Что такое редукционизм в науке
редукционизм
Полезное
Смотреть что такое «редукционизм» в других словарях:
редукционизм — (в психологии) (от лат. reductio возвращение, отодвигание вперед) осознаваемая или неосознаваемая методологическая установка, направленная на сведение явлений одного порядка к явлениям качественно иного порядка (например, психического к… … Большая психологическая энциклопедия
РЕДУКЦИОНИЗМ — (от лат. reduclio отодвигание назад, возвращение к прежнему состоянию), методоло гич. принцип, согласно которому высшие формы материи могут быть полностью объяснены на основе закономерностей, свойственных низшим формам, т. е. сведены к… … Философская энциклопедия
Редукционизм — (от лат. reductio возвращение, приведение обратно) методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных явлениям более простым (например, социологические явления… … Википедия
РЕДУКЦИОНИЗМ — (от лат. reductio) методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены на основе законов, свойственных более простым (напр., биологические явления с помощью физических и химических законов; социологические с … Большой Энциклопедический словарь
РЕДУКЦИОНИЗМ — (франц. rèductionisme, от лат. reductio возвращение, приведение обратно), методологический принцип, согласно которому высшие формы материи могут быть объяснены на основе закономерностей, свойственных низшим формам (например, биологические… … Экологический словарь
РЕДУКЦИОНИЗМ — методологическая установка, которая заключается в сведении сложного к простому, целого к свойствам частей (меристический или демокритовский Р.) и частей к специфике целого (холистический или платонический Р.). Исторически методология Р. получила… … Новейший философский словарь
РЕДУКЦИОНИЗМ — (от лат. reductio возвращение) англ. reductionism; нем. Reduktionismus. 1. Методол. принцип, согласно к рому высшие формы материи могут быть полностью объяснены на основе закономерностей, свойственных низшим формам. 2. Методол. программа,… … Энциклопедия социологии
редукционизм — Сведение сложного к простому и высшего к низшему. [http://www.lexikon.ru/sexology.html] Тематики сексология … Справочник технического переводчика
редукционизм — а; м. [лат. reducere возвращение назад, восстановление] Философская концепция, ориентированная на решении проблемы единства научного знания на основе выработки общего для всех научных дисциплин единообразного языка описания. ◁ Редукционистский… … Энциклопедический словарь
Редукционизм — (от лат. reductio возвращать, отодвигать назад) методологический принцип, основывающийся на возможности объяснения сложного на основе законов простого (например, явления биологии объяснять законами физики и химии и т. п.). Редукционизм… … Начала современного естествознания
Что такое редукционизм в науке
Введение
Современная биология – это учение о жизни и живом и один из приоритетных векторов развития российской и мировой науки. Она содержит все разделы естественных наук, исследующих различные аспекты жизненных процессов и включает различные дисциплины: анатомию, физиологию, клеточную биологию, биохимию и биофизику и др., охватывает все организмы животных и растений и связана с многочисленными отраслями науки и народного хозяйства: медициной, сельским хозяйством, машиностроением и др.
Между тем так же как и физика биология сегодня имеет множество нерешенных проблем. Эту мысль хорошо характеризует высказывание Майкла Газзанига (2017) в его книге, посвященной нейронаукам и проблеме мозга: «. мы столкнулись с той же головоломкой, что и физики, полагавшие законы Ньютона универсальными. Законы не универсальны: всё зависит от того, какой уровень организации описывается, и при возникновении более высоких уровней начинают работать новые правила. Квантовая механика – это правила для атомов, законы Ньютона – правила для предметов, и с помощью одних нельзя полностью предсказать другие» [1].
Поэтому важным и перспективным сегодня представляется развитие неординарных подходов, которые способны вывести биологию на качественно новый уровень развития, т. е. важен переход к неклассической или даже к постнеклассической биологии [2, 3].
Цель исследования через анализ литературы дать более широкое понимание роли подходов в теоретической биологии, таких как холизм и редукционизм и показать их значимость и актуальность для современной науки.
