5. О понятиях «организация»

и «самоорганизация» и их познавательных

функциях в химии

Понятия «организация» и «самоорганизация» име­ют очень широкое распространение во многих отраслях знания и обычно характеризуются как «общенаучные» понятия. Примени­тельно к химии оба они до недавнего времени не имели существен­ного значения: в химии безраздельно господствовало понятие «структура», которое было введено в середине XIX в. для характе­ристики (наряду с понятием «состав») главного фактора, определя­ющего свойства и реакционную способность молекул реагента. Те­перь понятие «организация» прочно вошло в познавательные сред­ства химии потому, что с его помощью можно характеризовать не только свойства молекул как дореакционных систем, но и свойства реакционных систем, т. е. совокупности реагирующих и качествен­но изменяющихся молекул. Поэтому понятия «структура молекулы» и «организация кинетической системы» следует рассматривать как понятия-гомологи.

Исходя из принципа гомологии понятий или из все того же энгельсовского принципа субординации уровней научного знания, можно прийти к следующему определению: «Химическая организа­ция вещества — это основанная на обменном взаимодействии** упорядоченность отношений между атомами и (или) атомными агрегатами, вследствие которой образуется единая система: в слу­чае устойчивой упорядоченности — молекула, или частица химичес­кого соединения, в случае неустойчивой упорядоченности—кинети­ческий континуум, в том числе переходное состояние» [4, с. 68].

Это определение сегодня нуждается только в одном уточнении:' под устойчивой упорядоченностью следует понимать структуру

* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 564.

** Здесь под обменным взаимодействием подразумеваются процессы образо­вания и преобразования химических связей путем обобщения электронов в мо­лекулярных орбиталях.

190

качественно неизменной химической системы, т. е. молекулы в ши­роком смысле этого слова. Под неустойчивой же упорядочен­ностью надо понимать, как об этом было сказано в гл. II, химиче­скую организацию, или кинетические закономерности, качественно изменяющейся системы, т. е. химического процесса. Неустойчивой эта упорядоченность названа только потому, что она зависит от множества переменных факторов, о которых подробно было сказа­но в предыдущей главе, — катализаторов, растворителей, приме­сей, материала стенки реактора, термо- и гидродинамических фак­торов— словом, всего того, что вызывает неустойчивость действия одного физико-химического закона под воздействием другого, т. е. что образует как бы переплетение законов, обусловливающих те­чение процесса. Но при всем этом любые такие законы (кинетиче­ские и плюс к ним термодинамические, гидродинамические) объек­тивны: это законы природы. И несмотря на то, что человек ставит перед собой цель так провести химический процесс, чтобы в ре­зультате был получен продукт с максимальным выходом при мини­мальных энергетических затратах, он не в состоянии обойти законы природы. Человек только тогда достигает означенной цели и при­обретает возможность управлять химическим процессом, когда по­знает эти законы и поступает в соответствии с ними. Итак, химическая организация кинетической системы — это (объективные законы существования данной системы. Или, что одно и то же, это теории кинетики и химической термодинамики, макро-]кинетики и химической технологии. Понятие «организация» в нашей схеме (с. 21) связано поэтому с понятием «производитель­ность».

Здесь особо подчеркивается объективность понятия химической организации потому, что недавно в литературе появилось новое толкование понятия «организация». Оно принадлежит немецкому физику Г. Хакену, которого считают основателем так называемой «синергетики» — науки о самоорганизации систем. В отличие от автоупорядочения материальных объектов, т. е. от их само­движения от хаоса к упорядоченности, Г. Хакен называет органи­зацией только такое упорядочение (или такую упорядоченность), которое является следствием сознательных действий человека. Пусть в синергетике понятие «организация» будет таким, каким интерпретирует его Г. Хакен. Но для химии оно является иным, не зависящим от целей, поставленных человеком.

Существенно иное содержание вкладывается в понятие «само­организация». Подобно понятию «организация», оно тоже обозна­чает объективные законы (упорядоченность) существования мате­риальных динамических, т. е. качественно изменяющихся, или про­цессуальных, систем. Но в отличие от понятия «организация» оно отражает законы такого существования динамических систем, кото­рое сопровождается их восхождением на все более высокие уровни упорядоченности, или материальной организации. Именно такое

191

«содержание вкладывают в понятие «самоорганизация» все иссле-, дователи, занятые решением проблем хемо- и биогенеза.

