2.9 Системный анализ и интеграция физического знания

Отметим, что изучение опыта математизации физики в рамках системного подхода должно принимать во внимание его коммуникативную природу как опыта реализации диалога математики и эксперимента. Короче говоря, системный подход должен применяться ко всем коммуникативным средствам физического познания в его историческом развитии.

С этой точки зрения основной недостаток ранних программ ОТС состоял в том, что они не принимали во внимание системно-коммуникативную организацию концептуальной структуры физики в целом, взятую в состоянии ее динамического развития, рассматривая проблему интеграции знания только как междисциплинарную. При этом, как отмечает П.Кос, упускалось из виду, что проблема эта вовсе не исчезнет и внутри отдельных дисциплин, в том числе и в такой наиболее развитой, как физика, в рамках которой были созданы весьма эффективные способы ее решения. [202]

В этой связи особый интерес представляет принцип соответствия, сформулированный Н.Бором в процессе создания квантовой механики, и являющийся в настоящее время одним из важнейших принципов современной теоретической физики. Согласно этому принципу новая теория, описывающая более широкий круг явлений, чем предшествующая ей старая, не упраздняет последнюю, а лишь ограничивает область ее применимости. Там же, где области применимости старой и новой теорий совпадают, их предсказания должны находиться в асимптотическом соответствии друг с другом.

Принцип соответствия имеет важное коммуникативное значение в структуре физического знания, выступая в качестве исторического принципа, интегрирующего знание во времени в целостную многоуровневую систему теорий и моделей. Причем принцип соответствия действует не только в направлении «от настоящего к прошлому», но и от «настоящего к будущему», являясь основанием для самых разных физических экстраполяций.

В использовании эвристических возможностей, заложенных в принципе соответствия, в его различных конкретных вариантах, заключается один из секретов эффективности процесса теоретизации в физике, самые абстрактные концептуальные конструкции которой всегда строятся в коммуникации с системой предшествующих моделей, уже так или иначе апробированных в исследовательской практике либо путем непосредственного сопоставления с экспериментом, либо во взаимосвязи с другими фрагментами физического знания, достоверность которых считается надежно установленной.

Обсуждая проблему средств коммуникации между различными теоретическими системами, уровнями репрезентации знания, нельзя не упомянуть об особой связующей функции статистической механики, которую та выполняет по отношению ко всей физике в целом. Следует специально подчеркнуть, что речь идет именно о связующей, а не редукционистской функции, поскольку статистическая механика вовсе не редуцирует уровень феноменологической термодинамики к уровню микроскопического описания, как это иногда ошибочно полагают. [266] Статистическая механика является инструментом соотнесения двух относительно автономных уровней описания физической системы — микроскопического и макроскопического. Данное обстоятельство имеет принципиальное значение не только для понимания принципов репрезентации физического знания, его динамики, но и для понимания возможностей его междисциплинарной коммуникации, в полной мере раскрывающейся, однако, только в синергетике. Опуская технические детали, прежде всего кратко поясним саму идею уровня репрезентации знания в физике в том виде, как она возникает в рамках статистического подхода: во-первых, вводится понятие фундаментальной микроскопической динамики поведения физической системы, описываемой в терминах динамических переменных {x1…xN}, которыми могут быть не только координаты и импульсы, но и волновые функции, полевые операторы, элементы S-матрицы. Далее в рассмотрение вводятся макропеременные {у1…уS}, такие, что S <=N и yI=fi( ...xi). Характер этих соотношений конкретизируется в разных формах, в зависимости от специфики физической ситуации. В чисто символическом виде оно может быть представлено как отображение {x}—>{y}. Описание физической системы с помощью набора макропеременных уj будет в таком случае сокращенным, более простым по отношению к более детальному описанию, использующему совокупность микропеременных xi, и оно будет называться макроскопичским уровнем, или описанием в определенном макроскопическом масштабе, если оно относительно замкнуто и причинно. Последнее означает, что задание начальных условий на уровне макроописания достаточно для определения у переменных в более поздние промежутки времени. В этом пункте понятие «уровень описания» может быть связано с математической концепцией структурной устойчивости. Эта связь может быть установлена следующим образом: всякое экспериментирование включает в себя взаимодействие между исследователем и исследуемым им объектом, и это взаимодействие в принципе не может быть сделано пренебрежимо малым. В то же время, исследователь должен быть уверен, что произведя измерение над одним и тем же исследуемым объектом, он сможет соотнести их с расчетными данными, полученными с помощью имеющейся у него теоретической модели. Однако это важнейшее требование соответствия вычисляемого и измеряемого нарушается в случае, когда мы имеем дело с неустойчивыми системами, которые радикально меняют тип своего поведения в ответ на сколь угодное малое воздействие. Они оказываются неизмеряемыми в случае, если речь идет о неустойчивости физической системы, или невычисляемыми, если речь идет о неустойчивости ее концептуальной модели.

