ФИЗИКА ЖИВОГО КАК ФЕНОМЕН ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКОЙ НАУКИ
И.С. Добронравова

Постнеклассическая наука и ее основания

Начнем с определения постнеклассической науки с тем, чтобы очертить контекст, обеспечивающий понимание места физики живого в науке третьего тысячелетия.

Понятие постнеклассической науки было введено в конце восьмидесятых годов только что минувшего века академиком В.С.Степиным . Сделано это было для того, чтобы обозначить новый этап в развитии науки, связанный со становлением нелинейного естествознания в процессе научной революции, разворачивавшейся в течение трех последних десятилетий и до сих пор не завершившейся.

В процессе этой революции появились и начали успешно реализовываться физическая научно-исследовательская программа унитарных калибровочных теорий (С.Вайнберг, А.Салам и др.) и общенаучная исследовательская синергетическая программа (Г.Хакен, И.Пригожин и мн. др.). Первая из них осуществлялась в области физики высоких энергий и космологии, где всегда ожидают появления чего-нибудь нового в далеких от обыденности микро и мега масштабах. Вторая касается нового понимания привычного макромира, не имеет дисциплинарных границ и ее предметная область выходит за пределы природных процессов в область человекоразмерных самоорганизующихся систем: экологических, технологических, социальных. И хотя встречены были эти революционные изменения естествоиспытателями по-разному, сегодня и философствующие ученые, и профессиональные философы науки понимают, что осуществление обеих программ (и не только их) - это проявление единого процесса становления нелинейного естествознания, стимулированного бурным развитием вычислительных методов решения нелинейных задач (зачастую давно известных) с помощью новейшей вычислительной техники.

Определение этого этапа в развитии науки как постнеклассического связывает нынешнюю научную революцию с предыдущей революцией начала ХХ века, приведшей к появлению неклассической науки (специальной и общей теорий относительности и квантовой механики в физике, генетики в биологии, кибернетики как основы создания вычислительной техники и т.д.). Кроме того, оба эти термина (неклассическая и постнеклассическая наука) фиксируют выход науки за пределы классического естествознания. Возникшее в XVII веке как единая наука - механика - оно претерпело революционные изменения в XVIII - XIX веках при дифференциации наук и появлении различных научных дисциплин. Все упомянутые научные революции Степин рассматривает как глобальные, поскольку в отличие от локальных научных революций, знаменующих парадигмальные сдвиги в отдельных научных дисциплинах , эти революции не только затрагивают всю науку определенного времени, но и предполагают возникновение нового типа рациональности.

Классический, неклассический и постнеклассический типы научной рациональности отличаются системой оснований научного исследования. К таким основаниям В.С.Степин относит идеалы и нормы научного исследования, образующие в своей совокупности конкретный стиль научного мышления, соответствующую им научную картину мира (также исторически определенную) и систему собственно философских оснований науки . Онтологическая подсистема этой системы лежит в основании соответствующей картины мира, определяя типичное для конкретного исторического периода понимание мира как единства многообразия вещей, свойств и отношений на основе соответствующей философской трактовки категорий материи, движения, пространства и времени. Сюда также относятся соотношения необходимого и случайного, возможного и действительного, допускаемые типом принятых научных законов, и другие категории, привлекаемые из философского наследия или вновь созданных философских учений. К гносеологической подсистеме философских оснований относятся философские понятия, определяющие процесс познания: истина, факт, теория, объяснение, предсказание и т.д. Эта подсистема служит основанием идеалов и норм научного исследования, среди которых есть идеалы и нормы описания, объяснения, предсказания фактов и идеалы и нормы организации научного знания.