Холизм и редукционизм
В биологии и медицине выделяют несколько исторически сложившихся подходов изучения феномена жизни: редукционизм и холизм. В первом особое значение отводится материальной основе мира, а также его элементарным составляющим (термин «редукционизм» происходит от слова reductio – упрощение). Редукционисты-материалисты поддерживают доктрину, что «жизнь» может быть объяснена с точки зрения физики и химии, и в конечном счете теоретическая биология представляется как раздел физики. Последователи второго отводят важное значение философским аспектам «жизни», утверждая, что жизнь включает в себя не только материю, но и нечто отличное от материи (термин «холизм» происходит от слова holos – целое). Биологи-холисты полагают, что независимо от того, каких успехов достигнут физика и химия, в конечном счете все равно устройство жизни ускользнет от понимания материалистов, считая теоретическую биологию самостоятельной наукой [4]. Оба эти направления постоянно находятся в оппозиции друг другу.
В то же время оба эти направления подразумевают, что существуют различные уровни организации материи: социальный, биологический, физический, химический, механический, которые находятся в некой иерархии. При этом последователи редукционизма утверждают, что есть некий базовый или фундаментальный уровень организации живой материи, а его описание позволяет объяснить явления на всех вышележащих уровнях. Таким базовым уровнем в современном редукционизме принято считать физико-химический уровень, когда биологическое сводится к физико-химическому процессу. Так, с позиций редукционизма биология становится еще одним разделом физики. Происходит замещение биологических понятий на физические.
Холистический подход, напротив, предполагает важность всех уровней и несводимость науки о живой материи к одному уровню (напр., физико-химическому, биологическому и т.п.) организации живой материи. При этом совокупность данных уровней образует новое эмерджентное качество, которое отсутствует на нижележащих уровнях, – т. е. образует «жизнь». Холисты отводят особую роль биологии как науке о живом, тогда как в редукционизме это не более, чем прикладная физика. Таким образом, уровни существуют только для холистического подхода, а для редукционного подхода уровни живой материи, с одной стороны, есть и наблюдаются, а с другой – для науки их нет, так как их описание сводится к одному физико-химическому уровню.
С другой стороны, методологический аппарат холизма и редукционизма развивается на базе различных представлений в рамках науки и культуры и во многом сложился традиционно-исторически. Так, в методологии науки, холизм и редукционизм имеют принципиально разные основания, которые заимствованы из различных областей науки и культуры. Например, В.И. Моисеев (2008) выделяет различные полюса холизма и редукционизма. Он определяет сильный и слабый редукционизм, а также рациональный и иррациональный холизм, при этом рассматривая их в рамках науки и культуры. Причем редукционизм автор связывает в большей мере с физикой, в то время как холизм – с культурой. В предложенной автором модели под сильным редукционизмом подразумевается, что для объяснения жизни достаточно классической физики (т. е. это жесткий механистический подход – например, теория Максвелла, которую относят к классической физике, но сегодня она не рассматривается как разновидность механицизма из-за акцента в современной трактовке на полевые представления; но сам Максвелл считал себя механицистом). В то же время с развитием науки физика и ее подходы и методы тоже менялись, что привело к появлению более мягкой редукционистской модели. Так, слабый редукционизм предполагает, что для объяснения жизни, вероятно, недостаточно современных физических знаний, но это возможно в рамках новой неклассической или постнеклассической физики живого, которая, видимо, еще не существует, но она будет создана и в рамках нее жизнь может быть объяснена [5].
Для всех видов холизма одинаково характерно то, что биологические системы не сводимы к физическим и химическим системам, однако физические системы – необходимый элемент живого организма. Предполагается, что иерархия уровней и совокупность элементов в биологических системах образуют новое качество (эмерджентное) жизни, которое отсутствует в физических системах и не является физической величиной. Поэтому в живых системах наблюдается качественный скачок – появление жизни. В то же время иррациональный холизм предполагает, что жизнь и ее объяснение находится за рамками науки и, возможно, вообще непостижимо для человеческого разума. С другой стороны, рациональный холизм, напротив, использует исключительно научные методы и предполагает научное решение проблемы живого с позиций холизма. При этом предполагается, что наука, которая будет выражать феномен жизни – это уже не физика, а биология как самостоятельная наука – теоретическая биология, в которой физика и химия не исчезают, но их методов и средств уже недостаточно для описания феномена жизни.
