Диалектика и вопросы естествознания

Необходимость налаживать и крепить союз философии и естество­знания предполагает яс­ное представление о том, чем они могут и должны обогащать друг друга.

Вдумываясь в этот вопрос, неизбежно приходишь к выводу, что самым ценным завоеванием, которым может и должна поделиться с естествозна­нием философия, является прежде всего марксистский диалектический метод мышления. С этой точки зрения философия и выступает прежде всего как Логика с большой буквы, как теория познания, соответствую­щая современному уровню развития и запросов естественных и социаль­но-исторических наук XX в.

Именно в этом Ленин видел главный принцип диалектического мате­риализма. В наиболее категоричной форме он, в согласии с Энгельсом, выразил это свое понимание в следующих словах: «Диалектический мате­риализм «не нуждается ни в какой философии, стоящей над прочими науками». От прежней философии остается «учение о мышлении и его законах — формальная логика и диалектика». А диалектика, в понимании Маркса и согласно также Гегелю, включает в себя то, что ныне зовут теорией познания, гносеологией…».

Очевидно, только при таком понимании философии можно всерьез го­ворить о союзе, добровольном и плодотворном сотрудничестве философии и естествознания в познании и преобразовании мира. И, пожалуй, все те отрицательные тенденции, которые так или иначе омрачали взаимоотно­шения философов и естествоиспытателей, вполне объясняются отходом от ленинского понимания философии, ее предмета и тем самым ее роли в развитии научного миропонимания.

Свою активную роль в развитии научного мировоззрения философия может играть только в том случае, если она сама будет выступать в ряду других наук как их полноправная сотрудница, то есть как особая наука со своим четко очерченным предметом исследования, подлежащим такому же тщательному и конкретному изучению, как и предмет любой другой науки.

Совершенно ясно, что этим предметом не может быть «мир в целом», как утверждают нередко некоторые философы, ибо мир в целом познает­ся всей системой естественных и общественных наук. Такое представле­ние делает философию практически беспредметной.

Представление о философии как об особой науке про «мир в целом» было понятно и оправдано в те времена, когда находившиеся еще во младенчестве естественные и общественные науки не только не давали, но даже и не пытались давать продуманное и конкретное понимание мира и человека. Философия в этих условиях вынуждена была своими средствами компенсировать недостаточную развитость конкретных наук, строить особое понимание ми­ра, стоящее рядом с конкретно-научными знаниями и даже над ними. Однако это время давно прошло.Некоторые философы выражают иногда опасение: как- де можно рассматривать марксистскую филосо­фию как Логику, теорию познания? А не поведет ли это к утрате мировоззренческого значения марксистской философии, к умалению ее роли и даже к «отрыву фи­лософии от естествознания»?Если Логику понимать действительно материалистически, то этого не надо бояться. Совсем наоборот: ведь все наши науки, вся наша культура развиваются с помощью мышления, основанного на человеческой практике, и потому наука о мышлении играет свою первостепенную роль в развитии научного миропонимания.

Категории материалистической диалектики содержа­тельны, они отражают объективный мир, его противоре­чия и взаимосвязи. Это не застывшие, а исторически развивающиеся и обогащающиеся понятия. Поэтому при­менение категориальной системы диалектики, диалектики как метода познания к различным областям науки спо­собствует движению и развитию мысли в этих науках и благодаря этому ведет к практическому изменению действительности.

Революционная классовая борьба пролетариата стала осмысленной и целенаправленной только после того, как Карл Маркс, применив метод диалектического материа­лизма к экономическим наукам, заложил основы научно­го коммунизма. С тех пор возникла научно обоснованная идеология революционного движения.

Большинство наших философов стояло на правильных позициях, но у отдельных философов, да и не только у фи­лософов, имело место отрицание, и притом довольно актив­ное, принципа относительности, кибернетики, представле­ний о резонансе в химии, были и активные попытки фило­софски обосновать неправильную общебиологическую тео­рию Лысенко, Презента и других, стремившихся к дикта­ту в науке. Думаю, что это было связано с непонима­нием ими не только естествознания, но и самой сути марксистской диалектики.

Представление о «мире в целом» как задаче филосо­фии подталкивало отдельных философов к сочинению абстрактно-универсальных схем, к созданию подновлен­ной «натурфилософии». А это занятие, как указывалось еще Энгельсом, совершенно бесполезное, а в известных обстоятельствах даже вредное, так как подчас приводит к попыткам навязывать естествознанию надуманные пути развития и выводы.

Только в союзе с диалектикой, понимаемой как логика и теория познания современного ма­териализма, — естествоиспытатели могут освободиться навсегда как от поверхностно-позитивистского понимания результатов своей собственной работы, так и от мертве­чины «натурфилософии» и ее диктата.

За последние годы партия провела большую оздоро­вительную работу. Успешно преодолевается практика так называемых волевых решений в области экономики, эко­номической политики. В этой области проводятся серьезные научные исследования, широкие, опирающиеся на эти исследования эксперименты; возрождена практика изучения конкретных социальных проблем; попытки пред­писывать естествознанию и даже самой природе, куда и как они должны развиваться, прекратились. Возни­кают совместные работы ученых — естественников и фи­лософов.

Естественники нередко рассуждают так: наша-де за­дача — наблюдать и описывать эмпирические факты и ус­танавливать зависимости между ними, формулируя их на языке математики. Важно построить формально не­противоречивую систему уравнений, а та или иная миро­воззренческая интерпретация ее — это, мол, дело праздное. Пусть, дескать, этим занимаются философы, любители «псевдопроблем». Позитивистские настроения такого ро­да — иногда следствие философской наивности, неверия в силу диалектического мышления, в способность челове­ка познать внешний мир.

