Синергетика как естественная наука

Типичный для синергетики процесс можно описать так. Есть исходное состояние системы, в котором можно говорить об относительно независимом поведении ее элементов-подсистем и об их состояниях. И есть переход из этого состояния в новое динамическое макросостояние, где имеем дело с сильно коррелированным поведением микроэлементов-подсистем. Особенностью этого процесса является то, что исходные факторы - среда-система, внешнее воздействие (накачка) - не имеют структуры, а результат имеет структуру, которая диктуется свойствами системы-среды. Поэтому этот процесс называется самоорганизацией, в соответствие с чем Г.Хакен ввел для науки об этих системах название синергетика (от греч. synergetikos - совместный). В синергетике возникает возможность исследования моделей эволюции как последовательного усложнения динамических структур, моделей образования порядка (структур) из хаоса и хаотического поведения простых динамических (т.е. описываемых детерминистическими, а не статистическими уравнениями движения) систем (одно из интенсивно развивающихся направлений).

Самоосознание синергетики как науки происходит в 1970-х в тесной связи с развитием теории нелинейных уравнений и возможностей их численного решения на ЭВМ, теории устойчивости и др. Синергетика формируется как сложное переплетение математики, физики, химии и др. разделов науки, развивается в виде множества параллельных, часто спорящих друг с другом частных линий.

В этом великом разнообразии, тем не менее, просматриваются основные элементы модельного слоя, которыми можно заменить весьма неопределенное "единство явлений, моделей и методов" (так синергетика характеризуется в [59]).

Основу синергетической системы составляет так называемая «нелинейная среда», т.е. среда, свойства которой зависят от происходящих в ней процессов. В математическом слое это выражается в наличии нелинейных уравнений движения. "Во всех случаях... (эта система) составлена из множества подсистем (микро- систем или элементов - А.Л.), например, атомов, молекул, клеток" [60, с. 30]. Собственно и в статистической физике мы имеем дело с системами, "составленными из множества подсистем" (тех же атомов и молекул). Но если модели системы в статистической физике ориентируются на идеальный газ, где системообразующими являются свойства элементов, а не связей, которые считаются слабыми, то в центре модели системы в синергетике оказываются связи между элементами. Эти-то связи и задают нелинейный характер среды-системы.

Другими обязательными характеристиками синергетической системы является ее открытость, предполагающая постоянный приток энергии и/или вещества (или чего-то другого), и диссипативность, предполагающая наличие диссипации (затухания), т.е. оттока этой энергии (и т.п.) из системы.

В такой системе возникают динамические макроскопические структуры (иногда их называют заимствованным из теории колебаний и волн термином "моды", а иногда - "диссипативными структурами", подчеркивая созидательную роль диссипации в этих системах) М_А(i)) - хорошо организованное (когерентное) в масштабах полной системы поведение ее микроскопических элементов-подсистем. Именно эти динамические структуры являются главным предметом рассмотрения синергетики и определяют ее специфику. Вследствие этого "акцент переносится с изучения инвариантов системы и положений равновесия на изучение состояний неустойчивости и возникновение и перестройку структур, нелинейность, открытость, катастрофы, случайность и хаос" [60, с. 14].

Для иллюстрации рассмотрим генерацию лазера. Лазер представляет собой открытую диссипативную систему: "лампа накачки" закачивает туда энергию, которая отчасти непроизводительно уходит в тепло, отчасти выходит в виде излучения лазера. Энергия накачки F здесь играет роль управляющего параметра. Пока накачка мала, система представляет собой огромное число молекул, "живущих" сами по себе и независимо переизлучающих доставшуюся им долю энергии накачки. Но при достижении некоторого "порогового значения" ситуация кардинально меняется. Все это огромное количество молекул начинает вести себя как единый коллектив, поведение которого описывается всего лишь несколькими переменными. Это новое поведение системы, сопровождающееся качественным изменением характера выходящего из лазера излучения, и есть режим генерации высоко когерентного излучения.

Динамический характер этих структур имеет принципиальное значение. В каждом из различных разделов физики, которые мы рассматривали выше, речь шла об определенном типе движения, описание которого и конституирует соответствующее ядро раздела науки. В синергетике в центре внимания оказывается не тип движения, тесно связанный с моделью системы и ее состояний, а возникновение, исчезновение или превращение динамических структур, главной характеристикой которых является форма движения.

