и проч.
Научное, донаучное, вненаучное: трудные вопросы
Возможен ли диалог между наукой и традицией? Я считаю, что диалог науки и традиционного знания вполне возможен в рамках философии химии и смежных дисциплин. Продолжая тему о воде, отмечу, что в народных обрядах, сельскохозяйственных календарях, ми-
фопоэтических образах зафиксировались представления о жизненных циклах, главным образом связанных с периодическими процессами, обусловленными характером вращения Солнца, Земли и Луны. Проблема природно-космических ритмов и циклов - реальная точка соприкосновения науки и традиции.
В сокровенной литературе распространены сюжеты, в образной форме раскрывающие представления о жизненных циклах. Кардинальными точками солнечного года считались весеннее и осеннее равноденствие, летнее и зимнее солнцестояние (солнцеворот). В качественном отношении годовой жизненный цикл и для природы, и для человека мыслился одинаково: весна - отрочество, лето - молодость, осень - зрелость, зима - старость. В солнечном годе «днем рождения» Земли можно считать день весеннего равноденствия. Именно весной пробуждается природа, да и сам человек. В культурных традициях начало фаз в годовой четверице отмечали сокровенными праздниками. В христианстве с зимним солнцеворотом совпадает рождество Христово («рождение Солнца в северном полушарии»), а к весеннему равноденствию приурочивается пасхалистика.
Пик зимы на Руси с древнейших времен приходился на январские святки. Именно период с 17 по 19 января отмечен самыми сильными морозами. Крещенскую воду называют агисма, что в переводе означает «святая». О целебных свойствах крещенской воды знали издревле, к этому времени приурочивали народные обрядовые гуляния и заготовки воды в целительских, охранительных и плодородных целях. В христианстве с этими январскими днями связан праздник Богоявления. Научный анализ показывает, что вода на всей планете становится биологически активной, она буквально «намагничивается»: растет число ион-радикалов, превышенный водородный показатель (уровень pH) обеспечивает мягкость воды. В это время на Земле всегда господствует антициклон и электроны, «повинуясь какому-то космическому воздействию, смирно “сидят” в литосфере и воде и насыщают нас целебными силами»16. Намагничивание воды до конца не изучено, распространена гипотеза о перестройке магнитных полей в системе Солнце-Земля. Зеркальным событием пика зимы является пик лета в летнее солнцестояние, который на Руси отмечался как праздник Ивана Купала (летние святки), опять-таки с обрядами поклонения стихии воды (и огня).
Ученым еще предстоит изучить купальское событие.
Философские основания науки и традиции. Структура научного исследования включает эмпирический, теоретический и метатеорети-ческий уровни. Метатеоретический уровень раскрывается через идеалы и нормы науки, научную картину мира, философские основания &
науки. Правомерно поставить вопрос о философских основаниях ф
практик, в том числе и традиционных. Если мы обратим внимание на ф
Я,
16 Ьйр//сЬазЬа-регт.ги?р=1873
Кафедр/^
принципы мироустройства, которые отражались в традиционном знании и практиках, то окажется, что иногда наука «вспоминает», что знали в традиции. Так, идеи резонанса в химии были осознаны сравнительно недавно. Известна идеологическая кампания в период позднего сталинизма против химической теории резонанса17. Что касается традиции, то без понимания феномена резонанса (а также когерентных состояний) древнейшее искусство импровизации было бы невозможным, равно как боевые искусства, сельскохозяйственная деятельность, ремесла. Напомню, что еще в Средневековье мастером называли того, кто мог общаться с «душой материала». Другими словами, мастерство требовало не только знаний, но и искусства контакта с природой. На принципах природно-культурного резонанса выстраивались прогностические практики18.
Факторы когнитивной эволюции. При сравнении современного научного знания с древним знанием часто упускают из виду разницу в особенностях когнитивного опыта и практик. В связи с этим стоит обратить внимание на выводы исследований в области эволюционной эпистемологии, исторической психологии, антропологии и т.д. Имеющие прямое отношение к истории химии технологические практики, медицинские практики в определенном отношении носили чувственно-непосредственный характер. Например, в древней медицине кроме познаний большую роль играли личные качества врача, способность проникновенного понимания состояний другого человека. Широкое распространение получила диагностика по пульсу.