Система оснований науки выражает исторически определенный тип научной рациональности. Разным предметам научного исследования, которые могут быть выделены различными методами, соответствуют разные типы научной рациональности. В этом смысле появление новых типов научной рациональности не отменяет предыдущих. Так, для исследовательской задачи, рассматривающей близкое к равновесию состояние устойчивой макроскопической системы, применение математических операторов оказывается избыточным. Соответственно, учет относительности к средствам наблюдения, требуемый в квантовой механике для обеспечения объективности познания (неклассический тип рациональности), будет ненужным. Характерно, однако, что сделанная оговорка по поводу равновесности макроскопической системы как предмета классической науки, могла появиться только после обнаружения неравновесной термодинамикой вариативности путей развития нелинейных динамических систем и, соответственно, применимости к ним операторного исчисления. Так что сосуществование разных типов рациональности не отменяет преимущественного признания научным сообществом современного варианта, особенно в области такого важного основания науки, как научная картина мира.

Дело в том, что абстрактные объекты теорий, как правило, основаны на идеализациях, а потому впрямую не онтологизируются. Например, никому не придет в голову считать, что такие абстрактные объекты классической механики, как материальные точки, имеющие массу, но не имеющие размера, реально существуют, а не являются теоретическими моделями массивных объектов, размерами которых можно пренебречь. Между тем, абстрактные объекты научной картины мира, соответствующие той или иной теории, специально создаются, чтобы быть онтологизированными, а для этого теоретические идеализации снимаются, а теоретические представления огрубляются. Так, в механистической картине мира Ньютона материальным точкам сопоставляются корпускулы, очень, но не бесконечно, малые, а электрон в квантово-релятивистской картине мира имеет размеры, пусть даже динамически обеспечиваемые "шубой" виртуальных квантов электронно-позитронного поля, в отличие от идеализированного "затравочного" электрона, не имеющего размеров в квантовой электродинамике как локальной теории. Кроме этого огрубления, переход от теории к картине мира предполагает экстраполяцию содержания теории далеко за пределы ее применимости. Пределы эти определяются впоследствии новыми теориями, еще неизвестными на момент создания данной картины мира, но обойтись без целостного представления о мире ученые не могут ни на каком этапе развития науки.

Таким образом, универсализация наличного знания наряду с огрублением, обеспечивающим его онтологизацию, выводит научные картины мира за пределы действия принципа соответствия Бора. Теории сохраняют свое значение в пределах их применимости, а от старых научных картин мира приходится отказываться в пользу новых картин мира, хотя принципиальная возможность существования абстрактных объектов старой картины мира должна быть объяснена в контексте представлений новой картины мира. Так, квантовая механика объяснила устойчивость элементного состава устойчивых твердых тел, из существования которых в качестве измерительных линеек и тел отсчета исходила классическая механика.

Зато принятие научным сообществом одной научной картины мира обеспечивает единый контекст понимания всех научных теорий в пределах научной дисциплины. А если новая картина мира оказывается общенаучной, что и произошло с нелинейной (или синергетической) картиной мира, сформировавшейся в ходе нынешней глобальной научной революции, появляется надежда понять все наличное научное знание с единых позиций. Сложность, темпоральность и целостность - так определил черты этого видения мира Илья Пригожин. Так что рассмотрение физики живого в ее онтологических основаниях мы будем рассматривать с точки зрения ее вписанности в эту картину мира.

Для постнеклассической науки характерно усиление аксиологического (ценностного) аспекта. Кроме присущих всей науке Нового времени ценностей объективности знания и его новизны, особое значение в постнеклассической науке, по Степину, приобретает учет и других более общих ценностных ориентаций исследователя для обеспечения объективности познания. Такой учет необходим в силу того, что типичными объектами постнеклассической науки являются развивающиеся системы, включающие в себя человека или небезразличные для его выживания. Действительно, вряд ли можно создать теоретическое понятия биосферы или биоценозов, исходя из деления всех животных и растений на полезных и вредных для человека, а не из признания ценности жизни как таковой.

Совершенно очевидно, что аксиологический аспект открывается для физики живого через ее связь с квантовой медициной. Однако, в этой статье он не будет предметом нашего рассмотрения. Более того, и к обсуждению методологических проблем мы будем обращаться лишь постольку, поскольку они связаны с определением предмета физики живого и его соответствия предметному полю постнеклассической науки.
Синергетическая картина мира.

