Трафарет для мироздания: классификация в науке
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Изучая природу во всей ее сложности и разнообразии, ученые вынуждены вводить это разнообразие в какие-то рамки. Иначе картина мира начинает напоминать сломанный калейдоскоп. Что бы ни изучал исследователь, какие бы свойства объектов ни попадали в поле его зрения, он должен привнести некий порядок в пестроту наблюдаемых фактов. При этом он, как правило, упрощает, а порой даже искажает истинное положение дел, но зато получает возможность сравнивать вещи и явления между собой, открывать связи между ними, а стало быть, заниматься наукой. Иными словами, наука начинается с классификации.
Классифицированием занимаются все — это не монополия науки. Даже трехлетний карапуз, разложив свои кубики на три кучки — красные, зеленые и желтые,— можно сказать, решил классификационную задачу. Правда, пока он не думает о том, как он это сделал. Об этом он задумается лет тридцать спустя, если, конечно, станет ученым.
Наука любит порядок, не меньше чем хорошая хозяйка, у которой на кухне все лежит на своем месте, будь-то миксер для молочных коктейлей или соковыжималка. Но при этом наука также обязана соответствовать своему «служебному положению» — правильно описывать, объяснять, а иногда и предсказывать явления в природе и обществе. А вот любит ли порядок природа — это никому в точности не известно. И начинаются мучения, сомнения и дискуссии.
Итак, порядок, то есть наличие классификации, — необходимое условие успешной научной работы, а соответствие ее реальности — достаточное. Но если выстроить естественные науки в ряд по степени остроты конфликта необходимости с достаточностью, то «лицом», наиболее заинтересованным в устранении конфликта, окажется биология. Дело в том, что если в геологии, географии, химии, почвоведении, метеорологии, астрономии и так далее вопросам классификации посвящаются в учебниках параграфы, в лучшем случае главы, то в биологии систематика составляет совершенно особую и фундаментальную дисциплину. Это та «печь», от которой «пляшут» все биологи. Службу печка несет, в общем-то, исправно, щи да кашу сварить можно, но и хлопот с ней много: то дымит, то чадит, то кирпичи выпадают.
С выходом же на теоретический, системный уровень, где объектами изучения являются не отдельные виды, а экологические сообщества, биогеоценозы и биосфера в целом, трудности многократно возрастают. Но ругать-то печь ругают, а перекладывать никто не берется — риск велик. Хорошие печи класть — искусство. Так же, как и строить хорошие классификации.
Впрочем, существует точка зрения, и ее приверженцы есть во всех науках, что среди «скрижалей естественного порядка», каковыми являются классификации, тоже пора навести порядок. Линнеи и Менделеевы в науке появляются не часто. Открыть (или придумать) нечто равное по совершенству их творениям — надежды мало. Но, может быть, хорошую классификацию можно вычислить, то есть создать общую теорию классификации и на ее основе решать спорные вопросы?
Сколь ни распространены сейчас разговоры о синтезе и интеграции наук, совещания и конференции по методологически «инвариантным» вопросам довольно редки. Опасения понятны: да, и физик, и лингвист, и геолог занимаются классификацией, но смогут ли они обсуждать это друг с другом? Найдут ли общий язык? И будет ли от таких обсуждений польза?
Биологи из Борка оказались оптимистами. Как то в небольшом и уютном поселке собралось более ста специалистов, представляющих почти все основные «таксоны» (таксоном принято называть выделенную в результате классификации, обособленную по некоторым признакам группу объектов) современных наук, чтобы принять участие в «Школе-семинаре по теории классификации».
Аты-баты, шли дебаты…
Современная методология классификации настоятельно рекомендует при описании объекта выделять его наиболее существенные признаки и свойства. Так же поступим и мы, характеризуя события, происходившие во время семинара. Разнообразие интересов, точек зрения, стилей мышления и способов аргументации, продемонстрированных участниками, уступало разве что разнообразию природы. Интересно, что этому феномену сразу же нашлось теоретическое объяснение. Философ Г. П. Щедровицкий в своем выступлении начертил на доске схему, где были показаны все виды деятельности ученого: собственно научная работа, ее самооценка, методологическое, гносеологическое и философское осмысление, связи с практикой и управлением. В зависимости от того, в какой части схемы осознает себя ученый в момент рассуждения, его точка зрения на теорию, на классификацию, на теорию классификации будет различной. Эта «теория относительности теорий» оказала на слушателей столь сильное влияние, что в дальнейшем почти каждый выступавший считал своим долгом предупредить, из какой точки познавательного пространства он ведет речь.