Но за такую позицию самому естествознанию прихо­дится платить очень дорогой ценой. Позитивистская ориентация Маха и Оствальда уже на рубеже XIX—XX вв. начала прямо мешать тому плодотворному направлению в науке, которое стремилось понять глубинные причины явлений, их внутреннюю сущность, их общую основу, связанную в первую очередь со строением и свойствами атома. Известно, что сделанное еще в XIX в. Больцма­ном великое открытие, относящееся к пониманию приро­ды энтропии и ее связи с вероятностью, вызвало рез­ко отрицательную реакцию позитивистски настроенных умов.

Логика с большой буквы (как уже отмечалось, это— ленинское определение логики, диалектики и теории по­знания в их единстве) учитывает законные права фор­мальной логики. Но диалектика как логика и теория познания выявляет подлинную роль формальной логики в развитии научного познания. Наиболее отчетливо роль формальной логики в движении познания выступает в математике и особенно в процессе применения ее к об­работке материалов других наук. Вот почему вопрос о соотношении логики и математики привлекает внимание как математиков, так и философов-логиков.

Довольно широкое распространение имеет взгляд, буд­то математика вообще тождественна формальной логике: и математика, и логика понимаются тут как чисто фор­мальный аппарат мышления, как «язык науки» (ее «сло­варь» и «синтаксис»). Последовательнее всего этот взгляд выражен Б. Расселом: «Логика есть юность ма­тематики, математика есть зрелость логики». По отно­шению к математике в целом как особой науке в ее развитии такое понимание неверно. Но об этом ниже.

Однако в применении готового математического аппа­рата к обработке материалов других наук математика является именно формально-логическим аппаратом. Аппа­рат математической логики — и именно в силу его чисто формального характера — послужил теоретической осно­вой для создания современной счетно-вычислительной техники. Ведь в принципе машине можно передать все без исключения автоматизированные, строго формализо­ванные операции человеческого ума и тем самым раз­грузить мозг от массы работы, требующей скорее вре­мени, чем ума и творческих способностей. Таким обра­зом, применение формальной логики приводит к колос­сальным положительным последствиям. Но уже теперь можно сказать, что машины окажутся беспомощными во всех тех случаях, когда появятся противоречия, неразре­шимые с помощью чисто формальных средств.

Несмотря на все значение формальной логики, она, однако, отнюдь не составляет главную часть Логики с большой буквы. Вот что пишут по этому поводу фран­цузские математики: «Способ рассуждения, заключающий­ся в построении цепочки силлогизмов, является только трансформирующим механизмом, который можно приме­нять независимо от того, каковы посылки… Другими словами, это лишь внешняя форма… так сказать, язык, присущий математике, но не более того. Упорядочить словарь этого языка и уточнить его синтаксис — это значит сделать очень полезное дело… Но — и мы наста­иваем на этом — это только одна сторона и притом наи­менее интересная»1И. Бурбаки. «Очерки по истории математики». .

Определенная роль формальной логики в развитии наук определяется ее «равнодушием» как к исходным пред­посылкам, так и к составу «идей», подвергающихся до­казательному изложению (т. е. вообще к «содержатель­ной» стороне дела, к «внеязыковым факторам»), что и позволяет использовать ее для самых разнообразных, в том числе и для антинаучных, по существу ретроград­ных целей. Известно, например, что схоластически ин­терпретированная логика Аристотеля служила в качестве формального аппарата мышления теологам и использова­лась ими в антинаучных целях (особенно в средние века). Достаточно вспомнить борьбу схоластов против идей Бруно и Галилея.

Эти предпосылки и отражающие их понятия в есте­ственных и общественных науках рождаются в резуль­тате осмысливания эксперимента, опыта реальной чело­веческой деятельности, практики преобразования мира. И даже в математике в некоторых случаях это совер­шенно очевидно.

Знаменитые «Начала» Евклида, заложившие фунда­мент геометрии, опираются на предпосылки (аксиомы, постулаты) явно неформального характера. Евклидовы аксиомы уходят своими корнями в почву реальности: основываются на практике землемерия, архитектуры, до­рожного строительства, кораблестроения, военной техни­ки и тому подобных отраслей античной материальной культуры. В других случаях проследить «земные» корни теоретических предпосылок и понятий математики не так легко, и поэтому неопозитивисты не случайно апеллируют к современной математике, стараясь доказать, что наше знание не имеет вообще никакого отношения к объектив­ной реальности и представляет чистую конструкцию ума. Было бы очень важно, если бы наши марксисты-фило­софы в тесном контакте с математиками занялись раз­работкой этой серьезной гносеологической и мировоз­зренческой проблемы.

Естественные науки изучают свойства материи и не­посредственно своей задачей ставят познание человеком материального мира. Для этого необходимо было совер­шенствовать активный, целенаправленный и четко воспро­изводимый контакт между мышлением человека и окру­жающими его предметами. Только такой контакт и мог обеспечить становление основных постулатов и понятий теоретической механики, физики, химии и определить в целом дальнейшее развитие естествознания. Сознатель­ный целенаправленный контакт мышления с внешним миром — в виде эксперимента — развивался в определяющее орудие научного познания в конце эпохи Возрождения.

Эксперимент существенно отличался от созерцания и наблюдения за природой, которыми в большинстве слу­чаев ограничивались древнегреческие мыслители. Экспе­римент всегда производится целенаправленно, с тем что­бы вырвать у природы ответ на строго теоретически сформулированный вопрос. (Правда, результат иногда по­лучается совершенно неожиданный, и вместо ответа на поставленный ей вопрос природа задает ученому очеред­ную загадку.) Это означает, что революционизирующая роль эксперимента могла быть осуществлена только при условии его неразрывной связи с развитием теоретиче­ского мышления. Именно соединение теоретической куль­туры мышления с культурой естественно-научного экспе­римента ознаменовало зарождение естественных наук в современном смысле слова. В основу научного понима­ния стали систематически закладываться эксперименталь­но проверенные предпосылки. И дальнейшее развитие на­уки начинает совершаться как драматический диалог меж­ду уже сложившейся системой понятий и данными но­вых экспериментов.

