Жизнь с точки зрения физики и химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Жизнь с точки зрения Химии.

Мир - это единая материальная субстанция. Ее важнейшим способом существования является процесс развития. Материальное единство мира выражается поэтому в единстве мирового процесса развития, т. е. в едином закономерном мировом процессе. Субстанциальное единство мира проявляется в его процессуальном единстве. Идея единого мирового процесса была разработана Энгельсом и Лениным и включена в число важнейших, обобщающих идей диалектического материализма. Согласно Ленину, мир есть «вечный процесс» «мир есть вечно движущаяся и развивающаяся материя», «единый, закономерный мировой процесс».

Единый мировой процесс  представляет собой закономерную последовательность ступеней, возникающих в результате спонтанного развития субстанции, которая  порождает их из самой себя в силу своей природы. Основой единого  мирового процесса служит аккумуляция  содержания в процессе развития. Каждая последующая ступень, возникая из предшествующей, не устраняет, а сохраняет ее в  себе. Тем самым субстанция «... не только ничего не оставляет позади себя, но несет с собой все приобретенное  и обогащается и сгущается  внутри себя» (Гегель). Мировой процесс  есть бесконечное восхождение от низшего к высшему.

Известные современной науке  четыре основные формы материи выступают  в качестве ступеней единого бесконечного мирового процесса развития. Представление  о едином мировом процессе развития является синтезом философских и  конкретно-научных обобщений.

 
Физическая форма  материи.

В отличие от других, физическая форма материи (ФФМ) известна нам, более  или менее достоверно, лишь с некоторого относительно простого уровня - лептонов и кварков, выше которого следует уровень «сильнодействующих» (участвующих в «сильных взаимодействиях») элементарных частиц (протонов, нейтронов, мезонов, гиперонов и т. д.), атомов, макротел, космических объектов, включая крупнейшее известное нам образование - Метагалактику, или «нашу Вселенную», «Вселенную в космологическом смысле». Разрабатываются гипотезы о более простых, чем кварки, физических элементах или структурах - протокварках, «струнах» и т. д. Наиболее элементарный, по-видимому, уровень ФФМ - сингулярное состояние остается пока предметом гипотез и, в силу этого, современная физика еще не располагает единой фундаментальной теорией ФФМ. В более укрупненном плане ФФМ может рассматриваться как составленная из двух основных форм физической материи - вещества и поля.

Проникновение науки на субфизический  уровень позволит глубже понять природу  физических объектов и явлений. Химическая форма материи является, таким  образом, закономерным продуктом развития масс-энергетических процессов, закономерным результатом развития физической формы  материи.

 

 

 

 

Химическая форма  материи.

Особенности химической формы материи. Химическая форма материи (ХФМ) включает уровни от атома до макромолекулярных комплексов, лежащих в преддверии живой материи. В современной науке выделение химического как одной из основных форм материи, ступени единого мирового процесса связано с большими теоретическими трудностями, преодоление которых возможно только совместными усилиями теоретической химии и философии. В условиях современной научно-технической революции грани между основными формами бытия становятся чрезвычайно подвижными и самостоятельное существование фундаментальных наук может быть установлено только с помощью глубокого философского анализа, т. е. с использованием форм мысли, которые выходят далеко за рамки частнонаучного мышления.

Известно, что современная  химия стала зрелой наукой, когда  она получила хорошо разработанный  физический фундамент, прежде всего  — квантовую теорию химической связи. Процесс проникновения понятий  и методов физики в химию привел к появлению редукционизма - современной формы механицизма, заключающейся в попытке полного сведения химического к физическому, растворения химического качества в физическом, или, иначе, физикализму. Эта попытка является частным случаем редукционизма вообще, выражающегося также в тенденции сведения биологического к химическому, социального к биологическому и, в конечном счете - всех высших форм материи к физической (радикальный физикализм). С позиций радикального физикализма все формы материи являются лишь различными модификациями физической реальности. Физикализм и редукционизм имеют некоторые основания, чрезмерно преувеличиваемые и абсолютизируемые. Как известно, химическая форма материи «строится» из физической. Химический атом синтезирован из протонов, нейтронов и электронов. Химическое, как и любая другая форма материи, возникает на основе предыдущей и включает часть ее в себя, в качестве своей «основы» или «фундамента». Поэтому каждый элемент или «шаг» химической формы материи имеет свой физический «эквивалент». Каждый химический атом выступает также как уникальное физическое образование и может быть описан как физическая индивидуальность. В тенденции физика должна под своим углом зрения объяснить все химические феномены и связи. «...Вся система химических элементов во всем ее широком многообразии в настоящее время в принципе может быть выведена из законов физики» (Хиншелвуд). 
Однако совершенно бесспорно, что от физического описания и объяснения ускользает собственно химическое качество и, тем более, качества жизни и социальной жизни. Проблема «неуловимого химического качества» разрешима только на основе целостного подхода к миру, взгляда на мир как единый закономерный процесс, в котором химическая форма материи занимает свое закономерное место и может быть понята в сопоставлении с другими формами материи. Обычно химическое качество связывается химиками с атомами как неделимыми химическими целостностями. Известный специалист в области философских вопросов химии Б.М. Кедров определял атом как «исходную химическую клеточку», своего рода химическую единицу и рассматривал целостность атома как основной аргумент в пользу несводимости химического к физическому. Однако этот аргумент, действительно свидетельствуя в пользу существования химического качества, обнаруживает в то же время свою существенную недостаточность, поскольку с точки зрения квантовой механики атом является и физической целостностью, на основе которой возникает химическая целостность. Поэтому в некоторой степени схваченное, химическое качество все же от нас ускользает. В определении химического качества мы несколько продвинемся дальше, если учтем, что физическая целостность атома является целостностью физического многообразия - ядра и электронов, которые остаются всецело физическими образованиями, а химическая целостность - слитно и неделима. В пользу специфического и несводимого химического качества говорит, далее, тот факт, что ни одна фундаментальная химическая проблема, несмотря на ее огромную роль в химии, не способна объяснить, что в химическом есть собственно химическое. Как отмечает Г. Фукс, предмет химии может быть адекватно понят только химией. «...Никакие физические методы сами по себе, - утверждает М.В. Волькенштейн, - не были бы в состоянии установить структуру сложных молекул без химических исследований». Сильным аргументом в пользу качественного своеобразия химической реальности является ссылка на основной химический периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым. Химическую реальность поэтому нередко определяют как «менделеевский мир». Однако и эта ссылка не дает окончательного решения вопроса о специфическом химическом качестве.