Трудно назвать крупное событие в истории науки или имя великого ученого всех времен, о которых бы так или иначе не упоминалось на семинаре. Но более всего апеллировали, разумеется, к авторитетам, оставившим наиболее глубокий след в теории и практике классифицирования: Аристотелю, Карлу Линнею, Чарлзу Дарвину, Д. И. Менделееву.
Вопросы, вопросы, вопросы… Немудрено, что некоторые вздыхали и качали головами: если не можем четко определить, что есть классификация, то какая уж тут теория? Не торопитесь, возражали другие, в математике понятие множества тоже четко не определено, однако теория множеств существует! Формальный аппарат найдется и для оперирования с нечеткими представлениями, так что главная проблема не в этом. Какой бы ни была теория классификации, она должна занять свое место в общем потоке научного мышления и деятельности, следовательно, ее постулаты и структура не могут быть произвольными, а должны вытекать из всего опыта, традиций и логики развития науки. И не только науки — так было заявлено в совместном докладе математика Ю. А. Шрейдера и философа Н. И. Кузнецовой,— а и всей прошлой и современной культуры и цивилизации. Каждая эпоха выдвигает свои идеалы научности, логичности, гармонии и полезности.
Ученый тоже житель своей эпохи, и он, может быть, неосознанно, но всегда стремится оформить известное ему знание в такие структуры, которые наиболее созвучны духу времени. «Фактом культуры является и наша с вами встреча»,— развивала далее эту мысль Н. И. Кузнецова. Она рассказала об обычае, существовавшем якобы еще в древнем Вавилоне. На главную площадь города выносили тяжело больного человека, и моральным долгом каждого прохожего было остановиться и поделиться своим опытом, дать совет. Иногда таким путем удавалось вытащить пациента из совершенно безнадежных ситуаций. Такой способ обмена информацией Наталья Ивановна окрестила «информационным базаром» и высказала гипотезу, что встречу в Борке можно отнести именно к этому типу человеческого общения.
«Какой базар? Причем тут культура? — выражали свое недоумение представители другого фланга классификаторов, которых можно условно назвать «практиками».— Надо решать классификационные задачи, и дело теории — дать такие методы, которые позволили бы среднему, обыкновенному ученому действовать в конкретных ситуациях не хуже Линнея».
Э. Резерфорду приписывают разделение всех наук на физику и коллекционирование марок. В неявной форме здесь присутствует убеждение, что в физике классификация играет не столь существенную роль. Функции «стражей порядка» здесь несут законы — Ньютона, Максвелла, начала термодинамики, уравнение Шредингера и так далее. И лишь там, где эти законы еще не открыты, присутствуют классификационные мучения, например в физике элементарных частиц. Но физикам даже такое, не столь уж большое число универсалий кажется избыточным. В докладе физика-теоретика Ю. И. Кулакова явно просматривалось стремление нарисовать своеобразное «дерево» физических законов, в основании которого лежало бы минимальное число постулатов, отражающих самые общие структурные свойства реального мира. И желание придать картине мироздания максимальную красоту и гармоничность играло в этих построениях не последнюю роль.
Скажи мне, кто твои мероны…
Биология изучает жизнь. Не чью-то конкретную жизнь, а жизнь как явление природы, как особую форму существования и движения материи. Но вот что удивительно: на вопрос, что такое жизнь, биологи пока уверенно ответить не могут, несмотря на огромный опыт наблюдений над разнообразнейшими формами проявления этого «очевидного и невероятного» феномена. Поиски элементарного носителя жизни, грани, разделяющей живое и неживое, казалось, вот-вот увенчаются успехом, и произойдет это на субклеточном, макромолекулярном уровне (ранее же на эту роль претендовал отдельный организм, затем клетка). Однако в последнее время у макромолекулы, клетки организма появились соперники, занимающие совершенно противоположные места на шкале уровней организации живой материи: популяция, биоценоз, биосфера.
