Механистический и системный подходы в науке

Механистический и системный подходы в науке 

Давно подмечено, что к пониманию сути явлений  можно идти двумя путями: редукционистским и холистский. Редукционизм предполагает необходимость разложения явления  на составляющие его детали, механизмы  и прочие частности. Считается, что, зная механизмы данного явления, мы можем судить о явлении в целом, а значит, прогнозировать его, воспроизводить и использовать в практике. Холизм исходит из наличия факта существования самого явления как некой целостности, не вдаваясь в вопросы о механизмах его реализации. Зная особенности этой целостности, можно прогнозировать свойства элементов, из которой она состоит.

В частности в физике, можно выделить два класса законов  природы: дифференциальные (например, второй закон Ньютона, уравнения Максвелла и т.п.) и интегральные (например, законы сохранения энергии, импульса и т.п.). В экологии также прослеживаются две тенденции к изучению явлений: популяционный, рассматривающий природу как совокупность взаимодействующих друг с другом популяций различных видов растений и животных, и экосистемный, исходящий из факта целостности и единства экосистемы, как некоего слаженного организма. И в этом плане, например, нет принципиальных отличий между многоклеточным организмом, как четко упорядоченной системой одноклеточных существ, и социальным организмом, то есть системой многоклеточных существ. Именно на понимании природы как единого организма построен данный курс экологии.

Впервые достаточно последовательно  и продуманно редукционистский подход использовал в научной деятельности Исаак Ньютон, и тот достаточно хорошо себя оправдал. Всеми достижениями современной цивилизации мы обязаны именно редукционистскому подходу. Этому способствует ряд его достоинств, основанных на понятии моделирования.

Построению любой модели предшествует процесс изучения реального объекта - оригинала. В результате мы выявляем его наиболее существенные стороны. Этот процесс называется анализом. Затем мы воспроизводим выявленные стороны оригинала в модели, после чего модель оказывается подобной оригиналу с точностью до отсеенных несущественных деталей. Этот процесс называется синтез.

Изучая реальное явление, мы не можем учесть всех связей, поэтому  выделяем только наиболее существенные его стороны, не учитывая второстепенных. Поэтому модель всегда отражает процессы, протекающие в оригинале, лишь с определенной степенью точности. Это разгружает модель от несущественных деталей, позволяя добиться четкого и ясного понимания некоторых конкретных механизмов реальных явлений.

В то же время в модели не находят отражение такие стороны явлений, которые человек либо посчитал несущественными, либо упустил из внимания. Поэтому моделирование никогда не дает абсолютно точного результата. Всегда есть вероятность существенной ошибки. И тем не менее достигнутая точность оказывалась, как правило, достаточной для технической реализации полученных знаний.

Успех редукционизма породил  в науке так называемый механистический  подход к пониманию явлений природы, в основе которого лежат четыре его  наиболее основополагающих принципа:

1) редукционизм - первопричины  всех явлений лежат в поведении  элементов, из которых построено  явление; знание законов микромира  определяет уровень наших знаний  макроявлений;

2) экспериментальность - все можно измерить (дать количественную оценку), неизмеряемым сущностям нет места в науке;

3) повторяемость - научным  считается только такой результат,  который может быть повторен  в других лабораториях и прочих  научных подразделениях;

4) антителеологичность - все, что кажется целенаправленным, можно объяснить действием естественных "слепых" законов природы.

Благодаря своим успехам  в исследовании вещественно-энергетических качеств природы механистический  подход прочно утвердился в психологии не только ученых, но и людей, далеких  от науки. Однако сложившиеся стереотипы мышления до сих пор не позволяют сдвинуться существенно в понимании так называемых "сложных систем", к числу которых, в частности, относятся все биосистемы, поведение которых не удается объяснить в рамках механистического подхода.

Особенность сложных систем - существенная взаимосвязь их свойств. Поэтому однофакторные эксперименты над сложными системами не эффективны, а многофакторные не позволяют выявить  простых законов, которым бы подчинялись  сложные системы, и которые абсолютизирует механистический подход. Многие свойства сложных систем оказываются понятными только при рассмотрении систем как единого целого, которое, в принципе, невозможно разложить на составляющие (попробуйте, например, разложить на составляющие свое "Я").

