§ 1.5. Законы и закономерности

Науки, имеющие дело с наиболее фундаментальными свойствами материи и сознания, — математика, физика, химия, логика — удовлетворительно справляются с построением своей

'/for

Г/Іhl'

теории. Это не значит, что их теории незыблемы или совер­шенны. Наоборот, в их области открытия следуют одно за дру­гим и каждое открытие за­ставляет пересматривать ка­кую-либо часть теории. Но во всяком случае разрыв между открытием іновых фактов и их объяснением сравнительно не- \ велик и картина мира -на сегод­няшний день в области каждой отдельной науки представля­ется удовлетворительно отра­ботанной.

Рис. 7. Кривая развития под влиянием циклических процессов

Иное положение сложилось в науках, имеющих дело с ком­плексными сочетаниями раз­ных видов материи: физической географии, биологии, астроно­мии. Здесь наблюдается большое отставание в построении тео­ретических знаний от массы собранных эмпирических фактов и мучительные попытки как-либо их охватить, объединить и объяс­нить. Из всех естественных наук, пожалуй, наиболее отстала география (Смирнов А. М., 1971, стр. 30). Этому есть объектив­ные причины. Чем более комплексна наука, чем с большим числом компонентов она имеет дело, чем разнообразнее систе­мы, ими образуемые, и чем из большего числа элементов состоит иерархия этих систем, тем больше лавина фактов, которая обрушивается на исследователя, тем труднее ему из них ото­брать главные, систематизировать и проанализировать. Всеми этими трудностями в наибольшей степени обладает физическая география. В них ее увлекательность, но в то же время и сс беда. Географы захлебываются в непомерном количестве информации

и не успевают ее усваивать. Следует также принять во внима­ние, что география только недавно поставила себе целью объяс­нение всеобщих взаимосвязей в пределах ландшафтной сферы. Если в зарубежной географии начало нового подхода следует ве­сти от А. Гумбольдта, то в русской и того позже — от В. В. До­кучаева (Фрадкин, 1972). До этого основным лейтмотивом гео­графических знаний был ответ на вопрос «где что есть?», в луч­шем случае — «как возникло?», который требовал лишь ограни­ченных теоретических объяснений. Вопросы «почему возникло?», «с чем связано?» всерьез были поставлены лишь в последние де­сятилетия.

Признание «смягчающих вину обстоятельств», разумеется, пн в какой мере не должно ослаблять наших усилий к построе­нию общей теории физической географии. Тем более важно, что­бы эти усилия прилагались в должном направлении. Я хотел бы предостеречь от стремления, наблюдающегося у некоторых советских географов, к установлению большого количества «гео­графических законов». В этом они видят прямой и почти един­ственный путь к построению теории и подъему научного ав­торитета географии. В самом деле, какая же это наука без собственных законов? Постараемся в этом разобраться.

Прежде всего нужно провести различие между законом при­роды и природной закономерностью. В литературе я не нашел их удовлетворительного определения. Большая Советская Эн­циклопедия не дает указаний на разницу между этими поня­тиями («Закон...», 1972, стр. 305). Там написано: «Закон — не­обходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями». На первом месте стоит атрибут — необ­ходимое. Необходимость, точнее неизбежность, обязательность— вот основное свойство законов природы. В знаках математи­ческой логики закон изображается так:

А—> В или А zd В¹. (1.4)

Если А, то В. Именно неизбежность этого следствия — основ­ное свойство закона природы.

Закон природы — это правило, гласящее, что если в природе существует некоторая элементарная ситуация, то из нее неизбежно вытекает определенное следствие.

Напримёр, если существуют два материальных тела с мас­сами ті и т₂, находящиеся на расстоянии г друг от друга, то они неизбежно притягиваются с силой

F = f (1.5)

г²

/-2

где / — постоянная всемирного тяготения.