Как правило, теория развивается так, что новый экс­перимент (или, более точно, осмысленный старый) вы­зывает, точнее, выявляет, обнаруживает внутри имеющей­ся системы понятий ситуацию противоречия. Здесь возни­кает необходимость творческого — формальной логикой уже не обеспечиваемого, — а именно диалектического мыш­ления.

Обычно эксперименты ставятся для того, чтобы выяс­нить те или иные частные вопросы теории в пределах существующих понятий. Однако они не выходят за рамки имеющихся понятий, не создают революционных сдви­гов в науке. Значительное движение науки вперед нередко связано с открытиями, приходящими в противоре­чие с системой ранее существовавших решений. Реше­ние этих противоречий ведет к возникновению новых на­учных концепций, которые приобретают иногда эпохаль­ный характер, революционизирующий науку в целом. В несравненно большем числе случаев они носят част­ный характер, обеспечивая существенный сдвиг лишь в том или ином частном научном вопросе. Но все эти от­крытия, крупные и мелкие, в своей совокупности в основном и определяют революционное движение научного познания.

Марксистская теория познания объективно отражает процесс научного творчества даже тогда, когда оно протекает стихийно.

Сознательное же применение этой теории учеными служит более быстрому развитию естествознания. Эта связь между работой ученого и теорией познания го­раздо более ярко выражается в гениальных, но редких работах эпохального значения.

Сейчас, однако, я хотел бы рассмотреть вопрос при­менительно к весьма распространенным «малым» откры­тиям, но, конечно, к таким, где это связано все же с возникновением нового, хотя и частного понятия, по­этому приведу конкретный пример из истории «малых» открытий, вникая во все те интимные ходы мысли, ко­торые определяют переход от выявленного опытом про­тиворечия к возникновению нового понятия. Как правило, ученые в своих статьях никогда не касаются этой пред­варительной работы мысли. По этой, и только по этой причине (а не потому, что я придаю этой работе особо важное значение), я, естественно, выбрал в качестве при­мера одно наше давнее исследование — открытие так на­зываемых предельных явлений в химической кинетике и установление понятия разветвленных цепных реакций в период 1925—1928 гг. Это открытие было сделано мною и моими ближайшими, тогда совсем молодыми учениками (среди них ныне академики Ю. Б. Харитон, В. Н. Кон­дратьев и члены-корреспонденты АН СССР А. А. Ко­вальский и А. И. Шальников).

Предстояло изучить явление хемилюминесценции, воз­никающее при реакции окисления паров фосфора кис­лородом. Чтобы найти оптимальный выход света, опыты проводили при низких давлениях кислорода. Неожиданно оказалось, что с уменьшением начального давления смеси газов до некоторого определенного р₁ (мы называли это давление нижним пределом) смесь не реагировала вовсе и, соответственно, не светилась. В таком состоянии ее мож­но было сохранять сутками без всяких признаков реак­ции. При давлении чуть больше этого предела, наоборот, протекала очень быстрая реакция с интенсивным испус­канием света. Быстрая реакция выше предела полностью останавливалась, как только давление реагирующей смеси падало до некоторого остаточного давления, лежащего лишь немного ниже нижнего предела.

Такие же явления наблюдались и для ряда некото­рых других смесей кислорода с различными горючими газами. Величина нижнего предела оказалась зависящей от ряда других параметров, таких, как температура, радиус сосуда, разбавление горючей смеси инертным газом — аргоном, количество активных примесей, тормозящих реакцию. Каждый из подобных параметров с плавным изменением его при постоянном давлении и постоянных других параметрах имеет свое предельное значение, разграничивающее область протекания очень быстрой реакции от области химической инертности.

Было известно явление, внешне сходное с нашим открытием. Речь идет о самопроизвольном взрыве горючих газов при увеличении температуры выше некоторой критической. Пришлось это явление изучить специально. Оказалось, что смесь спокойно реагирует с малой, однако вполне измеримой скоростью, растущей с повышением температуры. При достижении некоторого критического значения температуры возникает взрыв. Оказалось, что при постоянной температуре имеет место критическое давление и даже критический размер сосудов, иначе говоря, все было очень похоже на описанное открытие.

Тогда наша группа занялась выяснением причин подобного явления, и, таким образом, была создана теория теплового взрыва. Она показала, что этот тип взрыва не имеет никакого отношения к наблюдавшимся нами предельным явлениям в реакции типа окисления фосфора. Попытка свести наше явление к тепловой лавине потерпела крах (хотя теория теплового взрыва открыла путь к созданию общей теории горения и взрывов).

Итак, в работе по окислению фосфора мы открыли совершенно новые и необычные в химической кинетике явления, которые можно было бы назвать «все или ничего», разделенные резкой границей. Эти явления в корне противоречили всем основным положениям химической кинетики тех лет, которые прежде всего заключались как раз в том, что скорости всех химических реакций плавно меняются с изменением температуры и давления, следуя определенным универсальным закономерностям.

Первая наша публикация в начале 1926 г. подверглась резкой критике со стороны известного немецкого профессора Боденштейна, главы химической кинетики того времени. Профессор писал, что теоретически наши результаты невозможны, а экспериментально они содер­жат грубые методические ошибки.

Пришлось снова взяться за эксперимент и устранить все методические возражения Боденштейна. В 1927 г. была опубликована новая, уже большая статья, подтвер­дившая и расширившая опыты 1925 г. Боденштейн спер­ва в частном письме, а затем в публичном выступлении снял все свои возражения. Новые факты можно было считать точно установленными. Противоречие между ними и существовавшими понятиями в области химиче­ской кинетики было очевидным.