Классический китайский медицинский трактат «Наньцзин» («Трудные вопросы») содержит обстоятельное изложение учения о всевозможных изменениях пульса в соответствии с сезонами года и состояниями больного19. Особое место в китайской философии медицины занимает учение о взаимопревращении пяти первоэлементов у син (дерево, огонь, земля, металл, вода) и двух космоустроительных силах инь и ян (принцип полярности). Первоэлементы понимаются как абстрактные символы, позволяющие описать всевозможные энергетические взаимопереходы в организме, причем уровень реальности идентифицировался с энергетическими каналами в «эфирной матрице» тела. Если современная наука нашла способы подтвердить традиционное учение о биоактивных точках, то уровень энергетических каналов - пока вне поля ее зрения. Наиболее раннее упоминание о первоэлементах встречается в книге «Речи Царств» («Го Юй» VIII в. до н.э.).
В философской литературе античные учения о первоэлементах, как правило, обсуждаются без существовавшей в те времена практи-
17 См.: ПеченкинА.А. Метафизика и идеология в истории естествознания. М., 1994.
18 См.: Герасимова И.А. Сокровенные знания Руси: когнитивные и методологические основы // Ориентиры. М., 2013.
19 См.: Дубровин Д.А. Трудные вопросы китайской классической медицины. Л., 1991.
ки. Между тем учение пифагорейцев о стихиях, а затем и систематизации Аристотеля отражали практики, в том числе и медицинские. Акупунктура была известна еще египтянам. В Средние века учения о полярностях и стихиях переходят в алхимию, но в дальнейшем они рационализируются, и главное - теряются ключи к пониманию символов. Становление предмета химии проходило в борьбе с «устаревшим» алхимическим языком. Взгляд на стихии дожил до времени Лавуазье, который, как считается, нанес окончательное поражение этому древнему учению. К тому времени, например, воду понимали как элементарное вещество, по существу «выхолостив» первоначальный смысл. Если принять во внимание «древнюю логику», то нельзя не отметить, что стихии - более глубинный уровень реальности, чем химические элементы и их соединения. В этом смысле земная вода (морская или пресная) - лишь проявление первоэлемента «вода» на чувственно-предметном уровне реальности. Роковой ошибкой становящегося рационального способа исследования было приписывание первоэлементам онтологического статуса. В медицинских и астрологических практиках, боевых искусствах стихии понимались как символы, играющие инструментальную роль в пробуждении архетипов и достижении созерцательных состояний сознания.
Являются ли алхимия и ятрохимия предшественницами химии20? Любое химико-технологическое знание составляет часть истории химии. Введенная Парацельсом ятрохимия стала предшественницей химиотерапии и фармакологии. Алхимия в существенных чертах - и по языку и по предмету - отличается от химии. Однако на заре химии алхимия выполняла философскую роль навигатора в вопросах мироздания, этики, эстетики и образования (И.В. Ботвинко). Поставим вопрос по-другому: что может сказать современная наука о задачах, которые ставили алхимики? Идея философского камня вполне созвучна возможностям ядерной физики, эксперименты по синтезу новых химических элементов на ускорителях не вызывают сомнений. Задача нахождения эликсира жизни ныне ставится перед биотехнологиями, а нахождение универсального растворителя -сфера химических технологий. Вопрос о соотношении древнего и современного типов знаний требует дальнейшего изучения.
Творческие работы
Философское эссе - хороший способ обучения гуманитарному мышлению. Требуется время для сосредоточения, обдумывания и написания работы. Эссе пишется в свободной форме и позволяет дать
«Ятрос» - врач. Ятроматематика (вычислительная астрология) и ятрохимия изучались в средневековых университетах.
4
Ф
■В-
п
И
Кафедр/^
волю воображению. Наряду с научными вопросами можно подумать и о личном. Среди магистрантов вызвал интерес вопрос о роли профессиональной деятельности в личной жизни. В самом деле, образование и работа занимают очень много времени, труд и общение сказываются на характере, развивают способности. Как мы видим себя в профессиональной жизни? Почему нас притягивает профессиональная среда, увлеченные преподаватели? Как мы относимся к природным сущностям (изучению которых посвящаем почти все свое время), с которыми можем общаться в ходе эксперимента?