л

Законы природы недоказуемы, они не поддаются оконча­тельному объяснению, но каждый раз, как возникает данная ситуация, они подтверждаются опытом. Если какой-либо закон в ходе научного прогресса удастся объяснить, т. е. свести к бо­лее простому и более общему закону, то функции закона при­роды переходят к этому последнему, а прежний теряет право называться законом в точном смысле слова и переходит на положение следствия. Так, 2-й закон Кеплера, гласящіш, что радиус-векторы планет в равные промежутки времени описы­вают равные площади, считался независимым законом до от­крытия Ньютоном закона тяготения, а после его открытия стал рассматриваться как следствие из этого закона. Законы матема­тики (аксиомы) говорят не о фактически существующих, но о возможных действиях. Например, «если имеются две точки, то между ними можно провести одну и только одну прямую».

Поскольку законы природы трактуют об основных свойствах материального мира, они являются частью теории тех наук, ко­торые эти свойства изучают, — математики, физики, химии.

Многие исследователи, вопреки утверждению БСЭ в устой­чивости законов, подчеркивают их временный характер. Так,

В. А. Амбарцумян и В. В. Казютинский (1971, стр. 36) пишут об их относительности и во времени и в пространстве. Но тре­бование открытия новых, более обобщающих законов они предъявляют именно к физике и астрономии, очевидно подра­зумевая под последней небесную механику. В. H. I олованов пишет, что истолкование применения законов дается обычно «в наиболее развитых науках» (1970, стр. 170) физике и химии. Правильно понимая закономерности, он, однако, поль­зуется несколько громоздкой терминологией: законы cm назы­вает «общими законами», а закономерности — «специфически­ми законами». Он говорит, что «специфический закон представ­ляет собой место пересечения действия общих законов» (1970,

^Если^для проявления закона нужно соблюдение простого условия: Л-нЗ, то для проявления закономерности необходимо

А Д В л С л ... л К л L — М¹, (1.6)

т е. если сочетается ряд природных факторов, если осущесів ляются условия и Л, и В, и С, и т д то возникает ситуация, при которой неизбежно произойдет М. Примером закономерно­сти может служить «закон» зональности. В сущности он гла^ сит: если Земля шарообразна, если она вращается вокруг своей оси, если она находится в сфере действия солнечных лучей, если при этом ее ось не направлена на Солнце, если солнеч­ные лучи прямолинейны, если на Земле имеются мор у > если она находится на таком расстоянии от Солнца что вода постоянно переходит из жидкой фазы в газоо р у р

но, если, кроме того, налицо атмосфера, которая переносит га­зообразную влагу, подчиняясь закону Кариолиса, то тогда воз­никает ситуация, при которой на обоих полушариях образуются регионы с разным соотношением тепла и влаги, вытянутые в ос­новном в широтном направлении, т. е. зоны.

Природная за ко номер и ость — это правило, гла­сящее, что если в природе создается некоторый комплекс усло­вий (сложная ситуация), то из него неизбежно вытекает опре­деленное следствие.

Разница между законом и закономерностью таксономиче­ского порядка. Закономерность ниже рангом, чем закон; объем

случаев, подпадающих под закон, равен — (есть ситуация, нет ситуации), под закономерность, при двух членах (факто­рах) в левой части уравнения (1.6), (есть А к В, есть только А, есть только В, пет ни А, ни В). При п факторах за­кономерность осуществляется в —случаев. Но зато их содер­жание, іих информативность во столько жеіраз больше. Это соотношение суще­ствует во всех смысловых иерархиях, в том числе в географических. Соотно­шение закона и закономерности можно пояснить следующей геометрической моделью. Закон — бесконечная прямая на плоскости (рис. 8, А). Где бы мы ее ■ни встретили, столкновение с ней при­водит к одному іи тому же результату.

Закономерность — точка, в которой пе­ресекается пучок прямых (Б). Это ме­сто встречи законов, место их взаимо­действия. Встретить точку на плоскости гораздо труднее, чем бесконечную пря­мую, но зато о ней можно сказать го­раздо больше, ведь о,на лежит на пере­сечении -целого ряда законов.

Законы не выражают специфики от­ношений, существующих в природе, они в большой мере допускают идеа­лизацию, закономерности же — (всегда конкретны (Голованов, 1970, стр. 78,

116). Законы как элемент теории не­льзя вывести чисто индуктивным пу­тем. «На опыте можно проварить тео­рию, но нет пути от опыта к постро­ению теории» (Эйнштейн, 1968, стр. 291). Закономерность допускает

и даже предписывает начинать построение со сбора эмпириче­ских материалов. Но при этом оиа ближе к гипотезе; факт, под­твердившийся сто раз на практике, еще не является абсолютно доказанным, в 101-й раз доказательство может «не получиться». Бывает, что в числе факторов оказывается незамеченный нами ранее, который іна этот раз не срабатывает.