Однако никакой идеи о том, как разрешить это про­тиворечие, не появлялось. Тогда мы вновь обратились к эксперименту, чтобы установить максимально точные эм­пирические закономерности предельных явлений, выражая их в математической форме. Оказалось, что все эти зако­номерности можно было уложить в единую, довольно про­стую формулу Φδ= 1, где δ — число, характерное для каж­дого типа реакций, а Ф — некая довольно простая комби­нация указанных выше параметров (давление, температу­ра, радиус сосуда и т. д.). Поначалу это не помогло разгадать смысл явления.

В нашем случае ниже нижнего предела молекулы кис­лорода и фосфора инертны по отношению друг к другу. Это естественно могло бы объясняться высокой энергией активизации и низкой температурой опыта. Но это озна­чает, что и выше предела такая реакция не должна идти. Следовательно, реально наблюдаемая быстрая реакция выше предела имеет какой-то совсем иной механизм. И тут мы вспомнили замечательное открытие Боденштей­на, сделанное им в 1913—1916 гг. при изучении фото­химической реакции образования HCl из газообразных Н₂ и Сl₂. Боденштейн показал, что на каждый  погло­щенный молекулой Сl₂ квант света образуется до мил­лиона молекул НСl (так называемый квантовый выход), а вовсе не одна пара молекул, как это следовало из со­отношения Эйнштейна и как это часто подтверждалось па опыте других фотохимических реакций. Боденштейн назвал эту удивительную реакцию цепной. После трех лет поисков н ошибок Нернст и Боденштейн вскрыли правильный механизм реакции, блестяще Описавший все экс­периментально найденные кинетические закономерности. Здесь было впервые введено в химическую кинетику представление о чрезвычайно реакционноспособных час­тицах — свободных атомах и радикалах, получающихся при разрыве одной из связей в молекуле.

Механизмы реакции Н₂ + Сl₂

Сl₂ + квант света → Сl + Сl } зарождение цепи

и т.д.

Н₂ + Сl₂ = 2НCl

Из кинетических закономерностей, выведенных Боденштейном, можно легко определить длину цепи ν, вели­чину, пропорциональную скорости реакции и представ­ляющую собой число элементарных реакций в цепи от ее зарождения до гибели. И экспериментально и теоретиче­ски эта величина плавно меняется с изменением всех параметров, и поэтому она не могла помочь нам непо­средственно в объяснении наших предельных явлений, для которых характерен резкий разрыв в скоростях ре­акций. И все же нас преследовала мысль, вернее, смут­ное ощущение, что реакция окисления фосфора как-то связана с представлением о боденштейновской цепной реакции.

В наших опытах нас глубоко поражал тот факт, что предельное давление зависит от таких параметров, как диаметр сосуда или давление подмешанного инертного газа, которые, казалось бы, никакого отношения к эле­ментарным актам реакций не имеют. Согласно нашим опытам, предельное давление p₁ обратно пропорциональ­но квадрату диаметра реакционного сосуда. Здесь можно провести такой чисто мысленный опыт: расширять сосуд до бесконечности. Тогда предельное давление будет стре­миться к нулю. Иными словами, предельное давление ис­чезнет, реакция будет быстро идти при ничтожно малых давлениях. Значит, именно стенки сдерживают развитие реакции. Тогда мы и подумали: нет ли подобных влия­ний диаметра сосуда и на боденштейновскую Цепную реакцию. Если цепи Боденштеина могут обрываться в результате захвата атомов и радикалов активными примесями, то тем более они должны с большей или меньшей вероятностью захватываться и стенками сосуда, хемосор­бируясь на них. Естественно, такой тип обрыва цепи Бодепштейна должен проявляться при пониженных давле­ниях, когда обрыв в объеме протекает менее интенсивно. Пришлось готовить эксперимент по изучению зави­симости скорости фотохимической реакции водорода с хлором от диаметра сосуда и давления. В 1928 г. эти опыты привели к полному подтверждению выдвинутой нами гипотезы. Впоследствии обрыв цепей на стенках оказался общим для всех цепных реакций.

Не дождавшись результатов этих опытов, уже в конце 1927 г. мы приняли нашу гипотезу за основу. При этом предположении нетрудно было найти математическое вы­ражение для боденштейновской длины цепи. И вот тут-то мы неожиданно убедились, что комбинация параметров Ф в нашем эмпирическом выражении для предельных яв­лений совпадает с выражением ν при условии обрыва цепей на стенках. Связь между нашим открытием и цеп­ными реакциями Боденштейна становилась очень вероят­ной. Итак, наше эмпирическое уравнение Фδ = 1 может быть переписано в виде νδ = l. Это, конечно, как было сказано ранее, не привело нас непосредственно к реше­нию основного вопроса. Ведь длина цепи в реакции боденштейновского типа меняется совершенно плавно с из­менением диаметра. А у нас при постоянном p₁ имеет­ся критический диаметр d₁, ниже которого реакция вовсе не идет, а выше идет очень быстро.

Однако психологически польза была очень большая. Противоречие еще более уточнилось и обострилось. Если раньше надо было ответить на вопрос, почему реакция может обнаруживать предельные явления, то теперь воз­никал и другой вопрос: почему цепная реакция, способная к обрыву цепей на стенках сосуда, может давать предель­ные явления? Вся сумма мыслей и опытов буквально загоняла в угол и подсказывала: здесь и только здесь может быть найден выход.

И тут нас осенила догадка. Она пришла как-то мгновенно, как-то интуитивно. Но в свете всего предыдущего эта интуиция не кажется каким-то наитием свыше. Она подготовлена описанной нами всей предыдущей историей. Когда ученый пишет о своем открытии, он обычно счи­тает как бы неприличным рассказывать об интимном, очень сложном пути поисков, приводящих к возникно­вению нового основного понятия, но прямо начинает с него. Так возникает миф об интуиции, в который нередко начинает верить и сам создатель теории.

