Материята в движение: Ролята на диалектическата философия в науката

Точка на бифуркация

Ваня Милева Последна промяна на 27 март 2024 в 00:00 3494 0

Представете си жълъд и дъб. От диалектическа гледна точка те са едновременно еднакви и различни неща. Едно и също, тъй като дъбът израства от жълъд и дъбът произвежда жълъди, и различно, тъй като жълъдът и дъбът са две различни неща. От научна гледна точк

Кредит Needpix.com

Представете си жълъд и дъб. От диалектическа гледна точка те са едновременно еднакви и различни неща. Едно и също, тъй като дъбът израства от жълъд и дъбът произвежда жълъди, и различно, тъй като жълъдът и дъбът са две различни неща. От научна гледна точка това може да се обясни, разбира се, с факта, че жълъдът и дъбът споделят една и съща ДНК - те са един и същ организъм на различни етапи от своето развитие и жизнен цикъл.

Представяме ви още една статия от поредицата за философия и наука на Киърън Шлегел-О'Брайън (Kieran Schlegel-O'Brien) от Advanced Science News, която разглежда диалектиката и нейното значение за разбирането на промяната в естествения свят.

"Никой човек никога не стъпва в една и съща река два пъти, защото това не е една и съща река и той не е същият човек." Така е заявил Хераклит преди повече от две хиляди години и половина. Древен йонийски философ, Хераклит е най-известен със своята философия на промяната, философия, която е намерила различни изрази в цялата световна история, а в съвремието е наречена диалектика.

Вероятно Хераклит е имал предвид, че потокът и движението са основни аспекти на материята и по-важното, че природата е пълна с противоречия. Всичко едновременно е и не е. Не можее да стъпите в "една и съща“ река два пъти, защото водата се е преместила и не е същата вода, в която сте стъпили преди.

Същото важи и за човека в цитата на Хераклит. Човешкото тяло, както всички организми, е в състояние на постоянна промяна - клетките умират и нови клетки се възпроизвеждат през цялото време. Това, което ядем, се метаболизира и химичните вещества и минералите в нашата храна заместват тези, които вече съставляват нашите клетки.

Ние не забелязваме тези промени, но в достатъчно дълъг период от време може да се окаже, че повечето, ако не всички, атоми, които са ни изграждали преди няколко десетилетия, са били заменени. В химически смисъл ние сме физически напълно различен човек от този, който сме били тогава, но в същото време очевидно сме същият човек.

Това е същността на философията на диалектиката и произтичащи от това състояние на промяна идват определени противоречия, които заедно пораждат нови качества.

Диалектика и материализъм

Както бе споменато в предишната статия "Материализмът или идеализъм: Ролята на философията в науката", немският философ Хегел, повлиян от Хераклит, връща диалектиката обратно в западната философия през 19 век, която става силно влиятелна и намира ново значение, когато по-късно се съчетава с материалистическата философия, известна като диалектически материализъм.

Диалектическият материализъм често се посреща със скептицизъм и враждебност поради връзката му с по-късните немски философи Карл Маркс и Фридрих Енгелс, които са пряко повлияни от Хегел и се смятат за диалектически материалисти. Но този скептицизъм е прибързан.

"Според мен критиците на диалектическия материализъм често възразяват срещу приложението на Маркс и Енгелс на този философски метод за изучаване на човешкото общество и човешката история, неща, които критиците смятат, че не могат да бъдат разбрани по научен начин и следователно дискредитират диалектическия материализъм като цяло. Въпреки това, каквито и да са вашите възгледи по този въпрос - и въпросът дали наистина можем научно да изучаваме и разбираме обществото и историята не е предмет на тази статия - тази критика пренебрегва приложимостта на диалектическия материализъм към естествените науки", подчертава авторът Шлегел-О'Брайън.

Там, където механичният материализъм - детерминистичният и часовников възглед за Вселената през Просвещението - изпадна в задънена улица, диалектическият материализъм пренася материализма напред и обогатява материалистическата философия с по-напреднал, холистичен възглед за света, отчитайки и приемайки противоречията в природата, вместо да ги игнорира или да ги вижда като проблем.