Таким образом возникает необходимость разграничения при­родных законов и закономерностей. В дальнейшем я буду упо­треблять оба понятия как термины, т. е. не в общем расплыв­чатом смысле, а в вышеобусловленном, опуская для краткости прилагательное «природный». Если же буду в традиционных случаях употреблять слово «закон» в применении к закономер­ностям, то буду ставить его в кавычки.

География и ее дочерние науки не разлагают материю на элементы и не имеют дела с ее основными свойствами. Поэто­му законы природы не являются частью их теории и предме­том их исследования. Р. Е. Пайерлс (1962) говорит, что даже законы химии свелись в настоящее время к законам физики (стр. 13), и рассматривает в дальнейшем только следующие разделы: механика (законы Ньютона), электричество (закон Кулона и др.), законы магнитного поля, интерференцию, диф­ракцию, поляризацию света, законы атомистики, законы, управ­ляющие электронами и ядерными частицами, термодинамику (закон Гей-Люссака, 2-й принцип термодинамики), закон Ло­ренца, Эйнштейна, Паули и т. д. Географу полезно знать эти вещи, но географии с ними делать нечего. Излишне также со­ставление собственной географической аксиоматики, если только под ней подразумевать собрание основных законов, а не основ­ных фактов, на которые опирается наука.

Иное дело закономерности. Концепция Геттнера и Хартшор- на об уникальности объектов географии и о том, что уникаль­ность противоречит закономерности, не имеет под собой осно­вания. Если в сходящемся узле комплекса (рис. 8, Б) вместо линии RR' пройдет линия SS' (рис. 8 В), то новый комплекс будет абсолютно уникален, но тем не менее так же законо­мерен и так же объясним, как и предыдущий.

Пренебрегая одной или несколькими чертами природных комплексов (типа RR', SS'), мы можем получить инвариантные (пригодные для всех объектов данного типа) положения. На­пример: «реки, протекающие в мягком грунте, меандрируют», «развитые овраги имеют ступенчатый продольный профиль», «выпадение дождя на мягкую почву способствует развитию растительности». Эти и сотни подобных утверждений по суще­ству и являются географическими закономерностями. Формули­ровка «если... то» незримо присутствует в каждом из них. Но и это не главное; главное — то, что они находят себе теорети­ческое объяснение, в котором доказывается, что так оно и должно быть. Например, ступенчатость оврагов обосновывается, тем, что во время дождей или весеннего таяния снега объем поверхностного стока, а следовательно, и глубина потока увели­чивается вниз по течению оврага. Но скорость течения по фор­муле Шези пропорциональна корню квадратному из глубины, с другой, стороны, согласно формуле Эри, веса частиц, которые могут быть им взмучены, пропорциональны шестой степени его скорости, или кубу глубины. Там, где поток достигает размы­вающих скоростей, частицы грунта отрываются от монолита и образуется вымоина, которая растет в длину и глубину. Но поток, насыщенный наносами, замедляет течение, так как ско­рость обратно пропорциональна вязкости. С уменьшением ско­рости уменьшается турбулентность по формуле Лоренца, по­ток больше не в состоянии нести наносы, которые начинают вы­падать в осадок. В русле образуется зона аккумуляции, пымои- на заравнивается, и поток должен пройти известное расстояние, чтобы вновь приобрести эродирующую способность и создать в русле новый уступ.

Я привел анализ простой географической закономерности, чтобы показать, что осмысливание ее приводит к ряду более простых геофизических (в данном случае — гидравлических) закономерностей Шези, Эри, Лоренца... Последние в свою оче­редь могут быть объяснены еще более простыми физическими законами. Так, формула Эри вытекает из того, что опрокиды­вающий момент силы равен лобовому сопротивлению частицы, умноженному на ее вес, лобовое сопротивление движению пото­ка в свою очередь пропорционально квадрату, а вес — кубу диа­метра и т. д. Хорошие примеры объяснений, заимствованных из фундаментальных наук, приводятся также В. М. Головано­вым (1970, стр. 136).