И тем не менее надежды ученых всего мира понять феномен жизни исходя из принципов редукционизма живы и по сей день. Поэтому мы пытаемся досконально изучить строение тел живых организмов, строение клеток, из которых они построены, строение молекул и т.п. Мы уже добились впечатляющих успехов. Мы знаем, какие участки мозга управляют различными подсистемами организма. Умеем вызывать у подопытных животных чувство наслаждения или раздражения, возбуждая определенные центры мозга. Но до сих пор от понимания ускользает природа целесообразности, в соответствии с которой происходит организация взаимодействия всех подсистем организма, и не только организма, но и природы в целом. И уж совсем за рамками понимания остаются феномены идеальных образов, творимых человеком для понимания мира и управления своим организмом.

Оказывается, что попытки  понять мир только исходя из принципов  редукционизма изначально несостоятельны.

Еще в древности был  сформулирован принцип единства Вселенной: все явления Вселенной  находятся в тесной и неразрывной взаимосвязи. То есть любое явление, любое изменение "сигнализирует" о себе во все "уголки" Вселенной. Современная наука с этим полностью согласна. Например, одной из моделей электрона является "облако вероятностей", то есть нечто, "размазанное" по всей Вселенной, что позволяет в принципе обнаружить данную частицу в любой сколь угодно далекой точке, но с разной вероятностью. Вся Вселенная погружена в это облако и любое явление воздействует на него. Свойство заполнять собой всю Вселенную можно распространить на любое явление природы, которое оказывается связанным с другими явлениями бесконечным количеством связей. Если мы не учтем все связи, то не получим полного знания о данном явлении, а значит, заранее обречены на непонимание, ошибку в своих рассуждениях.

Но рассудок не в состоянии  вместить в себя всю бесконечность  многообразия связей данного явления, поэтому изначально предполагает наличие  ошибки. В основе этой ошибки лежит  склонность нашего рассудка к точности и непротиворечивости знаний. Именно эта идея заложена в самом фундаменте механистического подхода.

Но, как оказалось, попытки  понять мир, опираясь на непротиворечивые системы знаний, противоречат самим  законам логики. Впервые формально  точно это было показано К. Геделем. В 1931 году он на примере арифметики как одной из точных систем знаний дал доказательство так называемых "теорем о неполноте":

1) если арифметическая  формальная система непротиворечива,  то она неполна;

2) если арифметическая  формальная система непротиворечива,  то не существует доказательства ее непротиворечивости, проведенного средствами, формализуемыми в этой системе.

То есть попытки построения любой полной и одновременно точной и непротиворечивой системы знаний неразрывно связаны с появлением предложений, и утверждение, и отрицание которых в равной степени формально выводимо в этой системе, а именно: некоторое предложение А формально доказуемо тогда и только тогда, когда доказуемо и его формальное отрицание не-А. Данное противоречие может быть разрешено только со стороны некоторой метаобласти (надсистемы) по отношению к данной системе. В качестве такой метаобласти, то есть в качестве беспристрастного судьи, обычно выбирается природа. Человек ставит эксперимент, и сама природа, как ему кажется, однозначно определяет, какое из предложений - А или не-А - является истинным. Такое предложение затем вносится в данную систему знаний в качестве аксиомы, закона природы, то есть без доказательства, как данность.

Как оказалось, подобные противоречивые формулы возникают всякий раз, когда  мы пытаемся сформулировать в рамках данной теории какое-то глобальное обобщение, то есть придать данной системе знаний полноту, выраженную в глобальной формуле, из которой можно вывести любое частное знание. Наиболее простой и распространенный пример - парадокс лжеца: "все, сказанное мною, есть ложь" (если я действительно такой лжец, то по крайней мере в этой фразе я говорю правду, но, значит, не все, сказанное мною, есть ложь, попытка обобщения приводит к отрицанию исходной аксиомы "я лжец"). Поэтому, идя путем точных знаний, мы обречены на их бесконечную множественность, не дающую нам право сделать глобальное обобщение, чтобы одной стройной формулой или теорией объяснить мир или хотя бы одно из явлений этого мира. Но бесконечность это слишком много, рассудок не в состоянии познать мир без обобщений. Поэтому мы должны смириться с тем, что природа изначально противоречива. Но, может быть, довериться эксперименту, который расставит все по своим местам и снимет противоречие?

