Участник:Paseante/Наука и реальность

Наука (от латинского Scientia, что означает  «знание») - область человеческой деятельности, направленная на выявление и систематизацию объективных знаний о действительности.

Существуют и другие определения науки. Однако все они должны предполагать, что знания эволюционируют и совершенствуются.

С точки зрения общего представления о науке, по-видимому, весьма разумной и действенной является философская концепция конвенционализма (от лат. conventio — соглашение, договор)  согласно которой научные понятия и теоретические построения являются в своей основе продуктами соглашения между учёными. Основателем этой концепции, несомненно, можно считать Анри Пуанкаре, . Указанная концепция предполагает, что научные понятия и теории должны быть внутренне непротиворечивы и соответствовать данным наблюдения. Однако при этом не требуется, чтобы они отражали истинное устройство нашего мира. Истина всегда относительна, а поиски абсолютной истины бесперспективны . Таким образом, разные непротиворечивые научные теории разумны и действенны, хотя они могут рассматривать объекты и явления с различных точек зрения.

Языком науки, прежде всего физики и других естественных дисциплин, является математика, , . Распространению такого представления исследователи, по-видимому, обязаны Дж. У. Гиббсу. Однако математика не всесильна. Для ее эффективного использования нужна простота и однотипность изучаемых объектов и взаимодействий между ними. Согласно Анри Пуанкаре «только простота является основой серьезных обобщений в науке». Простота отражает общность, являющейся основной целью научного исследования. Известно высказывание Дж.У. Гиббса, что “One of the principal objects of theoretical research in any department of knowledge is to find the point of view from which the subject appears in its greatest simplicity.”

Д. И. Менделеев обращал внимание, что весьма пагубным в науке является желание постичь все «одним порывом мысли», что фактически указывает на необходимость стремления к простоте. Эти и другие общие важные соображения классиков науки, например, отражены в эпиграфах, представленных в исследованиях, посвященных иерархической термодинамике.

В настоящее время, по-видимому, важно рассматривать проблемы науки и реальности применительно к биологии. Дело в том, что биологические объекты в общем случае не являются простыми и однотипными (однородными) и состоят из различных иерархических структур. Более того биологические системы являются сложными термодинамическими системами, т. е. системами (в отличие от простых термодинамических систем), в которых и над которыми может совершаться не только работа расширения.

Наука, использующая язык математики, оперирует на языке моделей, которые точны только по определению. Стремясь к простоте моделей, обычно выбирают область пространства, шкалу энергии взаимодействующих объектов, диапазон их размеров, шкалу времени и других характеристик исследуемых систем и протекающих в них процессов. Без расчленения сложных систем и процессов на отдельные составляющие невозможно эффективно использовать математику. Не случайно существуют различные области науки позволяющие исследовать разномасштабные системы, состоящие из однотипных объектов, которые взаимодействуют в соизмеримых шкалах времени и диапазонах энергий. Однако в биологии такое расчленение было весьма проблематично до тех пор, пока не был открыт закон временных иерархий, , который представляет собой однонаправленный ряд перекрывающихся триад Николая Боголюбова. Этот общий закон природы позволил обосновано изучать эволюционные превращения индивидуальных иерархических структур. Более того, используя принцип стабильности вещества, удалось с позиции динамической близкой к равновесию иерархической термодинамики исследовать процессы зарождения жизни, ее эволюцию и старение живых существ.

Для химических и биологических систем, в которых согласно второму началу термодинамики протекают внутренние самопроизвольные процессы, а также несамопроизвольные процессы, инициируемые окружающей средой, справедливо обобщенное расширенное уравнение Гиббса.

По-видимому, наиболее удобной формой представления упомянутого уравнения является дифференциальная форма:

 

$dG^{*}=\sum _{i}dG_{i}^{*}=-\sum _{i}S_{i}dT_{i}+\sum _{i}V_{i}dp_{i}-\sum _{i}\sum _{k_{i}}x_{k_{i}}dX_{k_{i}}+\sum _{i}\sum _{k_{i}}\mu _{k_{i}}dm_{k_{i}}$ (1)

Здесь: T – температура; S – энтропия; V - объем; p – давление; X  – любая обобщенная сила, за исключением давления; x - любая обобщенная координата, за исключением объема; µ - эволюционный (в частном случае,- химический) потенциал; m  – масса k-го вещества; работа, совершенная системой, отрицательна. Индекс i относится к частной эволюции, а k – к компоненту i – ой эволюции. Верхний индекс * означает, что рассматривается поведение сложной термодинамической системы.

Представленное уравнение является обобщающим соотношением, поскольку, в принципе, учитывает внешние и внутренние взаимодействия всех структур каждого иерархического уровня объекта, независимо от масштаба этих взаимодействий.  Однако это уравнение целесообразно считать “символическим”, “умозрительным” (“speculative”) или “уравнением с существенно разделенными параметрами”, поскольку оно может быть эффективно использовано только применительно к каждой – одной или смежным иерархиям структур. Приведенное уравнение учитывает все виды «внутренних и внешних работ и энергий», характеризующих систему. С этой точки зрения оно отражает первое начало термодинамики, являющимся законом сохранения энергии применительно к сложной термодинамической системе.

