Эрвин Ласло

Международное общество Системных Наук

Основания трансдисциплинарной единой теории

В статье высказывается предположение, что наиболее плодотворный подход к трансдисциплинарной унификации наук может заключаться в принятии эволюции в качестве основного понятия. Термин “эволюция” происходит от латинского evolvere, что означает развертываться, раскрываться. Впервые этот термин был применен, как оказалось, ошибочно, к развитию или “развертыванию” взрослого организма из крохотного гомункулуса, который, по предположению, существовал вполне сформированный в мужской сперме или женской яйцеклетке. Позднее, в XIX веке, понятие эволюции стали отождествлять с теорией Дарвина и областью макробиологии.

В наше время многие ученые, в первую очередь и главным образом биологи, по-прежнему склонны считать эволюцию биологическим понятием, не имеющим прямого или сколько-нибудь значительного приложения в других областях науки. Подобная точка зрения является частью организационно-когнитивной структуры науки, все еще остающейся во многом ориентированной на отдельные дисциплины. В результате любая попытка унификации предпринимается, главным образом, в границах отдельных дисциплин. Исследователи, работающие в конкурирующих между собой академических департаментах, с недоверием относятся к попыткам исследователей, работающих вне их специальной области, вторгнуться на их территорию.

Но разбиение на узко дисциплинарные территории неуместно, коль скоро речь заходит о единых теориях эволюционного разнообразия. Достаточно вспомнить хотя бы, что у нас имеются все основания полагать, что Вселенная, какой мы ее знаем, развилась из начального состояния хаоса (в том смысле, в каком употребляли это слово древние греки, - неупорядоченной сложности) в существующее ныне состояние космоса (или упорядоченной сложности). Все, что существует в нашей непосредственно наблюдаемой Вселенной, по всей видимости, является продуктом процесса структуризации, который начался в результате взрывной неустойчивости 15 (или, может быть, только 7 или 8) миллиардов лет назад. Более доступные и познаваемые явления макроскопического мира возникли впоследствии из того вероятного квантового фона, изучением которого занимается полевая физика. Синтез вещества начался в первые 10^-34 секунды и ознаменовал конец эры Планка; синтез все более тяжелых химических элементов продолжался с тех пор как в недрах звезд, так и в межзвездном пространстве. Биологическая эволюция началась на нашей планете где-то между 3,6 и 4,6 миллиардами лет назад; гоминиды появились несколько миллионов лет назад, а Sapiens возник как вид, способный к членораздельной речи, использованию орудий труда и абстрактному мышлению лишь на протяжении последних 100 Тысяч лет. И затем, примерно 20 тысяч лет назад, племенные сообщества Homo, подчиняющиеся нормам “ коммуникационных реалий”, ставших возможными благодаря увеличившемуся объему черепа, начали эволюционировать в современные сложные социокультурные и технологические общества.

Понятия и теории, развитые за последнее время в эмпирических естественных науках, превратили эволюцию как общее явление из предмета философских умозрительных построений в предмет научного исследования. Такие сочинения, как “Творческая эволюция” Бергсона, “Первые принципы” Герберта Спенсера, “Пространство, время и божество” Сэмюэла Александера, “Феномен человека” Пьера Тейяра де Шардена и “Процесс и реальность” Альфреда Норта Уайтхеда, хотя каждое из них является вехой непреходящего значения в эволюционном мышлении, все же в основном носит умозрительный характер. В случае современных эволюционных теорий есть сдвиг от частной метафизики к науке bona fide в значительной мере произошел благодаря созданию неравновесной термодинамики - термодинамики необратимых процессов.

Классическая термодинамика занималась изучением превращения в замкнутых системах свободной энергии в тепловую с последующим превращением порядка в случайность. В физике XIX в. высшим проявлением мысли, развивавшейся в этом направлении, стала идея тепловой смерти Вселенной. Но в первой половине ХХ в. физики открыли и начали изучать новые подходы. Опубликованная в 1931 г. Работа Ларса Онсагере “Соотношения взаимности в необратимых процессах” означала решительный поворот в сторону необратимых процессов, которые не приближают систему к термодинамическому равновесию, а уводят от него в 1947 г. Илья Пригожин посвятил свою докторскую диссертацию поведению сильно неравновесных систем, а в начале 60-х годов Аарон Качальский и П.Ф.Карран разработали математические основы новой науки - неравновесной термодинамики. Эти исследователи показали, что, сосредоточив все внимание на постепенных изменениях, происходящих в замкнутых системах, классическая термодинамика упустила из виду реальные системы, существующие в окружающем нас мире, - неравновесные системы, эволюционирующие нелинейно и открытые для потоков энергии из окружающей среды и в окружающую среду. Такие системы лежат в основе жизни: как заметил в середине 20 в. Шредингер, “жизнь питается негэнтропией”.