Насколько такой анализ проясняет явление! Я сравниваю ею с представлениями географов, к сожалению часто встреча­ющимися, которые знают о явлении ступенчатости (существу­ющей и на реках в виде чередования плесов и перекатов), но просто веруют в него, не пытаясь объяснить, или приводят са­мые фантастические объяснения. Сведение географических за­кономерностей к геофизическим, а по мере возможности и к физическим законам мне представляется крайне желательным. Только физический анализ убеждает, что явление понято. Насколько понимание всех пересекающихся законов глубже и интереснее простой констатации мистического существования точки в данном месте пространства! Доведение явлений до про­зрачности, несомненно, является задачей географов, и теорети­ческой, и практической, ибо преобразование природы без пони­мания ее закономерностей возможно лишь в малой степени. Именно это я имел в виду, когда писал (Арманд Д. Л., 1968, стр. 17), что от «закрытия» географических законов, т. е. низве­дения их до положения лемм физических законов, больше поль­зы, чем от открытия новых. Очевидно, вследствие допущенной мною неясности выражений это высказывание, преследовавшее цель более глубокого проникновения в структуру географиче­ской сферы, не встретило сочувствия и подверглось критике со стороны весьма уважаемых ученых, увидевших в этом ума­ление значения географии (Калесник, 1970 а, стр. 254; 1970 б;

1971. а). Поэтому я постараюсь на разборе примеров выведения или констатации географических закономерностей пояснить мою точку зрения.

Н. А. Солнцев с соавторами («Ландшафтоведение», 1963) признают, «что у географии до сих пор не было никаких за­конов» (стр. 6), и именно этим объясняют то, что географию считают «второстепенной наукой». Но они надеются, что гео­графические законы «постепенно выявятся». Не странно ли, что на третьем тысячелетии существования нашей науки мы все еще ждем выявления ее законов, в то время как физике и математике для этого достаточно было немногих столетий? Не наводит ли это на мысль, что географических законов по­просту нет, что географии, как и многим другим наукам, они просто не свойственны?

А. А. Григорьев, разрабатывая теорию физической геогра­фии, считал важным делом включение в нее географических «законов». Так, он длительно работал над «законом» интенсив­ности физико-географического процесса, перерабатывал его в 1943, 1946, 1948 годах, каждый раз объясняя условия оптималь­ной интенсивности все более частными причинами, и в конце концов свел к нескольким климатическим факторам. Этим он хотел преодолеть иррациональность понятия интенсивности комплексного процесса, лежащего в основе его «закона», но тщетно. Причиной неудачи явилось отсутствие доведенного до конца анализа природных взаимосвязей, лежащих в основе яв­ления.

Совершенно иной была судьба периодического «закона» зо­нальности, сформулированного А. А. Григорьевым совместно с М. И. Будыко. Хотя он и подтверждается всего па двух с по­ловиной климатических периодах (Арманд Д. Л., 1967, стр. 21) и подвергается сомнениям (Исаченко, 1971), но является дей­ствительно географической закономерностью, так как имеет ясное теоретическое обоснование (Григорьев и Будыко, 1956; 1966 а; 1965, 1966 в). Иными словами, авторы сделали в приме­нении к нему как раз то, что я предлагаю делать в отношении всех закономерностей.

Опыт перечисления географических закономерностей мы на­ходим у В. С. Преображенского (1969, стр. 25—26). Упомянув о «законе» географической зональности и периодическом «за­коне» зональности, он называет их в основном эмпирическими закономерностями. Исторически это правильно. Впоследствии они были обоснованы и плотно уложились в теорию, так что сейчас никак не могут быть названы эмпирическими.

