Теория резонанса в послесталинский период
Теория резонанса в послесталинский период
В 1958 г. теория резонанса довольно подробно критиковалась в книге М.И. Шахпаронова «Диалектический материализм и некоторые проблемы физики и химии»[759]. Шахпаронов был тем химиком, который вместе с Татевским написал знаменитую статью 1949 г. в журнале «Вопросы философии» и который в свое время сам пользовался теорией резонанса. Работа Шахпаронова заслуживала внимания по двум причинам: он уменьшил значение философской критики теории резонанса, заявив, что она несостоятельна по очевидным научным причинам, а также выдвинул несколько другие философские возражения против нее.
Шахпаронов заметил, что дискуссии о теории резонанса в Советском Союзе, в свою очередь, обсуждались за рубежом и что некоторые зарубежные химики, особенно в Англии и Японии, тоже критиковали эту теорию. Американский обозреватель заметил: «Существует опасность, что теория резонанса может быть в большой степени дискредитирована, во всяком случае, так как она до сих пор применялась… Нельзя забывать, что теория в конечном счете зависит от использования предельных структур, которые, по признанию, не существуют в реальности»[760]. Хотя эти зарубежные критики не предлагали каких-нибудь лучших альтернатив этой теории, они верили, что использование многочисленных фиктивных структур для объяснения свойств соединений было лишь временным методом.
В августе 1959 г. Я.К. Сыркин, один из двух химиков, наиболее критиковавшихся в прошлом обсуждении, опубликовал в журнале «Успехи химии» статью «Современное состояние проблемы валентности»[761]. После вышеупомянутого обсуждения Сыркин перестал работать в области структурной химии, но в конце 50-х годов он вернулся к ней. Сыркин в статье не выдвигал каких-либо новых взглядов, а ограничился умеренно оптимистическим изложением метода молекулярных орбит для описания соединений и не пытался определить расположение особых связей.
Специфическая проблема природы атомных связей в бензоле была рассмотрена в ноябре 1958 г. М.И. Батуевым в специальной статье в «Журнале общей химии». Батуев пытался опровергнуть теорию резонанса на основе физических измерений дифракции электронов и рентгеновских лучей. Согласно теории резонанса, все шесть связей в бензоле эквивалентны, а потому должны быть одной длины. Батуев, однако, утверждал, что молекула бензола состоит не из шести равных связей, а чередует «с тремя сопряженными, несколько удлиненными двойными и тремя укороченными единичными связями». Произведенные им измерения (1,382 ? для одинарной связи, 1,375 ? для двойной связи) были очень близкими (0,007 ?), особенно учитывая, что измерениям была часто присуща погрешность ±0,005 ?[762].
Статья Батуева была особенно интересна тем, что критика резонанса в бензоле была в ней всецело основана на эмпирических данных. Эти данные были недвусмысленными и среди различных молекул, к которым применялась теория резонанса, относились лишь к бензолу. Тем не менее они помогли поднять вопрос на нормальный научный уровень.
Когда я учился в МГУ в 1960/61 учебном году, я обнаружил, что советские химики говорили о полемике по поводу теории резонанса как о «минувшей», однако термин «резонанс» не использовался в лекциях о валентности, а общепринятые учебники по структурной химии продолжали избегать упоминаний о теории резонанса. Во многих случаях эти предосторожности были просто терминологическими модификациями.
В начале 60-х годов отношение к теории резонанса в Советском Союзе продолжало меняться[763]. В ноябре 1961 г. Лайнус Полинг читал лекцию о резонансе в московском Институте органической химии АН СССР перед аудиторией в 1200 человек[764]. Такая большая аудитория, несомненно, собралась благодаря остро противоречивому образу докладчика: Полинг, с одной стороны, был уважаем в Советском Союзе за интернационалистический образ мышления относительно проблем мира и атомного вооружения и конечно же как крупный ученый, а с другой стороны, он был также объектом острой критики в Советском Союзе как автор теории резонанса. Полинг позже замечал, что его лекция была воспринята благоприятно.