Противоречие и конфликт

Първият закон на диалектиката, разработен от Хегел, изследва концепцията за "единството и борба на противоположностите“. Този първи закон се проявява и в примера, даден от Хераклит. Други примери за противоречия и противоположности в природата включват горещо и студено, положително и отрицателно, двата магнитни полюса на север и юг, причина и следствие, част и цяло и живот и смърт.

Нито едно от тези неща не може да бъде описано или разбрано, или в някои случаи дори да съществува, без съществуването или признаването на техните противоположности. Противоречието и конфликтът на частта и цялото също е от особено значение за природните науки.

Например, нека да разгледаме водата. Водата е изградена от молекули Н2О. Тези молекулярни "части“ съставят "цялото", което наричаме вода. Въпреки това, разглеждайки всяка отделна част изолирано, те в много отношения са напълно различни от водата. Водата е мокра, но една молекула H2O не е. Свойството или качеството "влажност“ съществува само когато молекулите на Н2О се съберат и организират. С други думи свойството влажност е резултат от връзката на отделните водни молекули, които взаимодействат една с друга и се организират по определен начин.

Този холистичен и диалектен подход към разбирането на света е в противоречие с друг аспект на науката, който в крайна сметка ще се окаже, че има своите граници: редукционизма. Тоест, при изучаването на естествения свят чрез наблюдение и експеримент, бе изкушаващо да се видят нещата в отделност и в техните съставни части, а не като част от контекста на тяхната среда и развитие - нещата се разбират като нищо повече от сумата от техните части.

Това бе особено вярно в биологията и анатомията. Въпреки че редукционисткият метод помага да хвърли светлина върху разбирането ни за това как функционира организма, той сам по себе си ни води до непълно разбиране на биологията.

В началото на този век господстваше редукционисткото мислене и надежди около проекта за човешкия геном, като учените и медиите говореха, че можем да открием гена за почти всичко. Имаше надпревара за откриване на гена на престъпното поведение, гена на творческия талант или гена на високата интелигентност. Може би не е изненадващо, че подобни търсения не успяха.

С извинения към привържениците на "егоистичния ген", живият организъм е нещо повече от това, което е кодирано в неговата ДНК. Освен това е нещо повече от тъканите и органите, за които тези гени кодират и които го изграждат.

Живият организъм е нещо само по себе си. Това е кумулативен продукт на всички тези отделни части - гени, органи, тъкани - развиващи се и взаимодействащи заедно, за да произведат организъм със свойства и качества, които отделните му части не притежават сами по себе си.

Съвременните генетици и биолози се отдалечават от прекалено опростения, редукционистки възглед за живота и признават, че гените и организмът, към който принадлежат, имат сложно взаимодействие, което не може да бъде описано само с гени, както е описано по-горе.

Епигенетиката и разпознаването на външни фактори, които също влияят върху развитието на живия организъм, са добре дошло признание за ограниченията на редукционизма и също показват преминаване, може би несъзнателно, към диалектичен начин на мислене и разбиране в рамките на биологичните науки.

Диалектиката е философията на промяната в материята, но би било неправилно да възприема напълно едностранчив поглед и да твърдим, че материята е постоянно в състояние на промяна. Съществуват разбира се периоди на застой и равновесие. Това изглежда противоречи на цялата представа за диалектиката, но вторият закон на диалектиката - преминаването на количествените промени в качествени промени - помага да се преодолее това противоречие.

Количество в качество

Бифуркацията и възникването на сложност като части от теорията на хаоса, са може би най-мощните открития, които оправдават този следващ основен закон на диалектиката. Повече за бифуркацията може да прочетете във вложката под статията.

Сравнително новата наука за "появата" (или бифуркацията) - идеята, че някои свойства възникват от вътрешната работа на определена система, чиито съставни части не притежават такива свойства - по същество са законите на диалектиката, написани на езика на математиката и физиката.

От лавини до земетресения, фазови преходи до смъртта на звезди, природата изобилства с примери за този процес на промяна. Това означава, че малки, понякога незабележими промени в системата се извършват за период от време, без да се случва нещо забележимо, докато се достигне критична точка, когато системата претърпява качествена промяна.