Синергетика отличается от других разделов физики тем, что она, по сути, рассматривает изменения формы, т.е. изменения качества (в классификации Аристотеля это другой тип движения, чем движение-перемещение). Центральными ее объектами оказываются не движение физических систем, а формы движений, которые можно обнаружить в разных разделах науки, на основе разных систем. В результате физические, химические, биологические и др. модели движения играют роль конкретного материала, выступают в качестве конструктивного элемента, который на сх.1.1 относится к внетеоретическому операциональному слою (О). Наполнение формы материей (как у Аристотеля, где статуя представляется как наполнение формы-идеи материей-медью) требует фиксации определенного раздела науки с определенным типом движений и систем.

Т.о. модель синергетики как раздела науки, в центре которой стоит процесс перехода от одной динамической структуры MA (i) к другой, как бы надстраивается над различными разделами науки, поставляющими конкретные реализации открытой, диссипативной, нелинейной среды A.

Структура теоретической части синергетики аналогична структуре "Т-блока" на сх. 1.1, если состояниям S_A(t) системы A сопоставить динамические структуры (моды) M_A(i, h_i, F) нелинейной среды-системы А, отличающиеся качественно формой (это фиксирует индекс i) и количественно (это фиксирует значение величины "параметра порядка"h_i).

Аналогичная ситуация имеет место в теории колебаний. Новая характерная черта проявляющаяся у этого детища ХХ в., рожденного в лоне классической механики в трудах наших соотечественников Л.И.Мандельштама, Н.Д.Папалекси, А.А.Андронова, С.Э.Хайкина и др., состоит в том, что предметом его рассмотрения становятся определенные формы движения, выделяющие колебательное движение, среди других. При этом, как скоро выясняется, конкретный тип системы - носителя движения (механический, электрический, химический,...) оказывается несущественен для теории и вытесняется в "конструктивные элементы". Теория колебаний рассматривает колебательную форму любого по своему материалу движения. Колебательными же являются движения или процессы, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени. Основными измеримыми величинами становятся амплитуда и фаза колебания, а математическими образами колебаний становятся фазовые траектории, которые стремятся к фокусам, предельным циклам и другим особым математическим объектам в фазовом пространстве. Одновременно с появлением понятия формы движения появляется целевая причинность (стремление к некоторой форме), вопросы об устойчивости и переходы от одной формы колебаний к другой. Теория колебаний усложняется, включая в себя теорию нелинейных колебаний, у истоков которой стояли А.А. Андронов и его коллеги [2], опиравшиеся на математические труды А. Пуанкаре и А.М. Ляпунова.

Математические представления синергетики с соответствующими уравнениями движения вышли из теории нелинейных колебаний и ряда разделов математики. Математическими образами динамических структур являются аттракторы - предельные для множества траекторий в фазовом пространстве множества точек, образующих "фокусы", "предельные циклы", "странные" аттракторы,... Упорядочение мод и отвечающих им аттракторов может производиться с помощью сравнительно небольшого числа, так называемых, "параметров порядка" (h). Математическим образом возникновения новой динамической структуры-моды, определяющейся соответствующими уравнениями движения, в которые входят управляющие параметры, является бифуркация. Их появление определяется изменением так называемых "управляющих параметров" (F), в качестве которых часто выступает величина поступающей в систему энергии.

Поскольку развитие синергетики в значительной степени было связано с развитием соответствующих разделов математики (так же как развитие классической физики было тесно связано с развитием математического анализа), то авторы зачастую не выделяют модельную часть и не различают математическую и собственно синергетическую стороны рассматриваемых ими задач. Структура синергетики, наличие в ней достаточно выраженного собственного модельного слоя указывает на то, что синергетика представляет собой особую фундаментальную естественную науку, а не математику (и не совокупность заимствований из математики, физики, теории систем и др.).

Основные понятия химии

Попробуем теперь применить наш "модельный подход" к анализу основных понятий химии.