Открытая система вдали от термодинамического равновесия, совершая работу, рассеивает энтропию: пользуясь терминологией Пригожина , можно сказать, что она импортирует свободную энергию из окружающей среды и экспортирует в окружающую среду энтропию. Если такая система импортирует больше негэнтропии, чем рассеивает энтропиии, то она растет и развивается. В открытой системе изменение энтропии определяется уравнением dS=d_iS+d_eS, где dS - полное изменение энтропии в системе, d_iS - изменение энтропии обусловленное происходящими в системе необратимыми процессами, и d_eS - энтропия, перенесенная через границы системы. В изолированной системе, наоборот, величина dS всегда положительна, так как определяется только слагаемым d_iS, которое возрастает всякий раз, когда система совершает работу. В открытой же системе слагаемое d_eS может компенсировать энтропию, произведенную внутри системы, и даже превзойти ее. Поэтому величина dS в открытой системе не обязательно положительна: она может быть равной нулю или отрицательной. Открытая система может находиться в стационарном состоянии (dS=0) или может расти и усложняться (dS< 0). Соответственно, изменение энтропии в этом случае определяется соотношением d_eSЈ -d_iS, которое означает, что энтропия, произведенная необратимыми процессами внутри системы, переносится в окружающую среду.

Эволюция - негэнтропийная комплексификация системы - начинается, когда критическая флуктуация толкает сильно неравновесную систему еще дальше от теплового и химического равновесия. Новый порядок возникает в ходе взаимодействия критических флуктуаций при резком изменении фазы неустойчивости. Если система скорее эволюционирует, чем деэволюционирует, то по крайней мере одна из множества возможных флуктуаций должна подвергнуться “нуклеации”, т.е. быстро распространиться и охватить всю систему. Если такая “ нуклеация” действительно происходит, то вся система в целом претерпевает бифуркацию: у ее эволюционной траектории появляется новая ветвь - новая мода. Динамический режим, в который переходит система, устанавливает ту норму в окрестности которой в дальнейшем флуктуируют типичные значения параметров, характеризующих систему.

Возмущения, случайное взаимодействие критических флуктуаций и бифуркация, наступающая вслед за нуклеацией некоторых флуктуаций, - таковы ключевые элементы, которые определяют интерактивную динамику, отвечающую за эволюцию сильно неравновесных систем в природе. Мир, который мы наблюдаем сегодня, возник на нашей планете и, возможно, где-нибудь еще во Вселенной из общих начальных условий и дошел до своего современного диверсифицированного (но не упорядоченного) состояния. Этот процесс имеет универсальные аспекты: общие законы и закономерности применимы к необычайно широкому кругу эмпирических дисциплин.

Например, с возникновением неравновесной термодинамики и теории Большого Взрыва, равно как и космологии с многократно повторяющимися циклами, статистическая необратимость, бывшая до того достоянием биологических наук, вошла в физические науки. Необратимость была обнаружена и в социальных науках, прежде всего в истории и психологии. Помимо теорий циклической и вечной повторяемости и позитивистских ниспровержений значения крупномасштабных паттернов, многие ученые, работающие в сфере социальных наук, охотно воспользовались понятием социокультурной (социоэкономической или социотехнологической) эволюции. Аналогичные понятия появились в психологии и теории личности, где такие исследователи, как Пиаже и Кольберг, пролили свет на последовательное и явно необратимое развертывание перцепционных, интеллектуальных и моральных качеств и способностей индивида.

Разумеется, последовательный ход эволюции не означает, что она должна быть непрерывной. Разрывы заведомо существуют между явлениями физико-химическими, биологическими, происходящими с отдельным человеком или социальными, и именно эти разрывы были основными факторами, которые обуславливали стойкое разделение областей научного исследования на отдельные дисциплины. И все же различия между науками преувеличены до такой степени, что они способны ввести в заблуждение широкую публику. В результате мы имеем сегодня многочисленные высоко специализированные и проводимые не зависимо исследования Эволюции конкретных сущностей - таких, как звезд, бабочек, культур или личностей, но располагаем весьма немногими (если располагаем вообще) истинно универсальными понятиями эволюции как фундаментального процесса.