Далее, интересуясь главным образом методом их выведения,

В. С. Преображенский перечисляет 5 «фундаментальных теоре­тических положений», которые, как явствует из контекста, он приравнивает к закономерностям или по крайней мере ста­вит рядом с ними. Эти положения следующие: «1) о географи­ческой оболочке (ландшафтной сфере) как сфере взаимодей­ствия атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы; 2) о един­стве непрерывности и дискретности географической оболочки;

3. об иерархии природных комплексов, входящих в состав гео­графической оболочки, и об их качественной определенности;

4. о природном комплексе как о многокомпонентной динамиче­ской системе; 5) о природном комплексе как системе взаимодей­ствующих морфологических частей». Но эти положения ни в какой мере не являются закономерностями, в их формулировке отсутствует логическая операция импликации, следовательно, они принадлежат к иной категории, хотя, может быть, не ме­нее существенной для построения теории, чем закономерности. Положение первое является определением термина. Оно равно­сильно такому предложению: «Область, где взаимно проника­ют атмосфера, литосфера и т. д., мы будем называть ланд­шафтной сферой». Положение второе — простая констатация структуры ландшафтной сферы, в которой имеются как резкие, так и постепенные переходы. Положение третье — общее свой­ство систем всего мира, в нем пет ничего специфически геогра­фического; (четвертое) и (пятое) являются в сущности след­ствиями из первого и третьего.

Неудачен «закон территориальной дифференциации Земли», предложенной Ю. К- Ефремовым (1964, стр. 92). Автор его не формулирует, только замечает, что он делится на «законы» ти­пологической и индивидуальной дифференциации. Но это просто способы человеческого мышления, и приписывать их природе никак не следует.

Э. Нееф (1974, раздел 1.3) пытается построить географи­ческую аксиоматику. По его мнению, физическая география ба­зируется на трех аксиомах: планетарной, ландшафтной и хо­рологической. Первая гласит: «все географические явления при­надлежат Земле как планете» (привожу сокращенно), вторая: «гі каждом пункте элементы, компоненты и факторы географи­ческой субстанции находятся в закономерных взаимосвязях» и третья: «все географические объекты занимают место, которое выделяется своим положением». Если учесть, что география есть наука об одной из сфер (по Неефу — поверхности) Зем­ли, то тавтологичность первой аксиомы становится очевидной. Точно так же к тавтологии сводится и третья аксиома. Вторая в наибольшей мере заслуживает названия аксиомы, но не со­держит в себе ничего специфически географического; с таким же успехом можно говорить о закономерных взаимосвязях лю­бой части Вселенной.

Наиболее полное перечисление закономерностей (их всего 35) дал С. В. Калесник (1970 а, стр. 257—260). Он так и на­звал его: «Краткий свод общих географических закономерно­стей Земли». Географические закономерности вроде приводив­шихся выше — об оврагах, меандрах и т. п. — в него пе во­шли. Почти все пункты свода имеют отношение к Земле в це­лом или к крупнейшим ее подразделениям. Небольшая часть ландшафтных закономерностей, относящихся главным образом к ритму и зональности, берется в глобальном масштабе.

Главным недостатком «краткого свода» является опять-таки включение в него констатаций, опытных фактов, причем часто встречающихся в природе лишь один или два раза. Опытные факты отличаются от закономерностей тем, что они стоят в на­чале развития научной теории, а закономерности в конце. Само слово «закономерность» подразумевает множественность, повторение, с неизбежностью приводящее к одним и тем же следствиям. Из эмпирически наблюденного единичного явле­ния нельзя вывести никакого заключения. В математической статистике считается более или менее надежным факт, выве­денный из 50 или по меньшей мере из 20 наблюдений над независимыми объектами. Но, например, в утверждении, что «поверхность гидросферы разобщена выступами материков» (1-я часть зак. 19-й), нет никакой закономерности. Оно равно­сильно утверждению, что на Земле существуют материки и оке­аны и они не имеют правильной формы. Это просто опытный факт из области достоверного знания. Он может быть основой теории, если он не единичен. Но он именно единичен. Мы даже не можем сказать, что он повторяется в Солнечной системе, так как морей на известных планетах нет. Или утверждение, что «Земля не среднее тело космоса, а своеобразная геохими­ческая аномалия» (зак. 1). Как же аномалия может быть основой закономерности? Это, наоборот, отрицание закономер­ности, признание того, что состав планет не подчиняется зако­номерностям. То же в зак. 2: «Индивидуальные особенности Земли как планеты (магнитное поле, неоднородность гравита­ционного поля) преобразуют свойства окружающего ее ^ближ­него космоса». Раз они индивидуальны, значит, у каждой пла­неты они свои. _