Утверждение -- "ХИМИЯ -- НАУКА ЭМПИРИЧЕСКАЯ!" и связанный с ним идущий от Ф.Бэкона "стандартный эмпирический взгляд" на ход развития науки: "эмпирические факты -- эмпирические законы -- теоретические законы", укоренен у химиков еще сильнее, чем у физиков. В основной для себя деятельности -- синтезе новых веществ -- химики руководствуются, в основном, различными эмпирическими законами и собственной интуицией. Естественно при этом, что попытки ответить на вопрос "Что такое химия?" идут по пути перечисления ее предметов изучения и методов, т.е. к перечислению того, чем занимаются химики. При этом возникают трудности и с определением основных понятий. "Дать строгие определения химических понятий невозможно, но можно и нужно постараться их выстроить, соотнести и придать им ясность. Сделать это тоже трудно, потому, что, во-первых, разные химики по-разному это себе представляют, а во-вторых, потому, что химия быстро меняется (каждые 10-15 лет меняется ее парадигма)," -- говорит профессор П.М.Зоркий (из устной беседы), который, пытаясь решить эту проблему, идет по пути построения ЯВНЫХ определений КАЖДОГО понятия с последовательным внесением поправок-уточнений старых понятий при введении новых (своеобразный метод последовательных приближений) [17].

Мы же, как и в случае физики:

1) исходим из ведущей роли теоретических моделей (т.е. пытаемся определить химию не через предмет и эмпирический материал, а через тип используемых идеальных теоретических моделей);

2) предполагаем, что и здесь придется прибегнуть к совместному и неявному типу определения целой группы первичных понятий.

Но при этом нам пришлось отдельно рассматривать химию XIX в. и химию XX в.

Для химии XIX в. (химии Лавуазье и Дальтона) такая группа понятий нам представляется следующим образом.

Первая тройка состоит из понятий химических атомов, химических связей и химических соединений, где химические соединения представляют собой ансамбли определенным образом связанных между собой атомов (простейший пример -- химическая молекула, более сложные случаи см. в [17]). Самым сложным среди них является понятие химической связи, которое, с одной стороны, характеризуется типами атомов, которые связывает, с другой, не только этим. Существует удобная, но грубая классификация, согласно которой связи могут различаться друг от друга качественно (ковалентные (большинство), ионные, металлические и к ним добавляют Ван-дер-Ваальса) и количественно (валентность и др.). В отличие от атомов, число сортов которых достаточно быстро устоялось (в химических соединениях присутствует не более 80 разных сортов атомов), множество химических связей чрезвычайно велико и продолжает расти.

К этим трем понятиям добавим понятие "химического вещества". Химические вещества, с одной стороны, есть множество фрагментов, которые мы назвали "химическим соединением", а с другой стороны, оно характеризуется определенным набором свойств (т.е. мы имеем для химического вещества что-то аналогичное "генотипу" и "фенотипу" в биологии).

Именно через "химические вещества" происходит в интересующий нас период связь модельного и эмпирического слоев в химии. В определение понятия "химического вещества" входит возможность его реализации в виде "эмпирического вещества". Эмпирической материализацией "химических веществ" являются эмпирические вещества в виде жидкостей, газов или твердых тел, обладающих определенными свойствами, отличающими их друг от друга. Их приготовление и "измерение" (т.е. отождествление эмпирического вещества с определенным "химическим веществом") -- прерогатива "аналитической химии", которая, согласно одному из современных определений, является "научной дисциплиной, разрабатывающей и применяющей методы, инструменты и стратегии получения информации о составе (composition) и природе (nature) вещества в пространстве и времени" [69].

"Аналитическая химия -- наука об определении химического состава и, в некоторых степени, химического строения соединений. Алхимики 14-16 вв. впервые применили взвешивание и выполнили огромный объем экспериментальных работ по изучению свойств веществ, положив наало химическому методу анализа. В 16-17 вв. появились новые химические способы обнаружения веществ, основанные на реакциях в растворе... Родоначальником научной аналитической химии считают Р.Бойля, который ввел понятие "химического анализа".... До первой половины 19 в. аналитическая химия была основным разделом химии", -- пишет в статье "Аналитическая химия" Ю.А.Золотов [61]).