Так, до XVIII в. в науке преобладал иррациональный холизм, именуемый также классическим витализмом. Считается, что у живого есть некая жизненная сила – душа, аура и т.п., которая существует вне пространства и времени. Эта жизненная сила не постижима человеческим разумом и не сводится к физике и вообще любой другой науке и трактуется в рамках культуры, религии, житейского языка как нечто божественное и непознаваемое. В рамках этой концепции биология была частью философии – натурфилософии.
В XVIII в. Ньютон (1642 – 1727) создает механику, в основе которой лежат логика и математика. Новая теория становится очень популярна и привлекает интерес научного сообщества того времени. Отношение ученого сообщества к биологии резко меняется: на смену иррациональному холизму приходит сильный редукционизм. Помимо положений Ньютоновской теории в основу сильному редукционизму вошли работы: французского философа Жюльена Офре де Ламетри (1709–1751), одна из которых «Человек машина», работы Рене Декарта (1596–1650) и его знаменитый тезис «растения и животные – это машины, душа же есть только у человека», работы Томаса Хаксли (1825–1895) и др. Цель механистического подхода в биологическом исследовании особенно ясно была выражена более ста лет назад Т. Хаксли в следующем определении: «Зоологическая физиология – это доктрина функций или действий животных. Она рассматривает тела животных как машины, побуждаемые к действию различными силами и совершающие некоторое количество работы, которую можно выразить на языке обычных сил природы. Конечная цель физиологии состоит в том, чтобы вывести факты морфологии, с одной стороны, и факты экологические – с другой из законов молекулярных сил вещества» [6].
Сильный редукционизм в большой степени сводится к классической механической физике, где сущность живого находится внутри описываемой физической реальности. Классический пример редукционизма – это атомизм, где макротела сводятся к моделям, состоящим из атомов. Это подразумевает жесткие модели живого, которые основываются на свойственных неживой материи и физико-химических процессах в ней. Такой подход резко критикуется современными биологами, считающими, что его методологический аппарат недостаточен, чтобы объяснить большинство процессов в живой материи. В то же время последователи сильного редукционизма сделали огромный фундаментальный и практический вклад не только для развития физиологии и биологии вообще, но и для развития различных направлений технических отраслей науки. На базе сильного редукционизма были предприняты первые и небезуспешные попытки переноса данных физиологии в современную промышленность. Создание первых вычислительных машин, аппаратов искусственного подержания жизни, интеллектуальных систем, сетевых технологий и многого другого. Несмотря на значимую критику биологов, данный подход оказал сильное содействие практически ориентированной науке, в которой заинтересованы хорошо финансируемые государственные структуры: медицина, вооруженные силы, машиностроение, космос.
В XIX в. происходит возрождение холизма. Ханс Дриш (Hans Driesch, 1867–1941) –основатель школы эмбриологии в Германии – заметил, что если на определенном этапе разделить эмбрион на части, то из каждой части могут возникнуть самостоятельные эмбрионы, из которых потом развивается вполне самостоятельный организм, т. е. у зародыша, были обнаружены новые свойства. Пытаясь обобщить свои исследования, Дриш выдвинул гипотезу о существовании особой формообразующей силы, которая присутствует в живом и участвует в его развитии\росте как вектор этого развития. Таким образом, Х. Дриш проводит аналогию с точкой зрения Аристотеля, упоминаемой в его работе «О душе». В ней рассматривается три вида души: растительная – направляет репродукцию и рост; животная – направляет деятельность и чувства; разумная – направляет мысль и рассуждение. У Аристотеля душа рассматривается как «энтелехия» (или форма) живого тела. Дриш также вводит понятие «энтелехия», рассматривая ее как энергию, которая направляет живое тело к цели, определяя форму его существования. Так в XIX в., возвращаясь к Аристотелю, биология становится на путь рационального холизма и пытается объяснить жизнь с этих позиций [7, 8]. Этот этап называют также неовитализмом. Позже указанный ход мысли привел к идее «позиционной информации», которая также признается до сих пор в современной биологии развития [9].