Существенным свидетельством в пользу своеобразной химической реальности является тот факт, что химические связи между качественно различными атомами в физическом отношении  различаются только количественно. Так, связь Н-С отличается от связи H-F с физической стороны лишь различной полярностью или разностью электроотрицательности атомов (0,4 и 1,9). С химической же стороны — это связи водорода с качественно различными химическими элементами. 
Наиболее крупным аргументом в пользу признания несводимого химического качества, своеобразной химической формы объективной реальности является то, что химический мир — это над-масс-энергетический мир, в котором слабые масс-энергетические процессы хотя и имеют место, образуя физическую основу химизма, но не определяют его природы. Как отмечает Э.Штрекер, «вещество и качество, как таковые, нигде не выступают в уравнениях физики. Вещество выступает в них только в виде массы, а качество имеет значение лишь постольку, поскольку встречающиеся иногда в функциональных уравнениях константы имеют для каждого вещества свои числовые значения. Еще не было никакой возможности выразить вещественную природу в ее качественной специфичности в виде массы и числа». 
Химический мир, как подметил еще Гегель, характеризуется несравненно большим качественным многообразием, чем физический. Образуясь всего из трех основных элементарных частиц (причем частиц, обладающих наибольшим многообразием физических связей). Химический включает свыше 100 химических элементов, из которых возникает огромное качественное многообразие химических соединений. В отличие от ядер и электронов химические соединения обладают ярко выраженной индивидуальностью. Д. И. Менделеев подчеркивал, что химический мир — «это целый живой мир с бесконечным разнообразием индивидуальностей как в самих элементах, так и в их сочетаниях». Масс-энергетические взаимодействия в химии характеризуются значительно меньшей индивидуальностью, чем над-массэнергетические. Последние связаны прежде всего с одним из важнейших свойств химических веществ - химическом сродством.

 
Химический способ развития материи

Качественно более сложный  химический субстрат обладает новым, отличным от физического, способом развития. Понятие  сложности применительно к химической форме материи, очень важно, поскольку  это понятие является одним из основных для теории развития. С  этих позиций сложность химического  элемента складывается из непосредственной сложности, которая выражается в  его способности вступать в связи  с большим или меньшим числом элементов, и внутренней сложности, выраженной в его эволюционном, потенциале, и в этом смысле может быть названа  полной, сложностью.

При определении критерия сложности химических элементов  и соединений нужно учитывать, во-первых, что сложность как таковая  есть интегрированное многообразие, а во-вторых, что критерий сложности  имеет комплексный характер и  не может быть пригодным в равной мере для всех случаев. Критерий сложности  химических элементов включает два  основополагающих признака: 1) способность  образовывать многоатомные структуры, в особенности длинные цепи, 2) способность вступать во взаимодействие с тем или иным качественный многообразием  элементов. Обобщая эти признаки, можно сказать, что критерием  сложности химических элементов  является интегративная способность, способность интегрировать большее  или меньшее качественное и количественное многообразие элементов. В этом случае критерий сложности химических элементов  будет иметь итоговый характер, т.е. учитывать всю совокупность связей химического элемента, все многообразие образуемых им соединений и, в конечном счете, «итог» химического развития – образование живого.