Химические вещества -- это гомогенные или гетерогенные (коллоиды и др.) вещества в различных фазах, отличающиеся друг от друга разнообразными химическими (способностью превращаться друг в друга) и нехимическими свойствами. Исходными являются последние, спектр которых весьма широк, от неопределенных, опирающихся на человеческие чувства вкуса и запаха (характерные для периода становления химии), до очень четко и точно количественно измеряемых физических свойств (превалирующих сегодня). Список свойств открыт и постоянно увеличивается. Эти свойства, так же как и характеристики типа "гомогенные (и гетерогенные) жидкости, газы и твердые тела", относятся к эмпирическому слою и задаются операционально. Они, в основном, внешне заданы по отношению к теоретической части химии. Но добавка "химически чистые" связывает их со всем обсуждаемым комплексом первичных химических понятий.

Химия стремится к установлению однозначного соответствия между набором свойств химического вещества и системой химических атомов и связей, определяющих химическое соединение (отражаемых многомерными диаграммами состав -- структура -- свойства).

Определение "химического атома" вводится с помощью взаимоопределяемых понятий "простого" и "составного" вещества. Выделяется множество "простых веществ (тел -- body)", которые а) не разлагаются на другие вещества, б) на которые разлагаются все прочие вещества.

"Вещества (химические -- А.Л.) подразделяют на элементарные (простые) вещества и соединения. Вещество, которое можно разложить на два или несколько других веществ, называют соединением. Вещество, которое нельзя разложить, называют элементарным веществом (элементом)", -- пишет в современном учебнике химии дважды нобелевский лауреат Л.Полинг [42, с.17].

"Определение "элемента" или "простого тела" дал еще Р.Бойль в 1661 г. Хотя он не назвал ни одного примера реального элемента в новом понимании, его определение было постепенно признано многими химиками XVIII в. Во второй половине XVIII в. суть этого понятия вполне адекватно изложено Макером: "Я положил, что будто бы все тела разрушены и приведены к самым простейшим их началам, дабы, узнав главные свойства сих первых начал можно было по ним исследовать различные их соединения и иметь некоторое главное познание о свойствах сложенных тел которые из соединения оных происходят". В 1787 г. Лавуазье высказал следующее определение понятия "простое тело". По его мнению, следует называть "простыми [телами] все тела, которые мы не можем разложить, которые мы получаем в последнем итоге путем химического анализа. Несомненно, настанет день, когда эти вещества, являющиеся для нас простыми, будут в свою очередь разложены.... Но наше воображение не должно опережать фактов" [57, т. I, с. 361-362]. Дальтон приводит ряд конкретных правил для выявления простых и составных тел [67, p. 167; 163, т. II, с. 45]:

"Следующие главные правила могут быть приняты в качестве руководства во всех наших исследованиях, относящихся к химическому синтезу:

1. Если возможно получить только одно соединение (combination) из двух веществ (bodies), можно предположить, что оно будет двойным, если отсутствуют какие-либо данные свидетельствующие о противном.

2. Если наблюдалось 2 соединения, следует предполагать, что они двойные и тройные

3. Если наблюдалось 3 соединения, то можно ожидать, что одно из них двойное, а два других -- тройные."

Через понятия простого и составного вещества вводятся понятия "химического атома" как минимальной порции простого вещества и химической молекулы ("составного атома" Дальтона) как минимальной порции "составного" вещества (подобно тому, как позже была введена минимальная порция электричества).

Дальтон - отец химического атомизма -- исходил из модели "физического атомизма", он начинал с исследования газовых смесей. Он утверждал, что "элементарные частицы (ultimate particles) всех однородных тел (bodies) абсолютно подобны по весу, форме и т.д. Другими словами, любая частица воды подобна другой частице воды, любая частица водорода подобна другой частице водорода и т.д." [67, p.113]. Кроме того, он конструирует модели составных атомов (молекул) из простых атомов, которые обозначает кружочками ("1 атом сорта A + 1 атом сорта B = 1 атом сорта C, бинарного; 1 атом сорта A + 2 атома сорта B = 1 атом сорта D, тернарного,..." [67, p.163-164]). Так выглядит его теоретическая модель. Но он описывает и конкретные эмпирические процедуры для воплощения этой химической модели в эмпирический материал, т. е. Как химическими средствами распознавать простые и составные "химические тела" [67, p.167].