Последний вопрос может стать предметом особого разговора. Я его поставила в следующей форме: «Микробиологи уверены в том, что существует коммуникация между исследователем и микроорганизмами. Эмоции, настроение, состояния и даже сила мысли человека могут оказывать влияние на бактерии. Существует ли коммуникация между химиками-исследователями и теми соединениями, которые он изучает (синтезирует)? Как природа открывает свои тайны?» Я получила немало разумных ответов, согласно которым действительно имеется коммуникация между разумным человеком и молекулами. Отмечалось, что огромную роль играет воображение, любовь к делу и даже сочувствие мельчайшим. Появляется интерес к делу, когда воображение рисует картины внутренней жизни молекул и их соединений. Одно из жизненных наблюдений: «В бытность моей работы в одном из институтов РАН я замечала, что эксперимент никогда не проходит “гладко”, если осуществляешь его в плохом настроении (не говоря уже о работе при отсутствии желания). И даже если вещества не “валятся” из рук, то результаты работы все-таки не радуют... Химики, работающие с опасными и токсичными реагентами, - люди, как правило, немного замкнутые и раздражительные. Может быть, действительно существует взаимное влияние человека и соединений, с которыми он работает?».
Вопрос об индивидуальности химических соединений можно поставить в широком контексте: «Каждый человек индивидуален и по набору биологических признаков, и как личность. Известно, что домашние животные проявляют индивидуальные черты характера. Можно ли утверждать, что каждый атом (молекула или соединение) индивидуальны. Если да, то почему?».
Жизнь может иметь разные формы. Химические комбинации, похоже, неисчерпаемы. Попробуем представить себе иную жизнь, например кремниеву. Следующий вопрос оказался не таким простым. «Известно, что органическая химия основана на “цепочке” атома углерода. В этом смысле углерод можно назвать системообразующим элементом. Можно ли построить органическую химию, если взять за основу атом кремния? Другими словами, считать кремний системообразующим элементом. Как вы себе представляете кремниевую реальность? Можно ли описать по аналогии “кремниевую нефть”,
“кремниевый спирт”»? Лучший ответ дал преподаватель - доцент кафедры физической и коллоидной химии, кандидат биологических наук И.В. Ботвинко, которой автор выражает благодарность за творческую поддержку в работе над статьей.
И.В. БОТВИНКО
Кремний
Элемент № 14 кремний («силициум») входит в одну группу элементов с углеродом. По распространенности в земной коре он занимает второе место после кислорода. Кремний - основа земной коры, так же как углерод - основа жизни. Главное соединение - кремнезем. Из него состоят песок, кварц, горный хрусталь, халцедон, яшма, опал, агат, топаз и аметист. Природные силикаты построены из молекул-тетраэдров кремния с кислородом, которые соединяются в цепочки, сети и каркасы. Они также содержат различные металлы. Так, силикаты с магнием - это асбест; с натрием, калием и алюминием -слюда; с бериллием и алюминием - драгоценный изумруд; с кальцием и хромом - гранат. В природе распространены и алюмосиликаты, уже сейчас применяемые для экологических целей, например в составе биопрепаратов для очищения природы от нефтезагрязнений.
Вам знаком клей «жидкое стекло». Он содержит растворимые соли кремниевой кислоты и натрия с калием. В состав обычного оконного стекла вместо калия включен кальций, придающий ему твердость. А добавление свинца дает красивый хрусталь. При управляемой кристаллизации стекла получается вещество с мелкими кристаллами и повышенной прочностью - «ситаллы».
И кремний, и углерод применяют для производства сортов чугуна. Однако атом кремния больше атома углерода и связи его с кислородом прочнее, что является основой силикона - сырья для производства синтетических кау-чуков, масел и смазок. Известно, что классический каучук, масла и смазки имеют углеводородную основу. Фторосиликаты натрия и калия применяются как инсектициды.