Какое из этих понятий следует принять за исходное при построении естественного биологического порядка? Как явствует из сообщений, сделанных на семинаре, можно попробовать любое из перечисленных и многие другие, но наиболее естественной со времен Линнея и до сих пор считается классификация по видам. Ее теория и практика имеют богатые традиции и наиболее полно разработаны, но… чем дальше в лес, тем больше «затруднений с дровами». И это явилось одной из главных причин, заставивших биологов вынести свои сомнения и заботы на общенаучный суд.
Когда в науке слишком мало фактов, ей нужны новые факты. Если фактов много, возникают и классификации, и теории, причем иногда образуют столь удачный альянс, что обеспечивают успешное развитие данной науки на многие годы (пример — таблица Менделеева и атомная теория). Когда же такого альянса сразу не получается и число самих классификаций перехлестывает через край, появляется естественное желание и на классификацию «навести теорию».
Как и во всяком деле, при построении классификаций трудно даются первые шаги. Их два: выбор объекта и существенных признаков, описывающих его. Иными словами, нужна точка опоры, начало отсчета, исходный пункт. С чего начинается классификация? По утверждению С. В. Мейена, доктора геолого-минералогических наук, известного специалиста по стратиграфии, палеонтологии и теории эволюции, — с некоторой предварительной, уже имеющейся классификации, но основанной не на правилах строгой логики, а на опыте, интуиции и здравом смысле. Например, деление животных на птиц, рыб, насекомых, четвероногих и так далее существовало уже не только до Линнея, но и до Аристотеля. Научный подход формулирует правила, по которым должно производиться разделение объектов на группы, классы и так далее, а также указывает признаки, лежащие в основании деления.
С точки зрения логики для каждого деления такой признак должен быть один: хищные — травоядные, млекопитающие, яйцекладущие. Так в биосистематике возникают таксоны. А как быть со всем разнообразием прочих свойств, отражающих строение, развитие и поведение изучаемых организмов? Неужели они не играют в классификации никакой роли? Это было бы абсурдно, и фактически дело обстоит не так.
И вот, с легкой руки того же С. В. Мейена, сначала на страницах публикаций, а затем и в выступлениях участников семинара замелькало слово «мерономия». Для того, чтобы оценить полезность нового понятия для классификационных проблем, обратимся за помощью к старому знакомому — трехлетнему карапузу и попросим его изобразить на бумаге человека и, скажем, собаку. Если юный классификатор не обладает задатками будущего Репина, то он, скорее всего, воспользуется нехитрыми алгоритмами типа: «точка, точка, два крючочка…» И «четыре четырки, две растопырки…» В результате получатся не рисунки, а как бы схемы, на которых условно обозначены и соединены друг с другом отдельные существенные части («детали») организмов. Вот эти-то «части-детали» (в отличие от «частей-осколков»), взятые с учетом их места в общей схеме, и предложено называть меронами, а всю схему совокупность меронов — архетипом. Архетипы родственных видов в большей или меньшей степени схожи друг с другом (например, изображенную малышом собаку некоторые могут принять за корову) и составляют своеобразный ряд изменчивости признаков, который в биологии принято именовать гомологическим. Мы не поместим слона в один разряд с мухой на том основании, что и у тех, и у других есть голова и конечности, поскольку голова мухи далеко не гомологична голове слона.
Итак, фактически при классификации имеют место две взаимообусловленные процедуры, таксономия — разбиение множества объектов на группы и мерономия — расчленение объекта на структурные части. В широком смысле мероны можно выделять не только как части организма, но и как отдельные этапы его развития (архетип развития) и как типичные поведенческие акты (архетип поведения). Учет соответствующих гомологий, несомненно, может пролить дополнительный свет на некоторые классификационные проблемы, и ключ к этому — исчисление меронов по Мейену, или, иными словами, скажи мне, кто твои мероны, и я скажу тебе, что ты за архетип.