На современном этапе развития биологии – во второй половине XX и в начале XXI в. – снова начинает господствовать редукционизм. Однако и физика к этому времени тоже существенно изменилась. Новые открытия в ней показали, что и физика не такая жёсткая, как это предполагали механики. Появление термодинамики (начало XIX в.), теории относительности и квантовой механики (начало XX в), теории динамических систем (середина XX в) и др. открыло большие надежды и перспективы в использовании физики в науке о живом (в том числе для объяснения живого). По-прежнему в рамках теоретической физики, но уже с новой методологией ученые-биологи предпринимают попытки построить новую физику – физику живого. Возникают новые прикладные науки – синергетика, бионика, биометрика, биоморфология [2]. Более сложный, качественно новый уровень во многом предопределит прорывные технологии в области биоинженерии, робототехники, прототипы и модели в которых заимствованы из опыта изучения живого. Возникает новое понимание редукционизма (слабый редукционизм). На сегодняшний день слабый редукционизм – один из самых популярных среди биологов подходов. Результат развития этого направления видится многим ученым-биологам как результат слияния физики и биологии и появления новой физики, которая объясняет не просто мир материи, а природу вещей и живого вообще.
В то же время сегодня, несмотря на огромную популярность слабого редукционизма, не угасает интерес и к холизму. Одним из наиболее разработанных холистических течений является рациональный холизм. Рациональный холизм вырос из идей иррационального холизма, с одной стороны, и использованием научных методов, с другой стороны. Последователи направления придерживаются мнения, что сущность живого выразима научно, однако её нельзя свести к физике, поэтому она должна быть предметом биологии как самостоятельной науки. Холисты выступают за то, чтобы биология стала самостоятельной фундаментальной наукой о живом, тогда как сегодня биология зачастую пользуется результатами, которые получены физико-химическими методами. Физический подход в биологии трактуется критиками как ее слабость и неспособность этой области знания к самостоятельному научному исследованию. В то же время холисты в отличие от редукционистов убеждены в исключительности биологии, несмотря на то, что она не так богата собственными методами. Работы в этом направлении продолжаются [1, 9, 4, 6].
Вывод
В свете предложенного исторического экскурса можно проследить некую динамику смены холизма и редукционизма и их сближения (т. е. постепенного стирания границ между современным холизмом и редукционизмом), что можно связать с расширением границ физики, с одной стороны, и развитием рационального холизма – с другой. Но если сама физика меняется, а её границы расширяются, то в какой-то момент может оказаться, что ресурсов физической методологии будет достаточно для объяснения живого, что и признают сами холисты (В. И. Моисеев).
Между тем между холизмом и редукционизмом в биологических науках и медицине до сих пор существует огромный ряд нерешенных проблем, и имеется важное различие, которое, возможно, никогда не будет преодолено. Оно заключается в том, что при наличии многоуровневой системы довольно затруднительно объяснять явления на отдельных ее уровнях, а также саму многоуровневую систему в целом. С другой стороны, объяснить все явления вышележащих уровней, используя лишь один базовый уровень, также не представляется возможным. Таким образом, в случае холизма мы имеем методологическую проблему, а в случае редукционизма получаем неадекватные или неполные модели объекта или изучаемого явления при наличии хорошо разработанной методологии. В этом случае перспективы редукционизма во многом предопределены экономически, так как использование данной методологии будет способствовать получению быстрых результатов, однако они будут не фундаментальны и, возможно, не значимы для большой науки.