Между тем для гносеологии именно описание подго­товительной работы мысли ученого наиболее важно. Ведь она зиждется на изучении всей истории мысли, начиная с древних греков. Но греки куда более откровенно рас­сказывали о ходе своих мыслей, чем современные уче­ные. Может быть это следует изменить, вот я и пробую это сделать. Меня при этом особенно интересует, что же в свете диалектики представляет собой смутное понятие интуиции.

Трудно сейчас точно вспомнить, какие мысли бродили у меня в голове перед тем, как вспыхнула эта догадка. По-видимому, я подумал: свойства свободных атомов и ра­дикалов в цепях Боденштейна аналогичны действию бактерий, которые как бы съедают исходные молекулы, пре­вращая их в продукты реакции. И вдруг мысль: а ведь бактерии могут не только есть, но и размножаться. Стоп!!! А может быть, и свободные атомы и радикалы тоже спо­собны к размножению? Все! Вот и разгадка!

Сейчас же после этого кульминационного пункта — оживленный диалог с самим собой. Но почему они вообще могут размножаться? Для этого надо, чтобы в данном элементарном акте развития боденштейновской цепи мог появиться не один радикал, продолжающий цепь, но по крайней мере еще один, вернее, два, потому что в ко­нечном счете дело сводится к диссоциации какой-то моле­кулы на два свободных радикала. Но диссоциация тре­бует достаточной энергии. Откуда она? Как откуда! В момент элементарной реакции может выделиться боль­шая порция энергии, которая спустя некоторое, правда, короткое время рассеивается в тепло. Однако она может до этого использоваться подобно кванту света для диссо­циации молекулы исходного вещества и тем вызвать раз­ветвление цепи. Но как конкретно это представить? Все это потом, потом! Я все равно уверен, что разгадка противоречия. — в возможности разветвления цепей.

Я не помню, как точно это было, может быть, действительно из аналогии с бактериями. У Ньютона, согласно легенде, это было падающее яблоко. У другого еще что-нибудь. Это даже не очень важно. Ведь, если ружье заряжено и с ним систематически балуются, оно всегда в силу какой-нибудь случайности выстрелит. Главное — в предшествовавшей длительной работе мысли, четко выявляющей и обостряющей противоречия, а не в том, какой именно толчок привел к догадке.

После того как мы догадались, в чем дело, надо было хорошо сформулировать гипотезу. Итак, допустим, что на каждом звене боденштейновской цепи может возникнуть с вероятностью δ разветвление, т. е. зародиться вторич­ная боденштейновская цепь. В таком случае на всей дли­не боденштейновской цепи, содержащей ν звеньев, по­явится νδ новых цепей. Это будет относиться не только к первичной, но и к зародившимся при разветвлении вто­ричным цепям. Выражение νδ = l, определяющее предел, означает, что каждая боденштейновская цепь длиной ν, обрываясь, дает в среднем одно разветвление, начинаю­щее вторичную цепь, и т. д. Каждый обрыв цепи ком­пенсируется одним разветвлением, цепь в целом делается как бы бесконечной.

Представим себе, что мы вводим в каждый кубиче­ский сантиметр газа по одному первичному свободному радикалу, начинающему такую бесконечную цепочку. Если время вхождения радикала цепи в каждую элемен­тарную реакцию обозначить через τ, то в каждую секун­ду произойдет  реакций. За время t секунд прореаги­рует Х= молекул исходных веществ. Вследствие боль­шой реакционной способности атомов и радикалов т обыч­но мало. Возьмем для примера τ =10^-3 секунды. Допустим далее, что давление Р₁ = 1/100 атмосферы/ т.е. 3.10¹⁷ исходных молекул в кубическом сантиметре Рас­считаем время, которое понадобится, чтобы довести реакцию до 30% превращения. X_30% = 10¹⁷ = 10³t, отсюда t_30% = 10¹⁴ секунды ≃ 3 млн. лет (см. рис 1).

Возьмем теперь исходное давление газа выше предельного давления. Тогда на каждой длине боденштейновской цепи возникнет больше чем одно разветвление. Новых цепочек будет больше рождаться, чем погибать. В результате даже из каждого первичного свободного радикала начнет развиваться цепная лавина по закону Ае^Φt, где коэффици­ент размножения φ будет пропорционален разности δν — 1 и обратно пропорционален длине боденштейновской цепи ν и времени τ.

Рис. 1. X = ; τ = 10^-3 сек; P = 1/100 атм ≃ 3∙10¹⁷ моле/см²; X_30% = 10¹⁷ = 10³t; t_30% = 10¹⁴ секунды ≃ 3 млн. лет

Рис. 2. Ае^Φt; φ ~ ; t_30% ≃  4 мин

Уже при малом изменении начального давления смеси, например на 1 % выше предельного и соответственно при νδ — 1 = 0,01, лавина будет развиваться столь быстро, что 30% вещества прореагирует примерно за 4 минуты (см. рис. выше).

Естественно, что под пределом, когда νδ<l и число обрывов цепи превышает число разветвлений, впуск од­ного радикала вообще не сможет привести к реакции — начинающая цель быстро затухнет.

Однако в большинстве случаев реакция над пределом идет еще быстрее. Ведь большая часть быстрых цепных разветвленных реакций протекает вовсе не как длинные боденштейновские цепи с редкими разветвлениями, а су­щественно иначе. Разветвление происходит практически на каждом звене цепи; цепи оказываются сплошь раз­ветвленными (см. рис. 3). Понятие о боденштейновской цепи вообще исчезает. Поразительно, что представление о боденштейновской цепи, которое так помогло разре­шить открытое нами противоречие, под самый конец ока­залось несущественным.