Интересно, что кристаллы кремния имеют строение как у алмаза - кристаллического углерода. Бывает аморфный кремний, как и аморфный углерод - известная всем сажа. Из водных растворов кремниевой кислоты получают особые гели, похожие на цитоплазму живых клеток. Основой живой цитоплазмы являются молекулы-тетраэдры углерода с водородом и кислородом, напоминающие молекулы силикатов. А может быть, где-то в звездных мирах существует другая жизнь - на основе кремния, а не углерода, как на Земле, подобная нашей, но все же особенная? Попробуйте пофантазировать и представить себе такого инопланетянина-«силицийца». Наверное, его скелет и череп состоят из особо прочных ситаллов, клеточная цитоплазма - из кремнекислого геля, основу тканей и кожи составляют силикатные каркасы и сети, а ^
сосудов и суставов - силиконовые полимеры. Возможно, они способны ле- Ф
тать или просто стремительно перемещаться в пространстве благодаря особому свойству кристаллов кремния. Это свойство - полупроводимость, т.е. способность проводить электрический ток при повышении температуры (на-
га
Кафедр/^
пример, от солнечных лучей). Попробуйте нарисовать «силицийку», отразив красоту ее изумрудных глаз, гранатовых губ и опаловых зубов, и в этом совсем не будет привычной метафоры.
Удивительно, но, похоже, все это фантазия только наполовину. Уже сейчас ученые предполагают, что на Земле есть две формы жизни - белковая и кремниевая, обнаруживаемая у камней. Существует гипотеза, что кристаллическая решетка минералов в состоянии накопить информацию и оперировать ею. По-видимому, две формы жизни влияют друг на друга. Издревле камни применяются для профилактики и лечения самых разных болезней.
Интересна и другая научная идея. Дж. Бернал более 30 лет тому назад предложил гипотезу о том, что глинистые минералы (в основе своей часто имеющие кремний) могут быть предшественниками генов. После этого были выдвинуты гипотезы о подобной роли и других минералов (апатита карбонатов, пиритов, керита), а также льда. Минералы могут иметь ритмически чередующиеся кристаллические слои, к которым алгоритмически подстраиваются малые органические молекулы. Таким образом, на минеральной матрице может собираться биологическая матрица с генетической информацией.
Литература
Чудецкий М.Ю., Крупская В.В. Подобие между глинистыми минералами и нуклеиновыми кислотами // Биокосные взаимодействия: жизнь и камень ; мат. Межд. симп. СПб., 2004.
Ниже приводятся темы рефератов по истории и философии химии. История науки
1. Исторические типы рациональности и эволюция химических знаний.
2. Традиции и революции в химии.
3. Древние цивилизации: ремесла, технологии и химические знания.
4. Античная натурфилософия: представления о природе, веществе и техническом творчестве.
5. Алхимия как феномен культуры и предтеча химии.
6. Средневековая ятрохимия и ее роль в становлении химии.
7. Становление классического естествознания. «Новая химия» Р. Бойля.
8. Аптекарский приказ в России XVII - начала XVIII в. Химические знания и технологии.
9. Дискуссии о природе горения в XVIII в. Становление языка химии как науки. А.Л. Лавуазье.
10. Творчество и вклад М.В. Ломоносова в развитие химии как науки.
11. Период количественных законов в химии: конец XVIII - середина XIX в.
12. Эволюция атомно-молекулярных представлений.
13. Формирование дисциплинарно-организованной науки в России в XVIII-XIX вв. Физические и химические общества и их уставы.
14. Отечественные химики о науке, ее истории, методах познания и преподавании (А.М. Бутлеров, Д.И. Менделеев, Н.А. Меншуткин, Н.А. Морозов и др.).
15. История открытия Периодического закона. Д.И. Менделеев.
16. Становление нефтехимии. В.В. Марковников.
17. Дискуссии о веществе, поле и энергии на рубеже XIX-XX вв. Становление квантовомеханических представлений.
18. Мировоззренческая и методологическая роль квантовой химии. Проблема взаимоотношения теории и технологической практики.
19. Концептуальные системы химии и их эволюция.
20. Дискуссии о природе автоколебаний. Роль реакции Белоусова-Жабо-тинского в современной науке.