Некоторые последователи слабого редукционизма уверены в огромных возможностях физики и в том, что в конечном счете с появлением новой методологии, в рамках неклассической, а может быть даже постнеклассической физики, будет возможно достаточное и полное объяснение природы феномена жизни. Последнее означало бы слияние холизма и редукционизма в рамках этой новой постнеклассической методологии. Нельзя забывать, однако, что в редукционизме при всей его популярности опускаются существенные моменты, которые затрагивают важные, не решенные вопросы биологии как науки о живом: проблема морфогенеза (эпигенетическая проблема, проблема структуры, проблема регенерации, проблема целостности), проблема поведения (инстинкты, регуляция поведения, обучение, разумное поведение), проблема эволюции, проблема происхождения жизни, а также вопросы более высокого уровня – психологические и социальные проблемы. Поэтому сегодня особый интерес представляет рассмотрение физиологии и биологии в рамках не только слабого редукционизма, но и с позиций рационального холизма.
Редукционизм не работает: почему физика никогда не сможет объяснить, как возникла жизнь
Если всё живое состоит из атомов, значит можно объяснить его специфику на основе физических закономерностей? Вовсе нет. Главный научный сотрудник Технологического института Джорджии, биофизик Джереми Ингланд на сайте журнала Nautilus рассказывает, почему физика не только не в силах определить, что такое жизнь, но и не способна выразить частные живые процессы в цифрах и всегда будет уступать в понимании живого биологии.
Если всё живое состоит из атомов, поведение которых описывается известными нам уравнениями, то и само существование жизни должно быть следствием этих законов. Такой образ мыслей уже во многом помог нам понять, как устроен мир.
Благодаря биофизику Максу Дельбрюку количественный анализ перекочевал из физики в биологию, породив механистический, молекулярный подход в цитологии и биохимии, который привел к множеству революционных открытий. Методы медицинской визуализации — рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия и микроскопия сверхвысокого разрешения — позволили тщательно изучить ДНК, белки и прочие микроскопические структуры.
Получив более подробную картину того, как простейшие элементы образуют целое, мы невольно начали думать, что величайшие загадки биологии можно разгадать исключительно с помощью физики. Но такой подход неизбежно обернется разочарованием по двум причинам.
Редукционизм не работает
Ученые долгое время надеялись, что смогут понять устройство всего на основе нескольких простых законов. И, справедливости ради, стоит признать, что многие научные открытия действительно были сделаны благодаря редукции того или иного явления.
В конце концов, некоторые вещи и правда можно объяснить на основе их составляющих: приливы и отливы под воздействием гравитационного поля Луны, развитие некоторых генетических болезней вследствие изменений структуры белка — иногда то, что мы изучаем, является суммой его частей.
Но в ХХ веке от надежд разгадать загадки науки при помощи редукционизма не осталось и следа. Ни законы Ньютона, ни законы квантовой механики не помогают прогнозировать изменения на рынке ценных бумаг или даже более простые явления вроде турбулентности или поведения сверхпроводящего магнита.
Во всех этих случаях действует множество неизвестных факторов, которые мы не можем ни предсказать, ни измерить.
Мы не знаем, что такое жизнь
Вторая причина связана с ошибочным разграничением между понятиями живой и неживой материи, которое бытует и сегодня. Многие люди считают, что рано или поздно мы сможем объяснить феномен жизни подобно тому, как мы сейчас можем объяснить, почему замерзает и закипает вода. Более того, они надеются, что физика сможет дать ответ, что живое, а что — нет.
Однако люди забывают, что мы даем названия явлениям, даже несмотря на то, что точно не знаем, что такое жизнь. Физик, работающий над теорией возникновения жизни, должен сначала перевести характеристики известных нам примеров жизни на язык физики.
В определенной степени вопрос о зарождении жизни уже содержит в себе намек на редукционизм.
Наблюдая за живыми организмами, мы невольно задаемся вопросом: есть ли в этих механизмах нечто большее, чем сумма их отдельных частей? Если нет, значит ли это, что мы рано или поздно поймем, как устроено всё живое? Не подразумевает ли любое возможное объяснение происхождения жизни определение отдельных стадий, каждая из которых предсказуемо следует из предыдущей? Если так, то чем это отличается от сведения жизни к набору простых и понятных законов физики?