В сплошь разветвленной цепной реакции продолже­ние цепи автоматически связано с ее разветвлением. Каждый свободный атом или радикал способен либо погибнуть (обрыв цепи), либо продолжить цепь, входя в реакцию. И в этом случае нетрудно найти условие пределов и скорость развития цепной лавины над и под пределом при изменении давления ±1%.

И здесь на пределе возникает как бы одна бесконечная цепь (см. рис. 3а) и время t_30% будет по-прежнему составлять 3 млн. лет. Реакция под предлогом будет развиваться по лавинообразному закону e^φt, но здесь φ окажется большим, чем для цепей с разветвлениями.

Рис. 3.   t_30% ≃  3,4 сек                                                                                Рис. 3а.     t_30% ≃  3,4 сек

И здесь мы увеличим исходное давление на 1 % против предельного p₁, то при впуске в кубический сан­тиметр газа одного первичного свободного атома или ра­дикала реакция произойдет уже не за 4 минуты, как мы видели раньше, а примерно за 3 секунды вместо миллио­нов лет на пределе.

Мы рассмотрели идеализированный случай, когда са­мопроизвольное зарождение свободных атомов в способ­ном к реакции газе не происходит или происходит иск­лючительно редко, и, чтобы запустить реакцию, извне подается хотя бы один свободный радикал.

Если в секунду появляется n₀ таких первичных сво­бодных радикалов в каждом кубическом сантиметре, то нетрудно составить выражения для скорости разветвлен­ной цепной реакции и количества молекул х, прореаги­ровавших за время t секунд, подобно тому как это дела­лось выше. Результат приведен ниже:

p = p₁

p = 1,01 p₁

p = 0,99 p₁

n = 1 св. рад/сек см³

t_30% ≃  1 год

t_30% ≃  4 сек

t_30% ≃  30 тыс. лет

n = 100 св. рад/сек см³

t_30% ≃  2 недели

t_30% ≃  3 сек

t_30% ≃  300 лет

Следовательно, наша гипотеза хорошо объясняет нали­чие принципа «все или ничего» в некоторых химических реакциях.

Не надо думать, что с момента, когда гипотеза была ясно сформулирована, дальнейшая работа была не нужна. Напротив, тут только она началась и в сущности в не­которой степени продолжается и сейчас. Шаг за шагом теория становилась точнее и яснее, превращаясь в коли­чественную теорию, имеющую предсказательную силу.

Таким образом, нам удалось констатировать существо­вание двух типов лавинообразных химических процессов, приводящих в известных условиях к взрыву: тепловой взрыв, возникающий в результате развития тепловой ла­вины, о чем здесь упомянуто лишь вкратце, и цепной взрыв, происходящий в результате лавинообразного раз­множения активных химических частиц, свободных ато­мов и радикалов, концентрация которых в ходе развития цепной лавины и теоретически и на опыте достигает гран­диозных величин, сравнимых с концентрациями исходных молекул. Как оказалось впоследствии, только эти два тина взрывов и существуют в природе. Даже в атомной физике взрывы могут быть либо цепными (атомный взрыв), либо тепловыми (термоядерный взрыв).

В связи с анализом этого открытия хочется сделать еще одно замечание. Многочисленные опыты показали, что общие закономерности разветвленных цепных реак­ций, в частности и сам предел «все или ничего», и раз­витие цепей во времени очень мало зависят от конкрет­ного механизма этих реакций. Важен лишь сам факт их разветвленности и наличия обрыва цепей. Количественно эти закономерности зависят также от некоторых констант, которые в первом приближении могут быть определены из опытов по значениям предельных величин.

Это касается не только химических разветвленных цепных реакций, но и физических, к которым относятся цепные ядерные реакции деления, да в сущности и реак­ции размножения световых квант в лазерах и мазерах. В первом из этих случаев активными частицами цепи являются возбужденные компаунд-ядра, возникающие при захвате нейтрона ядрами атомов активных веществ, и нейтроны, испускаемые в количестве трех на каждый акт деления компаунд-ядра. Обрыв цепи осуществляется пу­тем вылета за пределы активного тела нейтронов (аналогично обрыву цепи на стенке) или захвата нейтронов некоторыми примесями. Предельные явления по плотности, размерам, примесям активных веществ, разбавлению ураном-238 и т.п. совершенно сходны с теми, которые наблюдаются в химии. Образование в ходе реакции во времени при атомном взрыве аналогичны соответствующим явлениям в химических разветвленных цепных реакциях. Принцип «все или ничего» проявляется здесь в особенно отчетливой форме, и, в сущности, только на его основе можно изготовлять атомные бомбы и котлы, не боясь взрыва, и получить взрыв путем незначительного изменения какого-либо параметра. Формальные зависимости наших ничтожных по масшта­бу химических явлений сохраняются в этих мощных ре­акциях.

На примере анализа данного открытия полезно еще раз подчеркнуть, что особенно важное значение для на­учного познания имеют не столько подтверждения уже существующих представлений, сколько возникновение представлений, противоречащих им. Эти противоречия служат главным стимулом развития наук. Для ученого натолкнуться на большое пли малое противоречие — дар судьбы. Его нельзя упускать. А ведь как легко пройти мимо него, отмахнуться от него, особенно если надо то­ропиться с публикацией статьи или сдачей диссертации.

Кстати, большинство научных руководителей в каче­стве кандидатских диссертаций сознательно дают темы, которые заведомо «получатся», в которых вероятность возникновения противоречий приближается к нулю. Думается, что для аспирантских работ должны избираться как раз такие проблемы, в разработке которых скорее всего можно столкнуться с противоречиями, преодоление которых в наибольшей степени формирует ученого. В научной работе не надо бояться противоречий, их нужно искать.