Существенно, что атомы бывают разных сортов (относятся к разным элементам). Следует иметь в виду, что атомы одного сорта могут давать разные соединения за счет разного набора связей (типичный пример: алмаз и графит). Одно и то же соединение может лежать в основе разных веществ ([17]).

Следующим необходимым элементом исходной системы понятий является понятие «химического превращения» одних химических соединений (и веществ) в другие (химической реакции):

{соединения (вещества)} ₁ ----> {соединения (вещества)} ₂. (1)

"Если определить химическую реакцию как процесс, в результате которого одно химическое соединение превращается в другое (или некоторая совокупность соединений переходит в другую совокупность), то к числу важнейших систем базисных химических индивидов целесообразно причислить многообразие химических реакций" [17].

Структура (1) в химии играет роль подобную структуре {SA(t1) -- SA(t2)} в физике. Можно для химии ввести и аналог схемы 1.1 в физике. Кроме уже введенных понятий, на схеме 8.1 горизонтальной стрелкой (как и в (1.1)) обозначено превращение химических веществ (химическая реакция) и введен слой "математических образов соединений" - М {соед-я }, под которыми имеются в виду соответствующие химические символы и правила оперирования с ними (имеющие свою длительную историю).

Элементы эмпирического слоя {эмпирич. вещества}₁ и {эмпирич. вещества}₂ являются аналогами "приготовительной" и "измерительной" частей эмпирической части на схеме 1.1. Их приготовление и измерение -- дело аналитической химии.

И, наконец, для того, чтобы получить замкнутую систему взаимосвязанных и совместно определяемых неявным образом основных понятий требуется ввести еще понятие "базового множества химических веществ и их превращений", с помощью которого определяются все исходные атомы и связи (поскольку открыт набор связей, постольку исторически открыт и это "базовое множество".

В результате образуется следующая замкнутая система совместно определяемых исходных химических понятий: "химические атомы" разных сортов, "химические связи", "химических соединения", "химические вещества", "эмпирические вещества", "простое" и "составное" вещества, "химическое превращение" (реакция), "базовое множество химических веществ и их превращений".

Затем, используя эти атомы и связи (отвечает И-фазе на сх.1.1) создается расширяющееся множество химических соединений и соответствующее расширяющееся множество химических веществ. Как мы уже говорили выше, этот процесс идет полуэмпирическим путем, но описывается с помощью химических атомов и связей, играющих роль ПИО химии.

Имея исходный набор химических атомов и связей можно строить разнообразные химические соединения, можно рассматривать "четыре аспекта моделирования структуры: топология в статике, топология в динамике, геометрия в статике и геометрия в динамике", изучать "не только химические реакции, но и "функциональные зависимости вида р= р(Х), где Х - по-прежнему химическое вещество, а р - какое-либо свойство. Это может быть и такое "химическое" свойство, как реакционная способность, и такое физическое свойство, как температура плавления или электропроводность...". При этом "функциональные зависимости вида р= р(Х)" или "свойства как функция природного вещества" П.М.Зоркий вообще кладет в основу определения химии как науки, как научного предмета [17]. Такой взгляд естественен, если исходить из эмпиристской философии, для которой, по сути, существует только "фаза использования".

В ХХ в. парадигма химии существенно изменилась. В основе современных химических представлений лежат предсатвления квантовой химии, возникшей сразу вслед за формированием современной квантовой механики в конце 1920-х. Она возникает в результате совмещения "физических" и "химических" атомов (и молекул). В результате этого все исходные представления химии, введенные выше начинают переопределяться явным образом через физические модели. В первую очередь это касается атома. Химический атом замещается физико-химическим атомом, точнее многоэлектронным атомом квантовой механики, рассматриваемым в контексте структуры химического соединения или превращения. Соответственно физические модели кладутся в основание явного определения химических связей (см. [42]).

Процесс этого совмещения, воспринимаемый сегодня и физиками и химиками как очевидный и не требующий обсуждения, не так прост.