Как оказалось, природа также  не может выступать в роли беспристрастного судьи. Так, одна группа экспериментов может однозначно свидетельствовать в пользу волновой природы света, другая же - в пользу корпускулярной. Но две эти теории взаимно исключают друг друга, как А и не-А. Похоже, что противоречивость лежит в самой основе мироздания.

Впервые к этому  выводу пришла квантовая теория, когда  один из ее основателей, Н. Бор, сформулировал  так называемый "принцип дополнительности", который говорит о том, что  понять явление можно только применив для этого взаимоисключающие классы понятий, которые могут использоваться обособленно в зависимости от конкретных условий, но только взятые вместе дают полное знание о данном явлении. Примером применения данного принципа является признание двойственной корпускулярно-волновой природы микрочастиц.

Таким образом, в понимании любого явления мы можем выявить по крайней мере две абсолютно отрицающие друг друга  точки зрения, каждая из которых будет по-своему верна (будет иметь своих убежденных сторонников), но в отдельности они будут отражать только часть истины. И только в компромиссе между обеими точками зрения лежит полное понимание сути явления. Здесь наука вплотную столкнулась с давней философской концепцией дуальности и противоречивости мира (инь и ян).

Распространение принципа дополнительности и квантованности на категории пространства и времени  позволили сформулировать вывод  о том, что на субквантовом уровне весь мир существует как "неделимая единица" (Д. Бом). То есть стоит выйти за определенные достаточно малые пространственно-временные размеры, как мир теряет свойство множественности и разделенности на относительно обособленные элементы (тела, объекты и т.п.) и предстает как нечто физически неделимое, сплошное, как целое, единица, монада.

Фактически  о мире нельзя утверждать ни то, что  он есть нечто множественное, ни то, что он есть только единое (принцип  дополнительности). Его множественная  структура несомненна на уровне макромира, но по мере углубления в микромир все более обнаруживается относительность выделенности и самостоятельности элементов мира, пока наконец не исчезает всякое различие на субквантовом уровне (при приближении к планковской длине порядка 10-32 м, меньше этой длины в природе не существует, так как в этих масштабах само понятие пространства теряет смысл), где обнаруживается противоположная и дополнительная сторона мира, как "неделимого целого". Судя по всему эта же сторона мира выходит на первый план, когда мы пытаемся охватить единым пониманием и структуры мегамира, в частности Вселенную в целом.

Это значит, что  наряду с очевидной для нас  стороной мира, как нечто множественного, то есть некоторого пространственно-временного континуума, в который погружен материальный мир, состоящий из множества вещей, объектов, явлений и т.п., следует ожидать проявления в нем таких особенностей, для которых понятие множественности абсолютно неприменимо. То есть можно ожидать наличие таких систем отсчета, в которых весь мир представляется как единое и органичное целое. В этом и состоит основа холистического подхода к пониманию мира.

Древние знали  об этом. Так в гимнах Ригведы  говорится: "едино то, что стало  всем". К счастью, в настоящее  время наметился позитивный сдвиг в направлении преодоления высокомерного представления о безусловном превосходстве научного знания над древним эмпирическим, которому было свойственно осознание целостности природы.

Можно бесконечно спорить о том, является ли Вселенная  единым живым организмом, обладающим всеми качествами, присущими всем живым существам (в частности и личностными качествами, вплоть до индивидуальности и разумности), или же Вселенная является удачно организованной совокупностью физических явлений. Обе эти стороны имеют массу подтверждений, о чем свидетельствует огромное количество сторонников той и другой точек зрения. Поэтому согласно принципу дополнительности обе эти стороны, вероятно, присутствуют в реальности, но ни одна из них в отдельности не отражает всей полноты мироздания.

В науке холистский путь к пониманию сути явлений  нашел воплощение совсем недавно, когда  были сформулированы принципы так называемого  системного подхода, дополняющие собой  принципы механистического подхода. Системный  подход является новым этапом в развитии методов познания. Его основное положение - природу можно понять только как систему, противоречивую в самой себе. А это значит, что любое однозначное понимание явлений природы, любое утверждение, каким бы убедительным оно не казалось, отражает лишь одну точку зрения и совершенно неприемлемо в каких-то других специфических условиях. Любая монополия на истину всегда ущербна и ведет к неполноте данной системы знаний, а в перспективе - к заблуждению.