Этих и других бед можно было бы избежать, если бы молодые и старые ученые непрерывно совершенствовали культуру своего мышления, делая это в неразрывной связи со своей работой. А ведь подчас получается иначе. Ученый или аспирант в публичном выступлении или при сдаче экзамена по диалектическому материализму прекрасно излагает весь вопрос о роли противоречий в развитии природы и мышления. В своей же работе он совершенно и не думает с этим считаться, по-видимому, искренне полагая, что для реальной практики филосо­фия не нужна. Конечно, марксистская диалектика — вов­се не сборник правил: примени их непосредственно к частной задаче и получишь правильный ответ. Нет, это общая направленность и культура мысли, которая помо­гает каждому более целеустремленно ставить вопросы и разрешать загадки природы.

Развитию диалектического мышления ученого часто мешает и недостаточно конкретное содержание курсов диалектического материализма, читаемых в естественно­научных и технических вузах. Преподаватели должны хо­рошо знать не только философию (и это, к сожалению, не всегда бывает), но и историю развития той науки, которая характерна для профиля вуза, и связывать фи­лософию с историей мышления в этой частной области, привлекая этим интерес студентов к философии.

* * *

Перейдем теперь от «малых» противоречий к «боль­шим».

Еще несравненно нагляднее основные логические со­ставляющие научного открытия обнаруживаются в пе­риоды решающих научных революций. Когда речь идет об изменении коренных научных понятий, то меняются не только естественнонаучные представления, развивается сама логика мышления, само понимание того, что «логич­но», а что «нелогично». Об этом неплохо говорит Макс Борн: «… обстановка здесь (в квантовой механике.— Н. С.) так запутана, что выбор только такой: либо до­вольствоваться более слабым приспособлением понятий к системе формул… либо видоизменить правила самого мы­шления, логику»2М. Борн. «Физика в жизни моего поколения»..

В такие моменты физик-теоретик начинает работать как чистый логик, как преобразователь логики. Он ра­ботает в сфере таких противоречивых понятий, как пре­рывность и непрерывность, взаимосвязь и становление, время и пространство, вероятность и необходимость; именно для конкретных естественнонаучных целей ему необходимо изменять и развивать, пересматривать исходные логические категории. А дело это очень тонкое, здесь легко повторить старые ошибки, если нет надежной культуры и эрудиции. Энгельс говорил, что материализм меняет свою форму с каждым новым великим открытием в естествознании. И тут уже развитая и осознанная логика историко-философского мышления не роскошь, не приятная добавка к естественнонаучному образованию, но вопрос самой первой, самой острой необходимости. Таким логиком-революционером был Эйнштейн в период создания теории относительности (переосмысление понятия времени как логического понятия).

Одним из крупнейших революционеров логики был Нильс Бор, положивший начало современной квантовой теории. Созданная им квантовая теория атома возникла в результате смелого разрешения противоречий между резерфордовской планетарной моделью атома, введенной в сущности прямо из эксперимента, и классической элект­родинамикой.

Принцип дополнительности Бора еще более револю­ционизировал логику физического познания. Этот прин­цип неявно вводил в саму структуру физической теории идею противоречия; в то же время идея Бора о прин­ципиальном гносеологическом значении отношений «при­бор — объект» в известной степени соответствовала Марк­совой мысли об активной гносеологической ролп орудия в познании вещей.

Дуализм волновых и корпускулярных представлений, ранее обнаруженный Планком и Эйнштейном по отношению к свету, был понят де Бройлем как всеобщее противоречие микрообъектов, распространен на описание движения электронов (что вскоре было подтверждено экспериментально). Эти идеи де Бройля послужили одним из источников возникновения квантовой механики.

Последний пример — предсказание позитрона Дираком. В попытках объединить квантовую механику с эйнштейновской релятивистской механикой возникла трудность, которая заключалась в том, что следовало (поскольку имелись выражения с квадратным корнем) признать существование частиц со знаком плюс и минус, с положительной и… отрицательной энергией. Но частицы с отрицательной энергией – абсурд, нонсенс! Необходимо было придумать принцип, который исключал бы их существование в природе и вместе с тем… допускал, предполагал бы это существование.

Противоречие было сформулировано с предельной логической остротой. Используя принцип исключения Паули, Дирак ввел свое понятие «дырки в вакууме» (заполненном огромным количеством виртуальных электронов в состоянии с отрицательной энергией). Это несколько туманное понятие, буквально «изобретенное» на основе предельно жестко сформулированной антиномии, затем концентрировалось в рациональное понятие вполне предметной частицы «электрона с положительным зарядом» — позитрона. Но именно первоначальное туманное, даже логически, противоречивое понятие было как бы той питательной средой, на которой выросло не только понятие позитрона, но и вся современная релятивистская квантовая механика в ее новых, еще более острых, но, к сожалению, недостаточно жестко сформулированных антиномиях.

Пример с открытием Дирака очень характерен и дает как бы сокращенное и утрированное описание творческого движения теоретической мысли. На основе этого примера, вернее, этого материала для размышления можно нагляднее всего представить некоторые исходные идеи диалектической логики.

Чтобы точнее осмыслить значение этих идей, попытаемся ответить на вопрос: возможно ли определить реальный процесс научного творчества (хотя бы в тех его особенностях, которые отмечены выше) как процесс, подчиненный законам Логики с большой буквы? Каждый ученый знает, что теоретическая работа менее всего похожа на спокойное и плавное движение вперед и только вперед. Такой она может показаться лишь издали, подобно тому как Земля издали кажется идеальным геометрическим шаром. Альпинисту, карабкающемуся на Эверест, она во всяком случае такой не покажется.