Из всех описанных в этой книге дискуссий наиболее спокойным после середины 60-х годов стало обсуждение теории резонанса. Однако оно не прекратилось полностью. В 1969 г. в программе для советских учителей химии средней школы упоминание о теории резонанса умышленно избегалось, несмотря на то что неадекватность классических структурных диаграмм была детально описана[765]. Текст программы, достаточно сложный для преподавателей средних школ, включал обсуждение метода молекулярных орбиталий и метода «суперпозиции валентных схем» — эти термины позволяли использовать теорию резонанса, не называя ее. Советский автор Г.И. Щелинский критиковал «метод суперпозиции», довольно разумно замечая, что в нем содержался слишком косвенный подход к проблеме делокализации электронного заряда. Он подчеркивал, что химики начали все больше говорить скорее об «электронных облаках», чем о «связях»; он также заметил далее, что сохранение старых диаграмм связи для таких соединений, как антрацен, стало почти невероятно сложным, так как требовались сотни диаграмм для описания одного соединения. Таким образом, метод суперпозиции теряет свое преимущество даже как наглядное пособие, которое обычно выдвигалось аргументом в его пользу. Щелинский предпочел отказаться от графических моделей, работая с более сложными молекулами, полностью опираясь на математические описания метода молекулярных орбит.
Внимание советских ученых, интересующихся философскими проблемами химии в начале 60-х годов, стало переключаться с теории резонанса на более общие проблемы[766]. Юрий Жданов в своей книге «Очерки методологии органической химии», изданной в 1960 г., будучи все еще достаточно критичным в отношении эпистемологических основ теории резонанса (он, естественно, принял квантово-механические вычисления метода молекулярных орбит), уделил значительное внимание более широким вопросам смысла химических формул, роли гомологий в химии и обоснованности моделирования[767].
Это направление разрабатывалось и в более поздних работах. Н.А. Будрейко в книге «Философские вопросы химии», изданной в 1970 г., сконцентрировал внимание в первую очередь на таких вопросах, как определение терминов «химия» и «химический элемент», философского значения периодической таблицы Менделеева и присутствия диалектических законов природы в химии[768]. К сожалению, книга Будрейко была в какой-то степени элементарной и механистической, его легкое восприятие диалектических законов в химии отражало некоторые из более поверхностных аспектов натурфилософии, что явно делало его приверженцем «онтологистов». Другие советские книги по философии химии, обладавшие большей ценностью, затрагивали некоторые важные для истории химии вопросы, такие, как атомистические взгляды Дальтона, Гиббса и Менделеева[769].
Особенно интересной философской работой, написанной выдающимся советским химиком, была статья Н.Н. Семенова, опубликованная в 1968 г. под названием «Марксистско-ленинская философия и вопросы естествознания»[770]. Семенов, получивший в 1956 г. Нобелевскую премию, был в то время, наверное, наиболее известным из всех советских химиков. Его работа обнаружила глубокий интерес к философии естествознания; более того, в ней он отстаивает материалистическую диалектику. В своей статье 1968 г. он замечает, что так как марксистская диалектика является методом человеческого мышления и познания, она одинаково «применима к развитию всех наук… Диалектический материализм лежит в основе сознательных преобразований общества, его производства и культуры»[771]. Тем не менее та интерпретация, которую Семенов дал отношению диалектического материализма к естествознанию, была очень спорной в Советском Союзе. В то время как многие из обсуждавшихся выше авторов верили в то, что диалектика присуща природе (позиция онтологистов), Семенов явно полагал, что диалектика характерна в первую очередь для человеческого мышления (позиция эпистемологистов), а не для существующей за пределами его мышления природы. Семенов был уверен, что советские философы должны сконцентрировать свое внимание на проблемах логики и теории познания.
Семенов пытался ответить на критику его взглядов, выдвинутую диалектиками природы: «Некоторые философы выражают иногда опасение: как-де можно рассматривать марксистско-ленинскую философию как Логику, теорию познания? А не поведет ли это к утрате мировоззренческого значения марксистской философии, к умалению ее роли и даже к „отрыву философии от естествознания“?
Если Логику понимать действительно по-ленински, то этого не надо бояться. Совсем наоборот: ведь все наши науки, вся наша культура развиваются с помощью мышления, основанного на человеческой практике, и потому наука о мышлении сохраняет свое всеобщее значение, свою первостепенную роль в развитии научного миропонимания»[772].
Традиционные диалектические материалисты рассматривали взгляды Семенова как преувеличение роли идей в развитии науки. Они заявляли, что человеческие мысли также являются частью природы и в конечном счете подвластны тем же регулярностям, что и остальная природа. Поэтому они продолжали искать эти регулярности как в мышлении, так и во внешней реальности, называя их, как и раньше, «диалектикой природы».
Статья Семенова была опубликована как в «Вестнике АН СССР», так и в партийном журнале «Коммунист». Вскоре после этого в последнем журнале была опубликована статья в пользу традиционного подхода, в которой диалектика рассматривалась как обобщение специального научного знания и поэтому как присущее природе[773].