Критерий сложности химических соединений, с одной стороны, является производным от критерия сложности  элементов, а с другой - выступает  как более сложный. Он должен включать шесть основных признаков: 1) количество атомов, составляющих соединение, 2) многообразие элементов, входящих в его состав, 3) сложность основного элемента (или элементов), на базе которого построено  соединение, 4) длина цепи, 5) каталитическая активность, 6) способность вступать в многообразные типы реакций.

Все признаки, включенные в  критерий сложности химических соединений, имеют более или менее общий  характер и должны быть конкретизированы более частными признаками. Для применения критерия сложности необходима объективная  шкала, составленная системой химического  мира, в основе которой лежит магистральное направление развития. «Магистраль» развития не только делает применимым критерий сложности, определяя вес каждого входящего в него признака, но и вносит существенные дополнения к нему, главное из которых – роль химического соединения в общем процессе развития химизма, «вклад» его в процесс порождения жизни. Общим направлением химической эволюции является движение от низшего к высшему, от простого к сложному. В пределах его можно выделить главное, или магистральное направление, связанное с углеродом, как наиболее сложным, и «перспективным» элементом, и другими элементами-органогенами. Все остальные направления химической эволюции, связанные с элементами - неорганогенами, можно отнести к тупиковым, или побочным, направлениям.

Химические элементы составляют низший, наиболее простой и исходный уровень химической эволюции. Они  возникают в результате предшествующего  физического процесса эволюции и  обладают неодинаковой физической и  химической сложностью Установлена  замечательная особенность разнородного усложнения физических и химических атомов в ходе роста их порядкового  номера в системе Менделеева. Если в физическом отношении химические элементы, начиная с водорода, усложняются  сравнительно однородно и линейно, так что уран и следующие за ним элементы оказываются безусловно более сложными, чем предшествующие, то химически элементы усложняются  нелинейно. Первоначально их химическая сложность быстро растет, достигая максимума у углерода, а затем  резко падает. Уран в физическом отношении сложнее, а в химическом — значительно проще, чем углерод. Последний — наиболее сложный  химический элемент, обладающий наивысшим  потенциалом химического развития. В той или иной мере близкими углероду эволюционными потенциалами обладают О₂, Н, азот, сера и фосфор. В силу этого С, Н, О₂ и другие химические элементы играют главную роль в химической эволюции, закономерно приводящей к появлению жизни, и называются поэтому элементами-органогенами. Менделеев писал, что «ни в одном из элементов такой способности к усложнению не развито в такой мере, как в углероде».

В основе представления о  химическом способе объективно-реального  существования и развития лежит  понятие химической реакции. Претерпев  большую эволюцию в истории науки, это понятие находится в центре теоретических представлений современной  химии. В понятии реакции химический способ объективно-реального существования  и развития определен применительно  к отдельным превращениям. Химическая реакция - относительно самостоятельное превращение, связанное с некоторым конечным числом реагирующих субстратов.

Прямой субстратный синтез как интегральное направление химического  развития. Химический процесс есть единство синтеза (ассоциации) и распада (диссоциации). Поскольку химический синтез приводит к усложнению веществ, он является химической формой прогресса, а диссоциация - химическим проявлением  регресса.

Существуют три  основных вида химического субстратного синтеза: элементарный, каталитический и информационный, выясняется коренная особенность химического субстратного синтез состоящая в том, что переход в новое качество не может осуществлен отдельным самостоятельно существующим субстратом, поскольку он не обладает достаточным богатством внутреннего содержания и нуждается в существенном дополнении другим. В химическом развитии новое качество выступает как паритетный результат двух или более субстратов. По мере развития химического в направлении к живому усиливается процесс субстанциализации, заключающийся в обогащении внутреннего содержания отдельного химического субстрата как «субъекта изменений» (К.Маркс), повышении его роли в развитии химической формы материи как целого.

Субстратный синтез не является исключительном достоянием химической формы материи, – он существует также в физической форме, где выражен в четырёх основных видах, связанных о основными видами физического взаимодействия: гравитационным, слабым, электромагнитным и сильным. Субстратный синтез выступает в качестве общего для физической и химической форм материи способа объективно-реального существования и развития, однако он обладает в них своей существенной спецификой. Физические синтезы – суть масс-энергетические, т. е. синтезы, в которые непосредственно вовлечены масса и энергия как два важнейших свойства физической формы материи. Химический субстратный синтез - прежде всего над-масс-энергетический синтез, хотя он и происходит с помощью физического (электромагнитного) синтеза, связанного с изменением внешней электронной оболочки атомов. В отличие от «суммарного» и «массового» характера физического синтеза (в особенности наиболее универсального - гравитационного), химический синтез имеет высокоизбирательный характер, ибо происходит по законам химического сродства. Благодаря сродству, проявляемому качественно различными элементами друг к другу, химический синтез есть не просто притяжение субстратов, но их взаимное изменение с потерей ряда прежних и приобретением новых общих свойств. Это синтез избирательно взаимодействующих качеств.