Ряд закономерностей (3, 8, 28) касается полярной асиммет­рии Земли. В тексте автор высказывает гипотезу, что полярпая асимметрия произошла вследствие первичной угловатости Зем­ли, обусловленной ее малыми начальными размерами (стр. 172 173). Опять-таки подтверждения этой закономерности можно ис­кать только на других планетах, но ведь при их формировании это случайное обстоятельство могло и не возникнуть. Кроме того, объяснение здесь базируется на гипотезе. Гипотеза может развиться в закономерность только при ее подтверждении на ряде аналогичных случаев. Но если такая же асимметрия об­наружится у всех планет, гипотеза окажется неверной: ведь, согласно ей, причиной является случайный выступ Праземли в северную сторону. Если случайность повторяется, то в основе ее должна лежать какая-то общая причина и, следовательно, она уже не случайность. Вообще, ряд закономерностей свода осно­ван на гипотезах. В этом нб было бы ничего плохого, если бы эти гипотезы имели шанс когда-либо быть проверены. Но фак­тов для их проверки нет, гипотезы объясняют явления уни­кальные. Например, антиподальность материков и океанов (зак. 10) объясняется условиями равновесия Земли при ее вра­щении (стр. 42), но материки и океаны — явление в Солнеч­ной системе исключительное.

Ряд утверждений просто неверен. «В каждом материковом луче южный материк смещен к востоку относительно север­ного» (зак. 15). Это подтверждается в американском и азиат­ско-австралийском лучах, но не подтверждается в европейско- африканском. Африка сдвинута на запад относительно Европы. Кстати, Европа — не материк, но она возведена в ранг мате­риков ради соблюдения закономерности 11 («Все материки, кроме Антарктиды, группируются попарно»). «Окраинные ча­сти материков более высокие, чем их поверхность в средних частях». Эта закономерность подтверждается относительно Аме­рики и Австралии, почти не подтверждается относительно Аф­рики (Эфиопия считается за окраину?) и совсем не подтверж­дается относительно Евразии (Памир, Тибет, Гималаи).

В число закономерностей включены также определения си­стем, выделенных учеными на основе умозаключения, — ланд­шафтной оболочки (зак. 6), географического пространства (зак. 7). Насколько незакономерно такое включение, видно из того, что эти определения разделяются далеко не всеми, в то время как в существовании закономерности, раз она доказана, никто не может сомневаться.

В общем из 35 пунктов свода можно набрать едва ли 14 ис­тинных закономерностей, которые подтверждаются с минимум трехкратной повторностью в ландшафтной сфере или Солнеч­ной системе и которые можно высказать в форме импликации. Из них часть находится на эмпирическом уровне, часть обосно­вывается с помощью гипотез и только 5 или 6 могут быть бо­лее или мепее уверенно объяснены основными законами при­роды и с несомненностью войти п теорию физической геогра­фии.

Все приведенные примеры говорят за то, что следует с боль­шой осторожностью возводить географические факты в ранг аксиом или закономерностей, не говоря уже о законах. Раз­работке теории географии это не способствует.

Итак:

1. Законы природы не являются предметом географических наук.

2. Физико-географическая наука как наука комплексная изучает только природные закономерности. Это относится и к отраслевым наукам, поскольку они изучают частные комп­лексы.

3. К закономерностям относятся только высказывания, со­держащие или подразумевающие импликацию («если... то»). Объекты достоверного знания (факты) пе являются закономер­ностями.

4. Закономерности бывают эмпирические («это так, по по­чему — не знаю»), гипотетические («предполагаю, что эго мож­но объяснить следующим образом») и теоретические («это с несомненностью вытекает из таких-то основных законов при­роды»),

5. Теоретическая форма закономерности есть высшая фор­ма знания. Она развенчивает иллюзорность отдельной законо­мерности, как имеющей самостоятельную ценность, но утвержда­ет уверенность в закономерном строении Вселенной. Она имеет исключительное практическое значение, так как только она поз­воляет уверенно прогнозировать будущий ход процессов.

Ландшафтовѳдение и точные науки