Как видим, участники школы не только ставили проблемы, но и предлагали порой весьма конструктивные подходы к их разрешению. Увы, даже при самом оптимистическом взгляде проблем все же оказывалось больше. Особенно ярко это проявилось в споре между сторонниками так называемых «естественных» и «искусственных» классификаций. Укажем крайние точки зрения. Кредо «искусственников» (в упрощенном виде) заключается в том, что поскольку классификация — это инструмент познания, то к нему не применим эпитет «естественный» или «неестественный». Инструмент может быть точным или неточным, удобным — неудобным и так далее. Приписывая природе наличие границ, мы каждый раз исходим из смысла решаемой задачи и присущей нашим чувствам (и приборам) разрешающей способности. Всякая естественность, таким образом, относительна. Нет, отвечают «естественники», во всякой хорошей классификации есть элементы абсолютного, с развитием науки в каждой области естествознания может быть найден свой «классификационный абсолют», обладающий экстремальными свойствами по обобщению, объяснению и прогнозированию фактов и явлений. Залогом тому — наличие естественной системы в самой природе.
Надежды на разрешение этого спора и многих других как раз и связаны были с ожидаемыми успехами в создании теории классификации. Оправдались ли они для тех, кто в течение недели без страха, хоть и с упреками, ломал копья в поселке Борок? Сказать, что в полной мере,— нельзя. Так, кстати, и не бывает. Но некоторые важные и плодотворные для дальнейшей работы обстоятельства стали ясны. Во-первых, будущая ОТК (в данном случае — общая теория классификации, хотя совпадение с известной аббревиатурой символично) должна состоять, по-видимому, из трех этажей. На заселение каждого этажа есть среди ученых свои претенденты. Для одних классифицирование — это, прежде всего, один из методов обработки информации, раскладывания ее по заранее заготовленным полочкам. На этом уровне вопрос о том, почему полочки именно такие, а не другие, не обсуждается. Тогда задача теории — обеспечить такие алгоритмы обработки данных, чтобы информация сортировалась быстро с минимальными искажениями. Резонно назвать этот круг задач «информационным синтаксисом».
Но проблема, как разместить полочки, все же существует, ее приходится в каждой области время от времени частично или полностью пересматривать. И не на произвольных началах. Биолог, например, твердо знает, что не всех можно «впрячь в одну телегу» — конь относится к отряду непарнокопытных, а лань — к парнокопытным. Таким образом, на этом уровне важно соотнесение наблюдаемых фактов со смысловым содержанием понятий, выработанных в данной области знаний. Здесь уместен термин «классификационная семантика».
Наконец, жителей третьего этажа волнуют вопросы о целевом назначении той или иной классификации, о возможности ее использования для дальнейшего развития науки, о ее универсальности. Правомерно ли предъявлять к классификациям эстетические требования или самое главное — чтобы они «работали»? Здесь уже трудно говорить о теории в полном смысле, а скорее о некоторых принципах, которые определяют стиль и направление деятельности каждого ученого. Это — своеобразная «классификационная прагматика».
Учитывая составы различия в интересах участников, терминологический разнобой и несоответствие в методологических уровнях развития разных наук, можно было опасаться, что осуществятся самые неблагоприятные ситуации из числа описанных в баснях Крылова. К счастью, эти опасения не оправдались.
Оказалось, что при желании узкие специалисты могут найти общий язык при обсуждении широких вопросов. Это желание проявлялось не только в полуночных продолжениях дневных дискуссии, не только в изобилии шуток и иронии (у одной из участниц даже возникло намерение написать трактат на тему «Роль юмора в развитии науки»), но и во взаимном интересе, в готовности выслушать и, пусть с пристрастием, но без пренебрежения обсудить чужую точку зрения. Знаменательно, что одну из своих научно-публицистических статей, написанную несколько лет назад, Сергей Викторович Мейен назвал «Принцип сочувствия». На примере школы можно было видеть, что этот принцип играет в развитии науки весьма важную роль.
Научные классификации — это своеобразный перископ, направленный из просторов «пространства мышления» в глубины океана незнания. Создание технологии изготовления столь сложного и совершенного прибора, причем не из стекла и металла, а из еще более хрупких, логических конструкций,— дело деликатное, требующее согласованной и кропотливой работы специалистов многих научных профессий.
Автор: В. Свиньин.