В советских учебниках химии в 80-х годах продолжали проявляться признаки старого интереса к диалектико-материалистической интерпретации природы, в ходе чего были представлены достаточно разнообразные мнения. В некоторых учебниках диалектический материализм вообще не обсуждался, и лишь в некоторых прямо употреблялся термин «теория резонанса». Примером был широко используемый учебник по органической химии, написанный Петровым, Бальяном и Трошченко. После одной поверхностной ссылки на взгляды Энгельса относительно витализма во введении, авторы широко ссылаются на теорию резонанса в основной части книги[774].
Несколько иным был подход Карапетьянца и Дракина в их работе «Общая и неорганическая химия». Они предпочли термин «гибридизация» термину «резонанс» и все еще слегка критиковали тех, кто был «увлечен» теорией резонанса в 40-х и 50-х годах и чьи интерпретации резонанса часто приводили «к путанице и недоразумениям»[775]. Они не упоминали, однако, о том, что основатели теории резонанса Полинг и Уэланд специально предостерегали от подобных неправильных толкований.
Однако в 1981 г. был выдвинут третий подход в «Курсе общей химии» под редакцией Н.В. Коровина. В книге содержалось несколько ссылок на Маркса, Энгельса и Ленина и все еще утверждалось, что химия ведет к диалектико-материалистическому пониманию науки. «Изучение химии как одной из важнейших фундаментальных естественных наук необходимо для формирования научного диалектико-материалистического мировоззрения. Ф. Энгельс писал: „Химию можно назвать наукой о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменения количественного состава“»[776]. Идеологические склонности Коровина проявились далее в том, что он не упоминал теорию резонанса, предпочитая термин «гибридизация», хотя он и дал удовлетворительное описание присущих теории резонанса математических методов.
Юрий Жданов, сын Андрея Жданова (оба они обсуждаются на с. 127 и далее), продолжал время от времени публиковать статьи по философии химии. Как ректор университета в Ростове-на-Дону и партийный деятель, он оказал значительное влияние на советское высшее образование в 70—80-х годах. Он был ревностным защитником необходимости марксистского подхода ученых к объектам своих исследований. Он очень интересовался, в частности, короткоживущими (порядка около 10 секунд) переходными состояниями в химических реакциях, рассматривая их как иллюстрацию диалектических процессов в природе. В 1981 г. он писал: «Будучи моментом химического самодвижения, переходное состояние реализует истинную диалектику химизма; в нем материя напряжена, беспокойна, активна, противоречива. В.И. Ленин подчеркивал, что движение есть противоречие, есть единство противоречий, единство непрерывности и прерывности времени и пространства. В активном комплексе эти черты диалектического процесса реализуются полностью. Исследование переходного состояния есть изучение анатомии скачка от старого к новому в развитии материи, есть обнаружение того, как же осуществляется переход количественных изменений в качественные в сфере химизма»[777].
В этом отрывке Жданов принимал сторону онтологистов в их споре с эпистемологистами в советском диалектическом материализме. Он, очевидно, верил, что действие марксистских законов диалектики можно обнаружить в природе, особенно в химии. Это мнение отвергалось некоторыми другими советскими авторами, писавшими о философии химии. В том же году, что и Жданов, опубликовала свою статью Р.В. Гаркавенко, писавшая, что такие взгляды, как у Жданова, «оспариваются рядом авторов, считающих, что все внимание в философских исследованиях естествознания должно быть сосредоточено на гносеологических, логических и методологических проблемах», а не на «объективной диалектике химизма»[778].
Возможно, самая удивительная диалектико-материалистическая критика теории резонанса в начале 80-х годов была выдвинута академиком В. Коптюгом из новосибирского Академгородка. В своем интервью для английской научной телепрограммы «Горизонт» в 1981 г. он заявил, что, хотя в 40-50-х годах имели ошибки в отношении советской генетики, он согласен с советской критикой теории резонанса[779]. Коптюг является химиком с международной известностью и советским организатором науки, чьи взгляды имели значительное влияние на советское химическое сообщество. Оказалось, что Коптюг также поддерживал онтологистов, хотя по этому поводу он высказался столь кратко, что нельзя с уверенностью судить о его взглядах.
Следы полемики о теории резонанса могут быть найдены в советских дискуссиях о редукционизме в химии. Один из химиков, жестоко критиковавшихся ранее за поддержку теории резонанса, М.В. Волькенштейн, продолжал отстаивать мнение, что химия может в принципе быть сведена к физическим законам. Эта точка зрения отвергалась диалектическими материалистами, утверждавшими, что, согласно марксизму, разные законы существуют на различных уровнях бытия и что химия никогда не будет сведена к физике. Так, В.И. Курашов и Ю.И. Соловьев в 1984 г. критиковали как Волькенштейна, так и Лайнуса Полинга за попытки такого сведения[780].
К середине 80-х философия химии в Советском Союзе пришла в относительный упадок, но когда бы этот вопрос не возник, спор онтологистов и эпистемологистов, имевший место в советской науке, становился заметным и здесь. Интересно отметить, что такие философы, как Фролов, Гаркавенко и Вихалемм, старались поддерживать ненавязчивую эпистемологическую точку зрения, в то время как такие химики, как Коровин, Жданов и, возможно, Коптюг, примкнули к онтологистам. Эта тенденция показывает, что в каком-то смысле ошибались те западные обозреватели, которые полагали, что лишь советские философы ответственны за привнесение марксизма в естествознание, в то время как советские естествоиспытатели, по их мнению, игнорировали марксизм. Довольно много советских естествоиспытателей занимало позицию, согласно которой законы диалектики проявляются в природе, и, по меньшей мере, немногие профессиональные философы считали эту позицию путаной.
Здесь было сказано очень мало в защиту теории резонанса, хотя критика этой теории была дана в значительных деталях. В действительности же теория резонанса уже доказала свою полезность в науке. И если завтра эта теория будет заменена новой теорией, то понятие резонанса будет продолжать служить своему важному и полезному назначению. Авторы теории предупреждали, что резонансным структурам нельзя придавать физического значения, так как они являются в первую очередь вспомогательными описаниями. Однако верно и то, что некоторые химики ошибочно воспринимали резонанс как механическое явление[781]. Теория резонанса является созданной человеком системой организации и понимания сложных фактов, полученных из химических реакций, — системой, о которой, следуя реалистической эпистемологии, можно думать, что она имеет некоторое сходство со структурой молекулы, но не идентична ей.
Однако необходимо добавить, что под обсуждением теории резонанса скрывалась достаточно интересная философская проблема. Как в случае с квантовой теорией, интерпретация в терминах модели, приданной математическому формализму, настолько далека от привычных описаний физической природы, что вызывает неудобство у некоторых естествоиспытателей и философов. Важной философской проблемой в этом случае является использование моделей в научном объяснении. Это является серьезной темой, о которой много писали философы науки; тот факт, что участники обсуждения теории резонанса в Советском Союзе никогда не касались этой проблемы полностью, не противоречит тому, что проблема существовала. Можно надеяться, что в будущем советские авторы обсудят теорию резонанса с точки зрения философского анализа, не поднимая вопроса о вмешательстве в работу естествоиспытателей.
Мери Хессе так описывала интеллектуальную проблему, заключавшуюся в использовании моделей: «Главное философское обсуждение моделей касалось вопроса о том, есть ли какая-либо значительная и объективная связь между объясняющей теорией и ее моделью, связь, которая идет дальше, чем допустимый и, возможно, субъективный метод открытия. Это обсуждение является аспектом старого спора между позитивистской и реалистической интерпретациями научной теории. Многие эпизоды истории естествознания могут рассматриваться как главы этого обсуждения, включая применение бритвы Оккама к научным теориям, ньютонианско-картезианский спор о механическом характере гравитации, дебаты XIX века о механическом эфире и существовании атомов, а также махистский позитивизм»[782].
Среди ученых, описывающих модели только как несущественные вспомогательные средства для построения теорий, были Эрнст Мах, Генрих Герц и Пьер Дюгем. Среди тех, кто спорил о том, что без какой-либо материальной аналогии не существует достаточного основания для предположений, были Н.Р. Кэмпбелл, Э.Г. Хаттен и сама Хессе.
В случае с теорией резонанса реалисты и материалисты не должны смущаться тем, что они не в состоянии построить модель, адекватно объясняющую все реакции определенных химических соединений. Действительно, научная теория, лежавшая в основе классических моделей (теория валентности с точно локализованными химическими связями), давно отвергнута химиками. Современные теории валентности (в которых электроны рассматриваются как микрообъекты в терминах квантовой теории, обладающие, следовательно, как волновыми, так и корпускулярными характеристиками) не допускают таких структурных диаграмм. Однако квантовая теория уже познакомила нас с проблемой наглядности. Таким образом, хотя есть большой интеллектуальный интерес к интерпретации химической валентности, мало существует причин считать, что она является уникально трудным препятствием для сторонников философского реализма или материализма. Как заметила Хессе, «мы должны не удивляться, а быть готовыми к тому, что знакомые модели неадекватны в большей части современной физики»[783].