Если общие понятия и теории применимы к определенному кругу дисциплин, то специализированное исследование эволюции различных явлений отнюдь не обязательно должно быть препятствием на пути к сознанию трансдисциплинарной единой теории. В последнее десятилетие двадцатого века стало ясно, что процессы в физическом мире и в мире живого не являются “дополнительными” в том смысле, какой вкладывал в 20-е годы Бор, когда утверждал, будто добиться, чтобы физико-химические и биологические процессы одновременно находились в фокусе теории так же невозможно, как невозможно объединить волновой и корпускулярный аспекты кванта. Поскольку физические и химические свойства веществ, образующих живые системы, имеют физическое происхождение, было бы парадоксально утверждать, будто законы, которые управляют функционированием частей, принципиально и безнадежно несовместимы с законами, регулирующими деятельность целого. Вопрос состоит скорее в том, является ли формулировка этих законов в том виде, в каком они применимы к физико-химическим частям, адекватной для описания процессов, разыгрывающимися между сложными целыми, состоящими из этих частей.

Такая формулировка проблемы поднимает вопросы относительно существующих ныне интерпретаций в квантовой механике, релятивистской теории поля, классической термодинамике, генетике и теории биологической эволюции. Если в этих теориях обнаружатся какие-то взаимные несовместимости, то исследователям следует принять во внимание, что “нестыковка” может быть обусловлена какими-то изъянами в понятиях или их интерпретации, а не корениться в несовместимостях, существующих в природе. Ясно, что если не исходить из предложения о том, будто природа внутренне разделена на отдельные отсеки, то вряд ли следует настаивать на том, чтобы исследования природы непременно должны проводиться на основе отдельных научных дисциплин, разделенными непроницательными перегородками.

Совершенно не обязательно и даже не разумно, чтобы процессы физической, биологической и даже социокультурной эволюции должны подчиняться принципиально различным законам. Одни и те же фундаментальные законы, функционирующие в качестве природных алгоритмов могли бы создать интерактивную динамику, на базе которой во Вселенной начала бы строиться сложность - от уровня элементарных частиц до живых организмов и далее к экологиям и сообществам организмов.

Хотя эволюция - общий термин, имеющий широкое трансдисциплинарное хождение, его отнюдь не следует рассматривать как своего рода мешок, в который в беспорядке свалены понятия, означающие любое происходящее в природе изменение. При поверхностном рассмотрении может показаться, что из понятия эволюции нельзя исключить ни один процесс изменения, но, как показывает более глубокий анализ, в действительности становятся очевидными многие исключения. Прежде всего, хотя эволюцию допустимо рассматривать как теорию изменения, она отнюдь не является теорией всего разнообразия изменения. Часто случайные и полностью обратимые во времени паттерны изменения подлежат исключению: эволюция рассматривает исключительно изменение, которое (по крайней мере статистически) необратимо. Но даже не все разновидности необратимого изменения подпадают под юрисдикцию эволюции. Отличительный признак эволюционного изменения состоит в том, что необратимое изменение должно включать в себя процессы, приводящие к возникновению или по крайней мере к сохранению упорядоченной структуры в пространстве и времени. Такие процессы образуют четко упорядоченную последовательность, которую, должно быть, можно проследить от самых истоков Вселенной Через многочисленные иерархические уровни и процессы до любого состояния или процесса, который мы только захотим рассмотреть. Эволюция есть изучение прогрессирующего и продолжающегося, но не обязательно непрерывного и линейного и заведомо не вполне предсказуемого (хотя и логически объяснимого в обратную сторону) изменения, приводящего со статистической необратимостью от зарождения космоса к его нынешним и будущим состояниям.