21. Дискуссии о теории резонанса в отечественной науке середины XX в.
Методология науки
22. Химия как феномен культуры. Мировоззренческая роль и практическое значение химии.
23. Дискуссии о предмете химии.
24. Физика и химия: проблема редукции.
25. Физикализация химии: философско-методологические проблемы.
26. Проблема идеализации в химии.
27. Естественные виды и особенности классификации в химии.
28. Символические миры и языки химии.
29. Синтез молекул: наука или искусство?
30. Чувственное и рациональное в работе химика.
31. Химическая теория: строение и функции.
32. Взаимоотношение теории и эксперимента в химии.
33. Особенности инструментальной работы в химии. Анализ и интерпретация.
34. Информационный подход в современной химии.
Научная картина мира
35. Философское и естественно-научное понимание материи.
36. Материя и сознание.
37. Системная организация материи. Структурно-динамические свойства вещества.
38. Проблема пространства-времени в химии.
39. В.И. Вернадский о природе времени и пространства.
40. Симметрия и асимметрия.
41. Принцип сохранения.
42. Концепция глобального эволюционизма. Коэволюция.
43. Физико-химическая эволюция.
44. Детерминизм и индетерминизм.
45. Понятие самоорганизации. Синергетический подход в химии.
46. Дискуссии о геометрии природы. Фрактальная геометрия.
Философско-методологические и социальные проблемы химии и химических технологий
47. Технологии и наука.
48. Технологии и общество.
49. Технонаука и социальные последствия техники.
50. Проблемы гармонизации техносферы и биосферы.
51. Эволюция представлений о природе. Идея нового диалога с природой.
52. Химик-природа и химик-человек.
53. Принцип красоты в науке. ^
54. Биоэстетика и эстетика промышленных технологий. ф
55. Социальная экология и ее принципы.
56. Экологическая этика. „5-
57. Экологический дизайн.
Кафедр/^
58. Нанотехнологии: мировоззренческие, методологические и социальные проблемы.
59. Конвергентные технологии. Проблема сближения гуманитарных наук и технологий.
60. Актуальные проблемы химии, имеющие мировоззренческое значение. Природа межатомных и межмолекулярных связей, природа катализа и проч.
61. Химия живого: гипотезы и перспективы.
62. Биохимические технологии: проблемы и перспективы.
63. Биология и химия: проблема редукции.
64. Естественно-научные аспекты исследования мозга и сознания.
65. Биохимические маркеры состояний организма и психики. Психология и химия: проблема редукции.
66. Медицина и химия: естественное и искусственное.
67. Концепции космического происхождения вещества. Астрохимия.
Учебные пособия
1. Никифоров А.Л. Философия и история науки. М., 2008.
2. Современные философские проблемы естественных, технических и социаль-
но-гуманитарных наук ; под ред. В.В. Миронова. М., 2006.
3. Степин B.C. Философия науки. Общие проблемы. М., 2006.
Литература
4. Азимов А. Краткая история химии. М., 1983.
5. Баранец Н.Г., Веревкин В.Б. Методологическое сознание российских ученых в XIX - начале XX века. Ульяновск, 2011.
6. Ботвинко И.В. Новый учебный курс «Эстетика биотехнологии» // Эпистемология и философия науки. 2006. № 4.
7. Гарднер М. Этот правый, левый мир. М., 2007.
8. Герасимова И.А. Принцип красоты в науке // Эпистемология и философия науки. 2011. №4.
9. Изотов А.Д., Маврикиди Ф.И. Фракталы: делимость вещества как степень свободы в материаловедении. Самара, 2011.
10. Кедров Б.М.День великого открытия. М., 2001.
11. Печенкин А.А. Взаимодействие физики и химии. Философско-методологические проблемы. М., 1986.
12. Степин B.C. История и философия науки. М., 2011.
13. Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии. Философские и естественно-научные аспекты. М., 2006.
14. Хоффман Р. Такой одинаковый и разный мир. М., 2001.
15. 2011 - Международный год химии: Болл Ф. Десять неразгаданных тайн; Блум Д. Запах мыслей; Кокурина Е. Гены не подкачали // В мире науки. 2011. № 12.