Нека отново да погледнем водата. Както е известно, от 0 до 100°C водата е качествено еднаква. Може да изглежда по-гореща или по-студена в зависимост от температурата си, но остава течност и се държи като цяло по същия начин, независимо дали е при 1°C или 99°C. Количествената промяна в този пример е добавянето на топлина към водата, за да се повиши нейната температура, което внезапно, при 100 °C, причинява качествена промяна на водата под формата на кипене и превръщане в пара. Това е известно като фазов преход и разбира се се отнася не само за водата. Това, което може би не е толкова добре известно, е, че подобен процес на промяна е перфектен пример за диалектика в действие.

Следователно промяната не винаги се извършва постепенно и равномерно, а по-скоро на скокове и в много случаи е продукт на първия закон на диалектиката за противоречие и конфликт в една система.

Теорията на еволюцията е значително обогатена чрез оценяването на тези закони на диалектиката. През десетилетията след публикуването на " Произхода на видовете“ на Дарвин се смяташе, че еволюцията е бавен и постепенен процес, при който видовете чрез естествен подбор претърпяват малки промени от едно поколение на следващо, докато накрая не настъпят толкова много промени, че се появява нов вид.

Проблемът с този възглед за еволюцията са фосилите, които показват тревожна липса на "междинни звена“ между видовете. Оказа се, че преходът от един вид към друг е бърз и внезапен процес.

През 70-те години еволюционните биолози Стивън Джей Гулд и Найлс Елдридж представят теорията за прекъснатото равновесие. Тази теория гласи, че видовете могат да бъдат стабилни за дълги периоди от време и да намерят равновесие в своята среда и екология, като тези периоди на равновесие са "пунктирани“ от внезапни промени, водещи до появата на нови видове. Тези промени могат да се дължат на външни фактори, фактори на околната среда или мутация в техните гени, която води до такава благоприятна черта, че този ген се разпространява в популацията за относително кратък период от време.

Кредит Pexels / Public Domain Certification

Един от най-известните примери за този процес е камбрийският взрив, когато преди малко повече от половин милиард години животът прави внезапен скок с "експлозия“ в разнообразието и еволюцията на нови видове и групи и сложни организми, появили се след като стотици милиони години целият живот на Земята е бил прост и предимно едноклетъчен.

Прекъснатото равновесие остава спорно в някои кръгове и в никакъв случай няма консенсус относно това кой е правилният модел на еволюцията, но според автора Шлегел-О'Брайън теорията на Гулд и Елдридж е най-добрата досега в обяснението защо вкаменелостите изглеждат така - защото еволюцията е диалектичен процес, а не постепенен.

Отрицанието на отрицанието

Еволюцията чрез естествен подбор ни показва диалектика в играта. Третият закон на диалектиката, отрицанието на отрицанието, също доста добре намира израз в биологичната и еволюционната промяна.

Този термин звучи доста странно и абстрактно и е най-добре илюстриран с пример - а биологията ни предоставя много.

Представете си жълъд и дъб. От диалектическа гледна точка те са едновременно еднакви и различни неща. Едно и също, тъй като дъбът израства от жълъд и дъбът произвежда жълъди, и различно, тъй като жълъдът и дъбът са две различни неща. От научна гледна точка това може да се обясни, разбира се, с факта, че жълъдът и дъбът споделят една и съща ДНК - те са един и същ организъм на различни етапи от своето развитие и жизнен цикъл.

Отрицанието на отрицанието загатва за факта, че в този пример унищожаването или отричането на едно нещо поражда нещо ново, което само по себе си също се развива и променя, докато не бъде отречено заради нещо ново, но на по-високо ниво.

При правилните физически и екологични условия жълъдът ще покълне и ще израсне в дъбова фиданка. Жълъдът вече не съществува, той е "отречен“ и на негово място е израснало дърво. В определен момент това дърво ще даде плод и ще даде не един жълъд, а много повече жълъди през целия си живот.