Редукция системы к элементам и взаимодействию между ними - ведущий объяснительный принцип классической физики, абстрагирующейся от процессов становления своих объектов. Как известно, синергетические теории самоорганизации основаны на принципе подчинения (Г.Хакен), противоположном принципу редукции. Движение элементов среды становится в процессе самоорганизации когерентным, подчиняясь выраженному параметром порядка становлению целого, формирующего из наличных элементов среды свои части. Таким образом возникает эффективное крупномасштабное дальнодействие, необъяснимое на основе короткодействующих сил связывающих элементы среды, хотя и невозможное без них.

Например, волна цунами (понятая с точки зрения теории самоорганизации как уединенная волна) сохраняет свою форму, соответствующую форме дна на мелководье, где она образуется. Такое поведение волны как крупномасштабного самоорганизующегося целого не может быть понято на основе принципа редукции, поскольку молекулы воды, и вовлеченные в цунами, и остающиеся за ее пределами, не различаются, равно как и силы Ван-дер-Ваальса, определяющие межмолекулярное взаимодействие в масштабах, несопоставимо малых по сравнению с дальним порядком, характеризующим целое, пока оно не оказывается разрушенным диссипацией.

Возникновение нового целого предполагает возможность различения прошлого и будущего, т.е. тесно связано с темпоральностью как необратимостью изменений. На уровне теории эта необратимость выражается в отсутствии инвариантности нелинейных уравнений, имеющих несколько решений, к изменению знака временного параметра на противоположный. Разветвление (в простейшем случае раздвоение - бифуркация) на графическом изображении нелинейной динамики процессов самоорганизации наглядно показывает возможность различения прошлого и будущего, т.е. необратимость.

Черты целостности возникают у самоорганизующихся систем в процессе их становления и сохраняются, если ставшая система оказывается устойчивой. Устойчивым аттрактором для самоорганизующихся систем является предельный цикл, изображающий в фазовом портрете периодические процессы. Это процессы воспроизведения целого с точки зрения известного результата. Они не буквально повторяют процесс становления, поскольку открытая самоорганизующаяся структура, способная к воспроизведению, существует за счет диссипации энергии (диссипативная структура) и "забывает" начальные условия. Рассмотрение устойчивости таких систем как динамической устойчивости периодических процессов их воспроизведения позволяет применить к ним понятие целого в его диалектическом понимании, т.е. как определяющее в процессе становления свои части, но несводимое к ним.

Такое устойчивое существование имеет место, пока поддерживаются нужные условия, однако эти условия могут разрушаться самим существованием нелинейной системы. Так, автокаталитические реакции, производящие собственный катализатор, ускоряющимися темпами исчерпывают запасы реагентов, приближая собственный конец, если запасы реагентов не пополняются. Такое пополнение может осуществляться искусственно в лабораторной установке или естественно за счет обмена веществ в организме, но ни в том, ни в другом случае не может быть вечным. Таким образом, целостность связана с темпоральностью в смысле временности, преходящести существования и в том случае, когда система способна к динамической устойчивости. Целостность и темпоральность как черты самоорганизующихся систем тесно связаны со сложностью как увеличением упорядоченности, поскольку самопроизвольное возникновение новых структур в неравновесных средах сопровождается локальным уменьшением энтропии за счет передачи произведенной в самоорганизующейся системе энтропии в среду .

Живое как предмет физики живого в синергетической картине мира.

Выясним теперь, можно ли отнести живое как предмет физики живого к типичным для синергетической картины мира объектам с характерными для них чертами сложности, темпоральности и целостности. Казалось бы, проблемы здесь возникнуть не может, поскольку, будучи сами живыми, мы без труда можем утверждать и свою временность, и целостность, и сложность. Да и другие живые системы кажутся вполне подходящими под это определение, недаром в классической немецкой философии появилось понятие "органическое целое", поскольку именно живые организмы проявляли такие свойства целостности, которые были образцом для диалектического понимания соотношения целого и его частей (органов) в отличие от их механической суммы. Временность существования сложных организмов также кажется совершенно тривиальным эмпирическим фактом.

Однако, не все так просто. И на предыдущих этапах развития физики живые системы выступали в качестве предмета физических теорий, но в силу особенностей этих теорий утрачивали свои специфические черты. Организм рассматривался и как система рычагов, и как система насосов в контексте теорий классической физики; ионный транспорт в живых клетках, передача электрических сигналов в нервной системе были предметом биофизики в эпоху неклассической науки. Во всех этих случаях живое редуцировалось к типичным абстрактным объектам соответствующих физических теорий, а его специфика оставалась за рамками рассмотрения. То в живом организме, что обеспечивало подвижность рычагов в суставах, работу сердца в качестве насоса, образование электрического потенциала на клеточных мембранах, возникновение нервных сигналов в головном мозгу и т.д. оставалось в предметном поле биологии, не говоря уже о психологии, выступая в физических теориях в качестве внешних, не обсуждаемых ее методами причин и условий.

Нет сомнений в том, что живое может быть объектом постнеклассической науки. Свидетельство тому - применение синергетических моделей в науках о живом: от морфогенеза гидры до работы сердечной мышцы человека. Вопрос заключается в том, остается ли живое объектом постнеклассической науки, став предметом физики живого, имеет ли предмет физики живого черты темпоральности, сложности и целостности, т.е. входит ли он в предметное поле постнеклассической науки. Положительный ответ на этот вопрос будет означать, что впервые эти важнейшие черты живого становятся предметом физики. Окажется ли такая физика в ряду физических дисциплин или останется в междисциплинарном пространстве, где произошло ее становление, - это открытый вопрос.

Возникла же физика живого как теоретическое основание микроволновой резонансной терапии (МРТ), впоследствии включенной в квантовую медицину (названную так уже на основе этого теоретического основания, поскольку физика живого с самого начала оказалась квантовой физикой). В чем же отличие теоретического физического основания квантовой медицины от теоретического основания существующих медицинских подходов.

Как известно, в западной медицине главенствующее положение занимает медикаментозная терапия, которую можно назвать также химической терапией, так как ее лечебный эффект достигается, благодаря короткодействующему химическому воздействию на последовательность химических реакций в субклеточных структурах живой системы. На самом деле т.н. "химические силы" представляют собой разновидность электромагнитных сил, короткодействующий фрагмент фундаментального электромагнитного взаимодействия, проявляющийся при контакте реагентов. В условиях твердого тела в связи с эффектом экранирования дальнодействующие компоненты электромагнитного взаимодействия устраняются, поэтому здесь оправдан микроскопический подход. Респектабельность микроскопического подхода обосновывалась принципом редукции - основным объяснительным принципом классической и неклассической науки, о котором уже шла речь выше. И физика и химия, науки, на которые стремилась опираться европейская медицина Нового времени, как правило, объясняли свойства систем за счет выяснения их элементного состава и взаимодействий между элементами, т.е. рассматривали знание микроскопическое как фундаментальное. Ограниченность этого подхода, как было уже сказано, вполне обнаружилась и для неорганических систем, способных к самоорганизации. Тем более недостаточен микроскопический подход при изучении живого.

Действительно, хотя в настоящее время возможно не только описывать процессы, происходящие на клеточном и субклеточном уровнях живого организма, но и в некоторых случаях понимать их функции в организме на этих уровнях (хромосомная наследственность, протонный транспорт и др.), остается неясным, каким образом осуществляется синхронизация процессов, происходящих в миллиардах клеток тела, как организована дифференциация клеток тканей или как реализуется генная информация на уровне всего организма.

Г.Фрелих первым наметил путь к разрешению проблемы физического объяснения устойчивого существования макроскопических живых организмов, предположив существование биологической когерентности, обеспечивающей возможность создания эффективного дальнодействия. Наполнение концепции биологической когерентности конструктивным содержанием началось в 1982 году, когда были обнаружены проявления собственных характеристических частот человеческого организма в миллиметровой области электромагнитных волн. Профессором С.П.Ситько и его сотрудниками была показана возможность восстановления состояния здоровья пациентов путем воздействия низкоинтенсивным электромагнитным излучением миллиметрового диапазона на биологически активные точки человека (БАТ). Важно подчеркнуть, что БАТ совпадают с акупунктурными точками, хорошо известными китайской медицине. Известно, что БАТ расположены на поверхности тела человека не произвольно, а таким образом, что большая их часть размещается на специфических линиях, называемых меридианами, имеющими и внутренние ходы. То, что весь организм человека пронизан 26 меридианами, создает возможность объяснения действия акупунктуры. Однако отсутствие морфологических особенностей, связанных с траекториями меридианов, делает эту объяснительную схему неприемлемой для западной медицины.

Новая возможность для понимания сути восточной медицины в контексте представлений современной науки появилась, когда достижения науки в ходе становления нелинейного естествознания открыли возможность для создания физики живого, объединившей синергетические и квантовые принципы и ставшей основой квантовой медицины. В рамках физики живого была выдвинута гипотеза об электромагнитной природе китайских меридианов. К настоящему времени эта гипотеза приобрела вид разработанной теоретической модели и получила прямое экспериментальное подтверждение.

Как же видится меридианная система древнекитайской медицины через призму синергетических представлений? Потенциал типа Ландау-Хакена является простейшей формой введения в среду нелинейности. При этом уравнение движения приобретает решения, которые при переходе к двумерной задаче можно интерпретировать как предельный цикл. В классификации Пуанкаре это одно из типов решений нелинейных дифференциальных уравнений, которое в фазовой плоскости изображается замкнутой кривой и характеризует устойчивые периодические движения по некоторой траектории. Поскольку другие типы решений неустойчивы, с меридианной системой живых организмов, имеющей электромагнитную природу, естественно ассоциировать именно предельные циклы, точнее, их пространственную проекцию. С точки зрения синергетики, наличие периодических устойчивых в пространстве и времени решений свидетельствует о существовании самосогласованного потенциала, такого же типа, который возникает в лазере за порогом неравновесного фазового перехода.

Аналогия с лазером оправдывается тем, что живое представляет собой активную среду и в целом, и в каждой составляющей клетке. Как показал Митчел, большую часть энергии метаболизма любая живая клетка тратит не на аккумуляцию химической энергии, как считалось раньше, а на создание и поддержание на мембране огромной напряженности электрического поля. И если необходимость такого потенциала для передачи нервных возбуждений достаточно очевидна, то вопрос о его целесообразности для всех остальных клеток до сих пор оставался открытым. Г.Фрелих первым обратил внимание на то, что собственные колебания протоплазменных мембран клеток в соответствии с их физическими свойствами находятся в диапазоне (1010 ? 1011) Гц и, будучи под напряжением, они при любом возбуждении являются источниками электромагнитного излучения именно в диапазоне миллиметровых электромагнитных волн . Поскольку геном каждой соматической клетки конкретного живого организма одинаков, возникают предпосылки рассматривать каждую клетку как активный центр в потенциальной возможности создания когерентного электромагнитного поля целостного организма (многомодовый лазер), реализующего таким образом геном на макроскопическом уровне.

Однако поскольку рассматриваемые активные центры (клетки) находятся в поглощающей водной среде, априори нельзя сказать, достаточно ли метаболической накачки потенциала мембран для того, чтобы система прошла порог неравновесного фазового перехода и поддерживалась за этим порогом в режиме лазерной генерации на протяжении всей жизни организма. Необходимы были свидетельства того, что такой режим действительно реализуется. Такие свидетельства были получены и экспериментально, и путем анализа представлений древнекитайской медицины через призму представлений синергетики.

Уровень целостности, обнаруживаемый живым организмом, столь высок, что оказывается сопоставим лишь с целостностью таких квантово-механических систем, как ядра, атомы и молекулы. Физика живого определяет живое как "четвертый (после ядерного, атомного и молекулярного) уровень квантовой организации природы, когда самосогласованный потенциал, обеспечивающий существование эффективных дальнодействующих сил, функционирует по типу лазерного потенциала в миллиметровом диапазоне электромагнитных волн".