Собственно, этим определением можно было бы и завершить выяснение смысла понятия «самоорганизация», если бы был со­вершенно ясен вопрос о том, как оценивать уровни упорядочен­ности материальных систем, т. е. высоту их организации. Как было уже сказано, в биологии применительно к живым системам этот вопрос представляется более ясным, чем в химии, хотя при этом нельзя не вспомнить замечания Ч. Дарвина о том, что почти безнадежной является попытка сравнивать высоту организации особей разных типов, например пчелы и каракатицы. Еще более безнадежными оказались попытки биохимиков найти мерило высо­ты организации химических соединений в их отношениях к белкам и другим биополимерам путем построения гипотетической лестни­цы, ведущей вниз вплоть до метана.

Теперь, после того как выяснена ничтожно малая вероятность обратного движения вверх по той же лестнице — от метана до био­полимеров, а вероятность эта оценивается чудовищно малой вели­чиной (10~⁴⁰⁰—10⁵⁰⁰), химики не могли не проявить интереса к эволюционной систематике своих объектов. Ведь если не верить в чудо сверхъестественного происхождения биоорганических соеди­нений, составляющих материал «лаборатории живого организма», то надо же все-таки как-то иначе объяснять и хемогенез и биогенез. Именно поэтому сегодня решение вопроса об иерархии химических систем поставлено на строгие научные основания.

В этой связи здесь хотелось бы сказать прежде всего о перво-проходческих работах в данном направлении Ю. А. Жданова. Являясь активным поборником введения принципа историзма в хи­мию, Ю. А. Жданов еще с 1950-х годов разрабатывает вопросы химической эволюции [21, 22} и, в частности, определения высоты химической организации веществ. В 1960-е годы он предложил применять два параметра для оценки структурного и энергети­ческого уровней органических соединений. Один из них — информа­ционная емкость соединения в расчете на один атом. Этот пара­метр не зависит от величины и сложности молекулы и служит объективным критерием структурных богатств как одного соедине­ния, так и всего класса (углеводы, аминокислоты, терпеноиды, нуклеиновые кислоты, стероиды, алкалоиды). В качестве энерге­тического параметра Ю. А. Ждановым выбрана средняя степень --окисления атома углерода в молекуле; она характеризует электрон­ное окружение атома и отражает соотношение в органическом, соединении противоположных тенденций к спонтанному окисли- -тельно-восстановительном'у диспропорционированию. Эта величина выявляет отношение данного соединения к всеобщей среде живо­го —• воде, взаимодействие с которой даже в отсутствие окисли­телей может привести одни органические соединения к окислению, другие — к восстановлению.

192

Оба параметра Жданова коррелируются с биохимическими функциями соединений разных классов в организме и проливают свет на некоторые общие закономерности «поведения» добиологи-ческих химических систем в образовании биосистем различных эволюционных периодов и разной высоты организации.

Сегодня вопрос об оценке уровней химической организации вещества можно решать уже не только посредством создания отдельных моделей иерархии химических систем, даже и таких, которые имеют солидное обоснование, но и путем выявления общих закономерностей химической эволюции, позволяющих получить ре­шение данного вопроса в качестве вывода или следствия. В таком случае модель иерархии химических систем перестанет играть роль произвольной конструкции, задающей схему решения всей пробле­мы хемогенеза. Она будет находиться в органическом единстве с решением всех других вопросов химической эволюции. Путь к этому — общая теория химической эволюции и биогенеза, разра­ботанная А. П. Руденко [3].

О том, как конкретно в этой теории решается вопрос об оценке уровней химической организации вещества, будет сказано ниже. Здесь же можно пока ограничиться априорным сообщением о том, что результаты решения этого вопроса в теории А. П. Руденко во многом коррелируются с результатами, установленными Ю. А. Ждановым, а в ряде случаев и с постулатами актуалисти-ческих теорий биогенеза. Во всяком случае, сегодня общие и дале­ко не всегда определенные представления о законах и порядке в процессах перехода химических систем на более высокие уровни упорядоченности приобрели конкретные формы и содержание. А это дает возможность направленно, более осознанно и адекватно оперировать в химии понятием «самоорганизация».