Чем больше ученый пытается восстановить в памяти, «как это реально было», тем острее ему начинает казаться, что в развитии научного знания невозможно вообще обнаружить никакого «рационального» начала, никакой логики и что это развитие не управляется ничем, кроме капризов необузданной, ничем не детерминированной воли с ее «безумными идеями». Так, Луи де Бройль пишет: «…человеческая наука, по существу рациональная в своих основах и по своим методам, может осуще­ствлять свои наиболее замечательные завоевания лишь путем опасных внезапных скачков ума, когда проявляют­ся способности, освобожденные от тяжелых оков строгого рассуждения, которые называют воображением, интуици­ей, остроумием. Лучше сказать, ученый проводит рацио­нальный анализ и перебирает звено за звеном цепь своих дедукций; эта цепь его сковывает до определенного мо­мента; затем он от нее мгновенно освобождается, и сво­бода его воображения, вновь обретенная, позволяет ему увидеть новые горизонты»3Луи де Бройль. «Роль любопытства игр, воображения и интуиция в научном
исследовании»..

Здесь, можно сказать, ясно вырисовывается одно: ма­тематическая логика, будучи бесценным и острым орудием решения вполне определенного типа задач, оказы­вается беспомощной там, где речь заходит от объяснении самого процесса научного творчества — создания новых понятий.

Если научное мышление считать «логичным» и «ра­циональным» (разумным) лишь постольку, поскольку оно совершается в строгом согласии с аксиомами, постулата­ми и теоремами формально-математической логики, то фактически совершающееся научное мышление неизбеж­но начинает казаться иррациональным (неразумным). Наука же начинает вообще представляться каким-то су­масшедшим домом, в котором соблюдается только внеш­ний порядок с помощью санитаров-логиков, но никак не живущих в нем, которые только и мечтают, как бы этот порядок нарушить.

В этом случае вся теория научного познания оказа­лась бы чисто внешним и совершенно необъяснимым объ­единением двух разных и между собой никак не стыкую­щихся наук — формально-математической логики и чисто психологического описания «интуиции».

Очевидно, в науке должны существовать направления, которые конкретно и строго обрисовывали бы единые за­коны движения реальной мысли ученого. Если взглянуть на это с точки зрения диалектики, то станет ясно, что все так называемые безумные идеи, в сущности, всегда представляют собой необходимые, логически подготовлен­ные ходы мысли.

Действительно, когда результат нового эксперимента (или же более тщательный анализ старого) приводит к ситуации коренного противоречия в системе наличных понятий, то само это противоречие уже есть определе­ние условий возникновения гипотезы; противоречие за­дает вектор движения мысли в процессе формирования гипотезы.

Короче говоря, здесь действует следующий «меха­низм». Вначале само противоречие в недрах старой тео­рии выглядит достаточно обще и туманно. Ясно, что но­вый экспериментальный факт, когда и поскольку он пони­мается и осознается, противоречит старой теории, старым представлениям вообще; но далеко не ясно, где острие этого противоречия, где сосредоточено то узловое старое понятие, которое должно быть изменено. Постепенно — в результате новых экспериментов и уточнения самых старых понятий (раньше в таком уточнении не было нужды) — противоречие обостряется и суживается; в кон­це концов становится отчетливо ясным, какое именно ста­рое понятие должно быть в первую очередь изменено. Противоречие достигает остроты предельно жестко сфор­мулированной антиномии. Но тем самым уже формули­руется, хотя и неявно, как бы негативное определение нового понятия. Остается только понять позитивное со­держание нового понятия, определить его не только как четко сформулированный вопрос, но и как ответ, как новую идею. Это новое понятие обычно есть качествен­ная переформулировка старого исходного понятия, но од­новременно оно является зародышевой формой новой тео­ретической системы. Так возникает гипотеза.

Здесь начинается следующий логический цикл. Вместе с проверкой и подтверждением гипотезы в ходе бесчис­ленных экспериментальных вариаций и математической конкретизации (предположим, что наша гипотеза была верной) происходят как бы рассмотрение и обогащение одного исходного понятия и расщепление его на ряд взаи­мосвязанных, более частных вспомогательных понятий: гипотеза развивается в развернутую, экспериментально проверенную теорию.

В свете приведенного выше конкретного материала можно убедиться, что эта логическая картина оказывает­ся правомерной идеализацией конкретного процесса твор­ческого мышления.

Исходное противоречие, разрушившее старую теорию, этим движением разрешается («снимается») в составе нового, более глубокого и конкретного теоретического понимания, включающего в себя старую теорию на пра­вах частного предельного случая. В таком понимании «интуиция» оказывается не чем иным, как формой осу­ществления вполне рационального движения мысли. Про­тиворечие, таким образом, разрушает не теорию вообще, а лишь старую, ограниченную теорию, или, еще точнее, иллюзию, будто старая теория была окончательным, пол­ным и конкретным («абсолютно-истинным») отображени­ем действительности. Противоречие выявляет именно те узловые пункты в системе старой теории, в которых сос­редоточены ее точки роста и в которых выявляется ее способность «расти через противоречия». При этом как раз самое строгое, формально безупречное движение мысли и выводит мысль в те точки роста, в которых на­мечается коренное (диалектическое) противоречие, ставя­щее интуицию перед задачей построить гипотезу, т. е. выйти на рубеж, когда чисто формальное движение ста­новится уже невозможным.

Мы попытались, анализируя процесс научного откры­тия, показать, как работает диалектическая логика, как она помогает ученому осознать и «прецизировать» реаль­ное движение творческого, содержательного, научного мышления.

Об авторе:

Николай Николаевич Семёнов (1896 — 1986) — советский физикохимик и педагог, один из основоположников химической физики. Внёс существенный вклад в развитие химической кинетики. Академик АН СССР, единственный советский лауреат Нобелевской премии по химии (1956). Создатель Института химической физики АН СССР.