Следует сказать, что и предмет физики живого не исчерпывает всей полноты существования живого организма. При всей новизне и фундаментальности физического определения живого, оно оставляет в предметном поле биологии и химии многие жизненно важные процессы, происходящие в организме и обеспечивающие для него возможность отвечать вышеприведенному определению. Важно то, что способность живого выступать в качестве квантово-механического объекта является определяющей для самого его существования в качестве живого, что это и составляет физическое отличие живого от неживого.

Определяя живое как четвертую ступень квантовой лестницы , С.П.Ситько рассматривает живые организмы как квантово-механические системы аналогично ядрам, атомам и молекулам. Квантово-механические системы, как известно являются наиболее устойчивыми из известных современной физике. Благодаря присущему им дефекту массы, разрушить их можно только при достаточно высоких уровнях энергии, характерных для каждого из типов таких систем. Целостность квантово-механических систем проявляется не только в их устойчивости, но и в несводимости квантово-механической системы к сумме составляющих ее элементов и взаимодействию между ними, что выражается и в нелокальности квантовых эффектов , и в том, что их спектры имеют линейчатый "одночастичный" характер, несмотря на сложную внутреннюю структуру. Недаром наука не сразу установила делимость молекул, атомов и ядер.

Все это позволило мне в свое время ассоциировать такие системы с гегелевской категорией тотального целого. Тотальное целое проявляется вовне через свою способность выступать в качестве элемента других систем, не обнаруживая внутренней структуры. Но рассмотрение чего-либо как тотального целого предполагает взгляд на него и изнутри как на "разворачивающееся в самом себе и сохраняющее себя единство, т.е. тотальность" .

Такой взгляд изнутри на целостность квантово-механических систем не как на данность, а как на результат самоорганизации был осуществлен С.П.Ситько, выдвинувшим единый для живого и неживого физический критерий устойчивой целостности квантово-механических систем. То, что квантово-механическая целостность живого организма, определяющаяся самосогласованным потенциалом, возникает и поддерживается по законам синергетики, дает надежду и другие квантово-механические объекты рассмотреть как самоорганизующиеся системы .

Так что в онтологическом отношении роль физики живого особая. Объединение синергетических и квантовых принципов в теоретических основаниях физики живого показывает, что возможна единая научная картина мира, где устойчивость всех систем рассматривается с единых синергетических позиций как самоорганизующаяся и самоподдерживающаяся динамическая устойчивость.

Такая картина мира может быть названа постнеклассической в собственном смысле этого слова, содержащем двойное отрицание. Как известно, диалектическая традиция связывает с двойным отрицанием синтез как возвращение на новом уровне к исходному тезису, обогащенному содержанием антитезиса. Отбросим схоластичность общих формулировок: в данном случае двойное отрицание означает, что на базе применения квантовой механики, являющейся достижением неклассической науки, открывается возможность некоего возврата к классической науке, хотя бы в виде квазиклассических подходов.

И действительно, когерентность электромагнитного излучения клеток живого организма определяет его существование в качестве макроскопического квантово-механического объекта. А макроскопический масштаб определяет применимость классической электродинамики к описанию распространения эффективного электромагнитного поля миллиметрового диапазона в организме. Благодаря этому можно опираться на известные законы отражения, преломления, интерференции электромагнитных волн при создании квазиклассических теоретических моделей некоторых явлений. Так, например, была создана теоретическая модель папиллярных линий как образующихся вдоль линий интерференции между прямой и отраженной от ногтей бегущих электромагнитных волн .

Любимая мысль одного из создателей физики живого профессора Ситько заключается в том, что живое - это не макроскопический квантовый эффект вроде сверхпроводимости или сверхтекучести, а макроскопический квантовый объект. Проявления же его - это макроскопические эффекты, которые могут быть предметом классической физики.

Таким образом, мы не только убедились в том, что сложность, темпоральность и целостность остаются присущи живому и когда оно становится предметом физики живого, но и в том, что в новой постнеклассической картине мира получает объяснение способность живого, благодаря относительной устойчивости его существования, оказываться в предметном поле классической науки, пусть и в ограниченном рамками этой науки виде.