Сложные системы ведут себя иначе
Нужно признать, что физикам удалось обнаружить некоторые законы, обеспечивающие очень точные прогнозы в отношении систем, которые когда-то казались необъяснимо сложными. Благодаря Кеплеру и Ньютону движение небесных тел для нас — открытая книга. А теперь представьте себя натурфилософом прошлого, который ломает голову над перемещениями солнца, луны и звезд в течение года. Сама мысль о том, что эту тайну можно объяснить парой простых уравнений, должна была казаться ему невероятной. Поэтому значение революции, начатой Ньютоном и его современниками, невозможно переоценить.
Затем наступил ХХ век. Эйнштейн разгадал загадку движения Меркурия — единственную, которую не мог постичь Ньютон, а уравнение Шрёдингера раскрыло загадку атома и объяснило природу цветного излучения, возникающего при протекании электрического тока через газы. В свете этих великих научных побед можно простить некоторых ученых, считавших, что все тайны рано или поздно будут разгаданы.
Однако при ближайшем рассмотрении достижений редукционизма обнаруживается ошибка. Все подобные теории оказываются эффективными лишь применительно к относительно простым системам: одной планете Солнечной системы, одному атому водорода и т. д. Во всех этих случаях теория работает потому, что явление изолируется от остального мира и используются уравнения, которые описывают отношения между ограниченным количеством физических величин.
Заядлый редукционист, вооруженный мощным суперкомпьютером, неизменно ошибется, если попытается вычислить поведение целого на основе законов, описывающих отдельные его части. Как говорил американский физик и нобелевский лауреат Филип Уоррен Андерсон: «Больше — значит иначе».
Без сомнения, благодаря многочисленным исследованиям молекул, клеток, тканей и целых организмов, нам теперь известно, что разнообразие функций живых организмов зависит от физических свойств их частей.
Но это не значит, что редукционизм победил — совсем наоборот.
Взять, к примеру, кровь. Способность крови поглощать и выделять кислород можно вывести из атомной структуры гемоглобина — белка красных кровяных клеток. В то же время вязкость крови точно вычислить невозможно — из-за огромного количества разных факторов, обусловливающих то, как молекулы взаимодействуют друг с другом в такой неоднородной субстанции.
Физика смотрит на мир совсем не так, как биология
Жизнь — это царство частного. Конкретные свойства достигаются при определенном сочетании компонентов, и любые изменения в этой комбинации вызвали бы катастрофические последствия. Малейшее изменение скорости, с которой кровь течет по сосудам, или последовательности ДНК, кодирующей структуру определенного белка, может существенно отразиться на функционировании всего организма.
Данной проблемы невозможно избежать, так как взгляд с точки зрения физики всегда будет отличаться от взгляда с точки зрения биологии.
Физика основана на измерении конкретных величин: расстояния, массы, длительности, заряда, температуры и т. п. Физические законы выражают то, как одни измеримые величины меняются под влиянием других измеримых величин. Гениальность второго закона Ньютона не столько в том, что он устанавливает зависимость между силой, массой и ускорением, а в том, что он показывает: все эти величины можно измерить по отдельности.
В биологии всё иначе. Хотя биологические исследования и подразумевают работу с числами (например, статистические методы помогают подтвердить закономерности, обнаруженные в ходе наблюдений), изучение жизни не связано с вычислениями. В биологии категории живого и неживого даны изначально. Биологам нет нужды убеждать человечество в том, что природа делится на живую и неживую — это разграничение уже заложено в языке.
Другими словами, биология не существовала бы без понятия жизни.
Биология, в отличие от физики, не основана на математике. Понимание того, что растения нуждаются в солнечном свете, чтобы жить, или что рыба умрет, если вытащить ее из воды, не требует вычислений.
Само собой, можно узнать больше, рассчитав, сколько именно солнечного света нужно растениям или как долго рыба может прожить без воды, но это не так важно, как знание того, какие условия способствуют или препятствуют комфортной жизни — а наше представление о комфортной жизни берет начало не в науке, а в нашем собственном опыте.
Когда мы изобрели слово «жизнь», физики еще не было, поэтому было бы странно, если бы сейчас физики вдруг начали диктовать нам, как мы должны понимать это слово.