Изложенные выше теоретические концепции укладываются в общую схему прогресса в эмпирических науках; они являются неотъемлемой частью потока научной инновации, начавшегося в древности. В одном из таких аспектах эволюционные трансдисциплинарные теории объясняют непрестанно предпринимаемые наукой попытки все глубже проникнуть в тонкую структуру Вселенной. Неделимый атом Демокрита был переоткрыт Дальтоном и Лавуазье как основная компонента газообразного вещества, но их атом оказался делимым. Поэтому нижний уровень - “пол” исследований углубился до уровня частиц окружающих ядро атома Резерфорда. После открытия квантовой природы света был достигнут еще более глубокий уровень: исследования перешли на уровень постоянной Планка. С открытием кварка острие физического исследования проникло в микромир еще глубже. Не удивительно, что внимание ученых сосредоточилось на квантовом вакууме - области, в которую погружены все эти все более мелкие абстрактные сущности. Пространство трансформировалось из пассивного евклидова пространства, лежащего в основе классической механики и превратилось в бурлящий, переполненный энергией вакуум новой физики, а при дальнейшей трансформации может стать интерактивным пятым полем в природе.

Все более углубляющийся уровень (“пол”) научного исследования расширил эффективный диапозон научного знания. В XVII веке галилеева физика описывала механические процессы на поверхности Земли. Позднее - ньютоновская механика распространила эти описания на все тела, движущиеся в инерциальных системах отсчета. В начале ХХ века Эйнштейн расширил сферу применимости физических законов, включив в нее ускоренные системы отсчета, движущиеся со скоростями вплоть до скорости света, а двумя десятилетиями позднее Бор распространил законы физики на субатомный мир. Недавно выяснилось, что релятивистская теория выполняется лишь до расстояний порядка 10^-8 м и что квантовая физика, хотя она и претендует на то, что правильно описывает явления вплоть до расстояний масштаба 10^-35 м, сталкивается с аномалиями (например, с аномалиями, связанными с плотностью энергии вакуума) на расстояниях порядка 10^-20 м. Но если трансдисциплинарная единая теория смешает истоки научного исследования с уровня квантов на уровень поля, играющего роль посредника между квантами, то наука расширяет диапазон построения теории и экспериментирования еще больше.

Поскольку эти канонические тенденции продолжаться в XXI веке, мы можем предвидеть в развитии естествознания наступление фазы, когда исследования, пока еще ограниченные рамками научных дисциплин, получат подкрепления посредством математической формулировки трансдисциплинарной динамики, приводящей в движение эволюционные процессы в различных областях наблюдения. Но коль скоро эволюция не будет знать дисциплинарных границ, трансдисциплинарная единая теория, которая непременно возникнет, будет описывать различные фазы и грани эволюционного процесса с инвариантными общими законами. Эти законы позволят исследователям описывать поведение и эволюцию квантов, атомов, молекул, клеток, организмов и систем организмов, возникающих из квантов по непротиворечивой, сформулированной математически и трансдисциплинарной единой схеме, в рамках которой универсальный интегро-дифференциальный оператор будет определять универсальную плотность в фазовом пространстве, а переменные - соответствовать обобщенным положениям и импульсам систем из реального мира в фазовом пространстве.

Теории, в которых предпринимается попытка трансдисциплинарной унификации нашего понимания физических, биологических и психологических явлений, порождают фундаментальное изменение в наших взглядах на самих себя и на мир. Самые фундаментальные предпосылки узко дисциплинарных теорий претерпевают очень тонкие, но значительные изменения. Этот процесс подробно описан в литературе по парадигмам; новая парадигма имеет наш взгляд на данные, внося изменения в наши наиболее глубокие допущения относительно природы исследуемых явлений.

Если унификация предпринимается в контексте всеобъемлющего (хотя, как мы видим, отнюдь не равномерного не непрерывного и не линейного) процесса, то в дело вмешивается специфический фактор - взгляд на мир. Мы перестаем смотреть на явления, на вещи или объекты, которые требуется описывать такими, какие они есть. Вместо этого мы описываем явления в терминах того, какими они будут. Перефразируя Эйнштейна (сказавшего, что в науке мы ищем простейшую возможную схему мышления, которая бы связала наблюдаемые факты) в контексте эволюционной теории, можно сказать, что мы ищем простейшую возможную схему, способную объяснить, как были порождены факты. Эту схему не нужно расчленять на части классическими границами научных дисциплин: она может быть единой и вместе с тем строгой. Возникновение такой схемы является составной частью прогресса эмпирической науки в конце ХХ и начале XXI столетий.

  Перевод Ю. А. Данилова