"Физическая" и "химическая" атомистика происходят из близких источников: из наложения атомистической натурфилософии на физические и химические исследования разреженных газов. Этими двумя областями и занимался на рубеже XVIII и XIX вв. отец химической атомистики Дальтон. И, как утверждается в [57, II, с. 15]: "Во второй половине XVIII в. основные идеи корпускулярных теорий считались среди ученых естествоиспытателей само собой разумеющимися" и в начале XIX в. они стали главенствующими в химии. В физике же дело обстояло сложнее. Как было сказано выше, в связи с успехами модели теплорода в сер. XIX в., здесь произошел "откат" от этих представлений и атомно-молекулярные представления пробивали себе дорогу в статистической физике с большим трудом вплоть до начала ХХ в. Но к 1920-м и далее утверждение Н.А.Фигуровского опять вполне приложимо. В квантовой химии, как и во времена Дальтона, атомная (молекулярная) химия и физика пересеклись (атом квантовой механики происходит из атома в молекулярной статистической физике Больцмана). В результате образовался новый ПИО - физико-химический атом, который обладает свойствами атома в квантовой механике, но, кроме того, включен в химическое соединение (АХА) в химии. Последнее обусловливает то, что химия не сводится к физике.

Первым триумфом физической квантовой химии, стал вывод периодической таблицы Д.Менделеева из квантово-механической теории атома. Следующим достижением стала физическая электронная модель межмолекулярного взаимодействия и теория элементарных физико-химических связей, а также физическая классификация типов химической связи (ковалентная связь, ее донорно-акцепторный механизм, ее свойства; ионная связь; полярные и неполярные молекулы; металлическая связь; водородная связь, многоатомная физико-химической связь и др. [17]), начавшаяся еще до квантовой механики.

Параллельно шло формирование и развитие физической аналитической химии (спектроскопия, рентгеноанализ и т.п.) - т.е. нового типа эталонов и измерительных процедур для определения химических соединений и их компонентов.

В результате, во-первых, отпала необходимость в "базовом множестве эмпирических веществ и их превращений", поскольку теперь главные ПИО химии -- химические атомы и связи -- определяются явным образом с помощью физических понятий. С их помощью явным образом определяется понятие химического соединения (см. [17]).

Вопросы что такое атом химиков больше не волнует, что такое химическая связь -- более животрепещущий вопрос, но со стороны создания теоретической (по сути физической) модели различных связей или эмпирических и полуэмпирических законов, помогающих ориентироваться в невероятном множестве химических превращений. Сегодня атом в химии, по сути, является явно определенным, более того спектроскопические и рентгенографические методы, разработанные для физических атомов и молекул, стали основными для определения состава химических веществ, вытеснив чисто химические. Можно сказать, что появилась "физико-химическая аналитическая химия" ХХ в., сменившая химическую аналитическую химию ХIХ в.

Через так (по сути физически) определенные атомы определяются химические соединения и связи, число которых постоянно увеличивается. [17]

Но сама структура и основные понятия, введенные в 19 в. по-прежнему задают контекст и специфику химии. Физика здесь не заменяет химию а встраивается в нее. Этот тип симбиоза отличается от случая физической химии XIX в. тем, что он касается определения исходных понятий химии, а не добавок к ним.

Так выглядит химия в рамках "галилеевской" модели естественной науки. Соответственно, ответ на сакраментальный вопрос: "Что такое химия?" строится на базе описанной выше модели: химия - это наука, базовой моделью которой является модель химической реакции как взаимопревращения химических соединений (ансамблей атомов) друг в друга.

Мы здесь обозначили свой взгляд на химию, некую основную схему, в которой указано как в химии выглядят ПИО и ЯРН. Для конкретного содержательного наполнения этой схемы необходимо проанализировать под этим углом зрения конкретные разделы химии, описанные в [17] и др.

Указанная выше структура имеет философский смысл, она помогает нехимику понять, чем занимаются химики, может быть полезна для неофита, пытающегося обозреть свой предмет. В химии сегодня, по-видимому, нет серьезных проблем, связанных с осознанием своих оснований, перманентных проблем для физики с конца прошлого века.

Несколько слов о биологии

С биологией - одной из основных классических естественных наук дело обстоит много сложнее, чем с физикой, химией (и синергетикой).