С другой стороны, рассматриваемое уравнение позволяет (в соответствии со вторым началом) учитывать все самопроизвольные процессы, а также несамопроизвольные процессы, инициируемые окружающей средой, протекающие на всех отдельных иерархических уровнях. Такой учет возможен путем оценки изменения свободной энергии Гиббса (функции Гиббса) для каждого иерархического уровня. Однако вычисление изменения общей величины функции Гиббса $\Delta {G^{*}}=\sum \Delta {G_{i}^{*}}$ (где i – относится к каждой индивидуальной иерархии) путем суммирования изменений этой термодинамической функции на уровнях всех индивидуальных иерархий, по указанным выше причинам, не имеет физического смысла. Эти причины, прежде всего, связаны с несоизмеримыми величинами вкладов различных членов уравнения (1) в общее значение $\Delta {G^{*}}(d{G^{*}})$, т.е. с ограниченными возможностями применения математики для детального описания иерархических систем и процессов в общем виде.

Таким образом, явление жизни может быть, как правило, успешно изучено только с помощью моделей предполагающих исследование отдельных или смежных иерархий живого мира. При этом для исследования эволюционных превращений в выделенных близких к равновесию динамических квазизакрытых системах удобно использовать удельную свободную энергию Гиббса образования структурных объектов отдельных иерархий и подиерархий.

Нечто подобное можно было бы сказать относительно изменений энтропии в живых системах. Однако изучение изменения энтропии, как функции состояния, в этом случае не позволяет выявлять направленность каких-либо процессов. Выделяемые живые системы не следует считать простыми изолированными или квазиизолированными, поскольку в них совершаются различные виды работы, кроме работы расширения. Кроме того рассмотрение суммарного изменения энтропии иерархической живой системы и окружающей среды в связи с соображениями, высказанными при обсуждении уравнения (1), также вряд ли перспективно. Применительно к живым объектам – сложным термодинамическим системам такой подход, по мнению создателя иерархической термодинамики,, не только слишком необоснованно упрощен, но и не может иметь ясного физического смысла.

Однако, несмотря на высказанные обоснованные соображения, непрофессиональные исследователи пытаются удалять из Российской Википедии информацию, касающуюся достижений иерархической термодинамики, считая работы в этой области «неакадемическими исследованиями в биологии»

Литература

• Пуанкаре А.О науке. Перевод с французского, под редакцией Л.С.Понтрягина. - М.: Наука,   1983. -  C. 91-102; Пуанкаре А. О науке. — изд. 2-е. — М.: Наука, 1990.
• Gibbs J.W. The Collected Works of  J. Willard Gibbs Thermodynamics. -  New York: Longmans, Green and Co., 1928. - Vol. 1, P. 55-349.
• Sedov L.I. The Thoughts on Science and on Scientists – Moscow: Nauka, Russian Academy of Sciences, V.A. Steklov Mathematical Institute, 1980.- 440 p.
• Клайн М. Математика. Утрата определённости. — М.: Мир, 1984. — 446 с.
• Popper K.R., Objective knowledge. An evolutionary approach . – Oxford: Clarendon Press, , 1979.-   Русский пер. под редакцией В.Н.Садовского: Поппер К.Р. Объективное знание. Эволюционный подход. -  М.: УРСС, 2002. - С. 255-261.
• Менделеев Д. Основы химии, Восьмое издание. Санкт-Петербург. 1906. Предисловие, с. 8. Основы химии - Page 8 - Google Books Result
• Сычев В.В. Сложные термодинамические системы. М .: Изд. дом МЭИ, 2009. 
• Gladyshev G.P. On General Physical Principles of Biological Evolution, International Journal of Research Studies in Biosciences (IJRSB) Volume 5, Issue 3, March 2017, PP 5-10.
• Gladyshev Georgi P. Thermodynamics Theory of the Evolution of Living Beings.- Commack, New York: Nova Science Publishers, Inc.- 1997.- 142 P. Russian: Г. П. Гладышев.  Термодинамическая теория эволюции живых существ-М.:"Луч", 1996.-86с.
• Gladyshev G.P. Life - A Complex Spontaneous Process Takes Place against the Background of Non-Spontaneous Processes Initiated by the Environment, 2017, том 8 (2): 188.

• Гладышев Г.П. Иерархическая термодинамика и эволюция химической и биологической материи.  Научное наследие. (The scientific heritage, Budapest, Hungary): Будапешт, Венгрия. Том 1, № 3 (3), С. 102-121 (2016).
• Гладышев Г.П. Супрамолекулярная термодинамика – ключ к осознанию явления жизни.   Что такое жизнь с точки зрения физико-химика. Издание второе. - Москва – Ижевск: Институт компьютерных исследований.  «Регулярная и хаотическая динамика» . 2003. - 144 с. Gladyshev G. P. Supramolecular thermodynamics is a key to understanding phenomenon of life. What is Life from a Physical Chemist’s Viewpoint Second Ed. - Moscow-Izhevsk: “Regular and Chaotic Dynamics”, 2003. - 144 p.
• Зуев Юрий. Принцип иерархической относительности: 23 века пути от Платона к Аристотелю — к новому решению основного вопроса философии. LAMBERT Academic Publishing Omni Scriptum GmbH & Co. KG. ISBN: 978-3-659-47125-4.