Таким образом, уровень описания системы для своего определения требует указания на конкретный операциональный базис. А это, вообще говоря, делает невозможным выявление, исходя только из микроописания системы и статистических методов, всех существующих в ней «скрытых» стабильностей. [208] Последние обнаруживаются, как правило, экспериментальным путем, как это было в случае термодинамики, где такие устойчивые характеристики системы, как температура, давление были известны заранее из опыта.

Из сказанного видно, что статистическая физика имеет первостепенное коммуникативное значение в процессе общего развития физического знания. Статистическая физика, соотнося уровни описания физических систем, оказывается мощным инструментом сжатия информации, повышения ее ценности, основой формирования так называемых «промежуточных» концепций и понятий, языков и диалектов, идеализаций и конвенций, которые создаются в физике в пространстве диалога математика-эксперимент. Примером таких концепций могут служить понятия квазичастицы, поверхности Ферми в физике твердого тела и целый ряд других моделей и образов, возникших в зоне контакта языков теории и эксперимента.

Существование в физике сети промежуточных концепций, «коммуникаторов», приближенных моделей и идеализаций долгое время не рассматривалось в методологии науки в качестве факта, который имеет принципиальное значение для понимания строения реального физического знания и динамики его развития. Считалось, что такого рода концепции являются, по существу, не более чем «строительными лесами» возводимого здания физики, и имеют, следовательно, чисто внешнее и временное к нему отношение.

Эта точка зрения довольно долго не вызывала особых возражений и у самих физиков. Редким исключением здесь является небольшая заметка В.А.Фока, написанная им в 1936г. и посвященная анализу принципиальной роли приближенных методов в физике. [154] В этой заметке указывалось, что в физике помимо обычного пути образования новых физических понятий в результате возникновения более общих теоретических систем, существует и иной путь, в известном смысле ему обратный. Это путь создания новых понятий, тесно связанный с разработкой приближенных методов решения поставленных теорией и экспериментом задач.

Позднее на это же обстоятельство обратил внимание Дж.А.Уилер в своем выступлении на юбилейном симпозиуме, посвященном 400-летию со дня рождения Галилея в 1964г. Отметив, что: «Чем больше мы накапливаем знаний в двух замечательных областях физики — ядерной физике и физике твердого тела, тем лучше мы понимаем, что существует целый ряд промежуточных концепций, которые мы развиваем на пути исследований», и что «только благодаря подобным концепциям оказывается возможным извлечь суть из огромного числа экспериментальных данных или расчетов волновых функций с помощью сколь угодно совершенных вычислительных машин», Уилер далее специально указал на междисциплинарное значение этого аспекта методологии физики.

Подобные мысли высказывались впоследствии и в более конкретном контексте «встречи физики и биологии». Так, в 1976г., заканчивая обзор идей и принципов квантовой физики твердого тела, М.И.Каганов и И.М.Лифшиц выражали убежденность, что несмотря на очевидные различия между кристаллом и живым веществом, «идеи и представления, возникающие при изучении квантовых свойств твердых тел найдут себе применение в физике живого».

Синергетика этот прогноз вполне оправдывает. Эта коммуникативно-деятельностная ориентация в физике находит свое выражение в сетевом многообразии взаимодополняющих друг друга систем представления знания, существенно повышающих коммуникативный потенциал ее междисциплинарного взаимодействия. И в этом взаимодействии формируется системы новых языков и их совместного синергетического использования.

По мнению Каганова и Лифшица, физика твердого тела может быть полезной в междисциплинарном контексте «не столько своими конкретными результатами, сколько примером создания новых понятий при переходе от одного уровня организации материи к другому».

Наконец, кратко остановимся на программе экологических исследований. Они важны с точки зрения синергетики, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, потому, что они междисциплинарны, и вопросы междисциплинарной коммуникации для них — это вопросы практики повседневной работы. И второе. В центре этих исследований, в их фокусе находится система «организм — окружающая среда». Или система «организм-организм». А в этой системе главной проблемой является проблема границы, проблема различения, прямо ведущая к проблеме наблюдателя и коммуникации. Тем самым, системно-экологическая проблематика становится предметно подобной проблемному полю гештальт-терапии. С другой стороны, она не просто заимствует опыт физического познания, но и коммуникативно реинтерпретирует его, выходя на его синергетическое измерение. Физика в этом плане предстает в виде растущей коммуникативной системы, сети узлов и отношений, содержащей наборы моделей и пакеты программ, упорядоченных по принципу гибкой иерархии, нижние этажи которой занимают модели классической физики эпохи Галилея и Ньютона. В этом своем качестве физика обретает свое историческое измерение как наука, современный аппарат исследования которой опирается на глубокие традиции, связанные в конечном счете со всем контекстом развития человеческой культуры в целом.