Некоторые области современной биологии хорошо описываются "галилеевской" моделью науки. Так для биологии 1950-70 гг. характерно бурное развитие молекулярной биохимии: открытие структуры ДНК и механизмов наследственности и биосинтеза белков, рождение генной инженерии, продолжением которой является современная программа "геном человека" (2000). Эту область можно, по-видимому, рассматривать с помощью нашей модели науки как дальнейшее усложнение химии, где место химической реакции как взаимопревращения ансамблей атомов друг в друга - занимает редупликация макромолекул или даже надмолекулярных комплексов ("биологических машин", включающих много макромолекул). При этом, с одной стороны, происходит дальнейшее усложнения типа ансамблей атомов - вводится так называемая "вторичная структура", учитывающая форму биологических макромолекул в трехмерном пространстве. С другой стороны, в качестве исходных единиц (ПИО) наряду с биологическими макромолекулами выступают ферментативные (каталитические) реакции - редупликация макромолекул (т.е. создание больших молекул типа РНК по имеющемуся образцу) представляется как очень сложный комплекс ферментативных реакций. Биомолекулярная химии 1990-х (это нелинейная динамика "биохимических фабрик" клетки).

Эту часть биологии мы назовем "механицистской", поскольку в перечисленных разделах биологии ответ на вопрос "что такое биология?" сводится к перечислению соответствующих механизмов, а доминирующим образом является образ "фабрики". С этой частью биологии все более-менее понятно, ибо здесь в качестве базовых берут те или иные модели физики, химии, синергетики, которые мы рассмотрели выше.

Значительно сложнее и непонятнее обстоит дело с другой частью биологии, которую мы назовем "органицистской" (организменной), ибо центральным образом (понятием) здесь является организм [18]. Сюда мы относим: морфологию и физиологию организмов, проблемы существования видов, их эволюции (Ламарка, Дарвина, синтетическая теория эволюции, номогенез Берга, эволюция как преобразование разнообразия и др.) и систематики (от К.Линнея до Н.Вавилова), зачатков теории форм и разнообразия (Любищева, Мейена, Чайковского) [62], теории надорганизменных образований (популяций, биоценозов, биосферы), проблемы биоразнообразия и устойчивости экосистемы, проблемы сущности жизни и ее происхождения (химическая эволюция Опарина и "принцип Реди", креационизм, гипотеза панспермии и др.), где борются механицизм, пытающийся вывести живое из неживого, и витализм, утверждающий, что живое происходит только от живого, которое было всегда. В этой области имеется масса фундаментальных проблем, по которым имеются противоположные мнения и даже принципы подхода к ним еще неясны.

Здесь проблема введения системы основных понятий и базовых моделей не только не решена, но и не очень осознана. Об этом говорит то, что биологи "через запятую" произносят ключевые для них понятия «организм», «популяция», «орган», «функция» и т.д., а когда во второй половине ХХ в. был поднят вопрос "Существует ли теоретическая биология и что это такое?", то биологи в качестве образца оглядывались на теоретическую физику (см: [36]).

Очень ярко это проявляется в высказывании биолога Н.В. Тимофеева-Ресовского: "Теоретической биологии не было до самого последнего времени, потому что нет общих естественно-исторических биологических принципов, сравнимых с теми, которые, начиная с XVIII в., существовали в физике. Сейчас можно говорить только о двух общих принципах в биологии:... Первый - принцип естественного отбора.... Второй (менее известен) - конвариантная редупликация..." [53, с. 64].

Т.е. здесь господствует эмпиристская бэконовская парадигма в еще большей степени, чем в физике. Ни о какой системе понятий (ЯРН) в рамках которой неявно, но строго задавались бы основные понятия (ПИО) речи не идет даже в "биологическом структурализме" [18].

Современную ситуацию в теоретической биологии один из ее видных представителей констатировал так: "Выход биологии из ее нынешней теоретической стагнации, маскируемой активным движением по замкнутым траекториям, возможен лишь путем критического пересмотра философских оснований и теоретических постулатов биологии" [33].

А пока в этой "органицистской" биологии очень трудно сделать то, что было сделано выше для других разделов естественной науки, т.е. указать систему взаимосвязанных основных понятий.