Когато дървото най-накрая умре - когато то също бъде отречено - множеството жълъди, които е произвело, ще са създали много повече дъбови дървета. Когато добавим еволюция към тази аналогия, това множество нови жълъди и дървета са "по-високото ниво“, посочено в предишния параграф: отрицанието на отрицанието е преминало пълен кръг, но новите жълъди не са идентични с оригинала, а имат нови мутации, нови характеристики и в дългосрочен план може дори да доведат до нов вид дъб, по-добре адаптиран към околната среда.

Отрицанието на отрицанието подчертава и още един аспект на диалектическите процеси, който е, че някои неща имат тенденция да се превръщат в своите противоположности. Това се отнася по някакъв начин и за трите закона на диалектиката.

Ние виждаме такива явления в по-големи системи с много взаимосвързани и взаимнозависими части. В историята на живота на Земята фотосинтезиращите организми са еволюирали първи и техният страничен продукт – молекулярен кислород – е бил токсичен за живота. Но когато животът развива бактерии, които използват кислород за собствения си метаболизъм, кислородът престава да бъде токсин за цял клон организми и сега не можем да си представим живота на Земята без него.

Докато предишната статия от тази серия показа как материализмът, за разлика от идеализма, е правилната отправна точка за науката и разбирането на природата, в тази статия авторът Шлегел-О'Брайън показва как диалектиката - във връзка с материализма - е подходяща философия и мироглед за всеки, който се занимава с науката за промяната в природата.

Апелирайки диалектическото мислене да се приема по-сериозно от западните учени авторът цитира думите на Стивън Джей Гулд от книгата му An Urchin in the Storm:

"[…] законът за "взаимопроникващите противоположности“ записва неразривната взаимозависимост на компонентите; "трансформацията на количеството в качество“ защитава системно базиран възглед за промяната, който преобразува постепенните входове в промени на състоянието; и "отрицанието на отрицанието“ описва посоката, дадена на историята, защото сложните системи не могат да се върнат точно към предишни състояния."

Източник: Matter in motion: Dialectical philosophy’s role in science, Kieran Schlegel-O'Brien, Advanced Science news 

Уравнението на Фейгенбаум

Бифуркация (от лат. bifurcus – раздвоен) представлява процес на качествен фазов преход от състояние на равновесие към хаос чрез много малки извършвани последователно изменения.

При този процез се случва качествена промяна на свойствата на системата, или катастрофичен скок. Моментът на скока (раздвоението при бифуркацията) става в точката на бифуркация.

Митчел Фейгенбаум (Feigenbaum) е анализирал логистическото уравнение, което описва динамиката на развитието на популациите:

Xn+1=CXn – С(Хn)2, където С е външен параметър.

Той открива, че при някои ограничения във всички подобни уравнения става преход от равновесно състояние към хаос.

Например популация с определена численост Xn живее изолирано. След година се появява потомство с численост Xn+1. Ръстът на популация се описва с първия член на дясната част от уравнението (СХn), където коефициента С определя скоростта на нарастването на популацията. Намаляването на животните (за сметка на пренаселеност, липса на храна и т.н.) се определя от втория, нелинеен член (С(Хn)2).

Минете с мишката през стойностите на C за да последите графиката, която има всички белези на фрактал.

C=0.7 C=1.5 C=2 C=2.5 C=3.1 C=3.5 C=3.6 C=3.826 C=3.85 C=3.9 C=4

Графиката е на Fractal Geometry-classes.yale.edu

Резултатът дава следните изводи:

  • при С < 1 популацията с ръст n измира;
  • в областта 1 < С < 3 числеността на популацията се приближава към постоянна стойност Хо = 1 – 1/С, което е област на стационарни, фиксирани решения.
  • При стойност C = 3 точката на бифуркация става отблъскваща фиксирана точка. От този момент функцията вече никога не схожда към една точка, а дотогава точката е привличаща, фиксирана;
  • в диапазона 3 < С < 3.57 започват да се появяват бифуркации и разклонения на всяка крива на две. Тук функцията (числеността на популацията) се колебае между две стойности, лежащи на тези разклонения;
  • при C > 3.57 областта се покрива от различни решения и поведението на системата става хаотично.

Изводът е заключителното състояние на еволюциониращите физически системи е състоянието на динамичен хаос.

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !