Технологическое применение науки. Формирование технических наук

Возникновение технических наук имело социокультурные предпосылки. Оно происходило в эпоху вступления техногенной цивилизации в стадию индустриализма и знаменовало обретение наукой новых функций — быть производительной и социальной силой. К концу XVIII — началу XIX столетия наука окончательно становится бесспорной ценностью цивилизации. Она претендует на достижение объективно истинного знания о мире, но вместе с этим все отчетливее обнаруживает прагматическую ценность, воз­можность постоянного и систематического внедрения в производ­ство своих результатов, которые реализуются в виде новой техни­ки и технологии. Хотя примеры использования научных знаний в практике можно обнаружить и в предшествующие исторические периоды, все же использование результатов науки в производ­стве в доиндустриальные эпохи носило скорее эпизодический, чем систематический характер.

В конце XVIII — первой половине XIX в. ситуация радикаль­но меняется. Индустриальное развитие поставило достаточно слож­ную и многоплановую проблему: не просто спорадически исполь­зовать отдельные результаты научных исследований в практике, а обеспечить научную основу технологических инноваций, систе­матически включая их в систему производства. Именно в этот исторический период начинается процесс интенсивного взаимо­действия науки и техники и возникает особый тип социального развития, который принято именовать научно-техническим про­грессом.

Расширяющееся применение научных знаний в производстве сформировало общественную потребность в необходимости таких исследований, которые бы систематически обеспечивали прило­жение фундаментальных естественнонаучных теорий к области техники и технологии. Как выражение этой потребности между естественнонаучными дисциплинами и производством возникает своеобразный посредник — научно-теоретические исследования технических наук.

Их становление в культуре было обусловлено двумя группа­ми факторов. С одной стороны, они утверждались на базе экспе­риментальной науки, когда для формирования технической тео­рии оказывалось необходимым наличие своей «базовой» естествен­нонаучной теории (во временном отношении это был период XVHI—XIX вв.). С другой же — потребность в научно-теорети­ческом техническом знании была инициирована практической не­обходимостью, когда при решении конкретных задач инженеры уже не могли опираться только на приобретенный опыт, а нужда­лись в научно-теоретическом обосновании создания искусствен­ных объектов, которое невозможно осуществить, не имея соот­ветствующей технической теории, разрабатываемой в рамках тех­нических наук. Последние не являются простым продолжением естествознания, прикладными исследованиями, реализующими концептуальные разработки фундаментальных естественных наук. В развитой системе технических наук имеется свой слой как фун­даментальных, так и прикладных знаний, и эта система требует специфического предмета исследований. Таким предметом выс­тупают техника и технология как особая сфера искусственного, создаваемого человеком и существующего только благодаря его деятельности.

Важной особенностью функционирования технического зна­ния, в которой отражается его связь с практикой, является то, что оно обслуживает проектирование технических и социальных сис­тем. Проектирование существенно отличается от исследования. Знания, используемые при проектировании, имеют свои особен­ности, определяемые их употреблением, ориентацией на специ­фические задачи. Поэтому технические науки необходимо рассмат­ривать как специфическую сферу знания, возникающую на грани­це проектирования и исследования и синтезирующую в себе эле­менты того и другого.

В техническом знании особенности технических наук отража­ются различным образом. Прежде всего в нем находят отражение социально-технические характеристики объектов. Далее, будучи конечным продуктом познавательной деятельности, техническое знание определяет характер познавательного процесса, выступая в качестве средства социально-технического проектирования. Оно в известной степени определяет как характер деятельности по со­зданию новых объектов, так и структурно-функциональные ха­рактеристики самих объектов.

Рассмотрение особенностей этих объектов показывает их двой­ственную природу. Двойственность заключается в том, что тех­нические объекты представляют собой синтез «естественного» и «искусственного». Искусственность их выражается в том, что они, будучи продуктами созидательной человеческой деятельности, приспособлены к целям деятельности, выполняют в ней опреде­ленные функции. Для осуществления своих целей человек преоб­разовывает тела природы, придает им форму и свойства, соответ­ствующие заданной функции. Границы «искусственного» всегда определяются «естественным», т. е. свойствами тел, поставлен­ных субъектом в те или иные взаимоотношения и взаимодействия. Кроме того, сама сфера «естественного», вовлеченного в челове­ческую практику, всегда исторически ограничена. Ограниченность объема «естественного», освоенного субъектом и ставшего частью его среды, накладывает отпечаток на процесс создания искусст­венных объектов.

Исходя из двойственной природы технического объекта, можно выявить следующие его характеристики. Он может быть рассмот­рен как естественное явление, как частный случай проявления закона природы, устанавливаемого естественными науками. Тех­нический объект обнаруживает специфические характеристики, присущие ему как средству целесообразной деятельности. Эти ха­рактеристики функциональны по своей природе, они отражают внешнее действие объекта, его функционирование. Подобные свой­ства могут быть названы техническими в отличие от естествен­ных свойств, характеризующих технический объект как форму «ес­тественного».

Знания о технических свойствах объекта не могут возникнуть в сфере одних только естественных наук потому, что они отража­ют функционирование объекта в актах предметной деятельности, непосредственно фиксируют его связь с содержанием и целью прак­тической деятельности.

Исходя из характеристик технического объекта, можно сде­лать вывод, что технические науки должны исследовать соотношение между «естественным» и «искусственным» в форме изуче­ния соотношения между естественными и техническими свойства­ми объекта. Научно-техническое знание должно синтезировать данные, получаемые в результате инженерно-практического опы­та и естественнонаучного исследования. Поскольку через техни­ческие характеристики обнаруживают себя отличительные особен­ности функционирования технических объектов, то без фиксации этих свойств и их описания техническое знание немыслимо. В то же время техническое функционирование выступает как проявле­ние естественных характеристик объекта, естественных природ­ных сил. В результате соотношение двух типов характеристик представляет специфическое содержание, выходящее за границы естествознания, и исследование его позволяет, образно говоря, проложить мост от естественнонаучных знаний и открытий к их техническому применению, к изобретениям.

Первоначально же в техническом знании стояла другая зада­ча: вскрыть связь между особенностями функционирования и стро­ения объекта. Соединение представлений о естественных и тех­нических характеристиках осуществляется в ходе решения ука­занной традиционной задачи технического знания и представляет собой своеобразный способ ее решения, возникающий на уровне теоретического знания.

Для технических средств деятельности, в особенности для про­стых орудий труда, связь строения и функционирования обнару­живает себя особенно определенно. Действие инструмента (доло­та, сверла, рашпиля и пр.) зависит от ряда морфологических при­знаков, прежде всего от формы и характера материала. Какими понятиями ни пользовалось бы техническое знание донаучного периода, оно фиксировало главным образом связь функциональ­ных и морфологических особенностей своих объектов. При этом устройства разного рода различались прежде всего по морфоло­гическим признакам. Функциональные особенности технических средств фиксировались через осознание их целевого технологи­ческого назначения и способа применения. На указанном уровне рассмотрения еще нет места для различения «естественного» и «искусственного».

Постепенно техника начинает совершенствоваться. Человек обращается в процессе технического творчества непосредственно уже к целесообразным предметным структурам, связь же технической структуры с целью не утрачивается. Она присутствует в яв­ном или неявном осознании функции, определяющей строение предметной целесообразной структуры в решении технических задач. Данная тенденция развития техники, включающая в себя, в частности, трансформацию цели в задачу и функцию, берет начало в технике каменного века и прогрессирует до настоящего времени.

При осуществлении периодизации технического знания нуж­но принимать во внимание как относительную самостоятельность развития технического знания, так и его обусловленность прогрес­сом естествознания и техники. На основании этого Б. И. Ивано­вым и В. В. Чешевым выделяются четыре основных этапа (пери­ода) в развитии технических знаний.

Первый этап — донаучный, когда последние существовали как эмпирическое описание предмета, средств трудовой деятельнос­ти человека и способов их применения. Он охватывает длитель­ный промежуток времени, начиная с первобытнообщинного строя и кончая эпохой Возрождения. Технические знания развивались и усложнялись одновременно с прогрессом техники, чему свиде­тельство эволюция этого знания: от практико-методического к тех­нологическому и от него к конструктивно-техническому. В этот период естественнонаучные и технические знания развивались па­раллельно, взаимодействуя лишь спорадически, без непосред­ственной и постоянной связи между ними. В технике этот период соответствует этапу орудийной техники.

Второй этап в развитии технического знания — зарождение технических наук — охватывает промежуток времени, начиная со второй половины XV в. до 70-х гг. XIX в. Для этого этапа харак­терно то, что для решения практических задач начинает привле­каться научное знание. На стыке производства и естествознания возникает научное техническое знание, призванное непосредствен­но обслуживать производство. Формируются принципы и мето­ды получения и построения научного технического знания. Одно­временно продолжается становление естествознания, которое свя­зано с производством опосредованно, через технические науки и технику. В естествознании в это время складываются все те осо­бенности, которые определили в дальнейшем лицо классической науки. В технике — это период возникновения машинной техни­ки, связанный со становлением капиталистического способа про­изводства.

Второй этап в развитии технического знания расчленяется на два подэтапа. Первый подэтап (вторая половина XV в. — начало XVII в.) — это становление экспериментального метода на основе соединения науки и практики. Наука проникает в прикладную сфе­ру, но техническое знание еще не приобретает статуса научной теории, поскольку еще не сформировались окончательно теоре­тические построения естественных наук, основанные на экспери­менте. Второй подэтап (с начала XVIII в. до 70-х гг. XIX в.) — характеризуется тем, что появление новых научных теорий в естествознании (во всяком случае в механике) создало необходи­мые предпосылки для появления технической теории. Поэтому в этот период технические знания также начинают приобретать тео­ретический характер.

Третий этап в истории технических наук, который может быть назван «классическим», по времени охватывает 70-е гг. XIX в. и продолжается вплоть до середины XX в. Технические науки вы­глядят сформировавшейся и развитой областью научных знаний со своим предметом, средствами и методами и ясно очерченной объектной областью исследования. В этот период сложились до­вольно устойчивые, четкие формы взаимосвязи естествознания и технических наук.

Четвертый этап продолжается и в настоящее время, и среди его характерных особенностей можно выделить интеграцию есте­ственнонаучного и технического знания как проявление общего процесса интеграции науки.

На начальных этапах развития человеческого общества про­цесс производства был примитивным. Объекты, становившиеся средствами труда, могли быть найдены непосредственно в при­родных условиях, и субъект имел возможность овладевать сред­ствами труда простым их присвоением.

Известно также и то, что производственный процесс осуще­ствляется посредством трудовых операций. В условиях, когда при­менялись простые универсальные орудия, различные продукты деятельности производились за счет увеличения многообразия тру­довых операций. От искусного использования естественных орга­нов, снабженных орудиями труда, зависел успех производствен­ной деятельности. Поэтому в центре эволюции производственного процесса стояли трудовые действия субъекта, направленные на получение того или иного продукта.

Освоенный людьми производственный процесс общественно закреплялся и передавался из поколения в поколение с помощью первой простейшей формы знаний, в которой центральное место занимали знания о действиях субъекта в процессе производства продукта. Эту форму знаний называют практико-методическими знаниями, не имеющими письменной формы их фиксации. Они содержались в человеческом опыте и передавались в процессе обу­чения. Но обогащение производственного опыта, накопление боль­шого многообразия трудовых действий привело к тому, что про­изводственный процесс начал расчленяться на специализирован­ные операции, в ходе осуществления которых происходила диф­ференциация форм и функции используемых орудий. Определен­ному типу действий ставился в соответствие специализирован­ный инструмент. Таким инструментом и соответствующими спе­циальными движениями естественных органов осуществлялась конкретная технологическая операция — частица совокупного технологического процесса.

Уже в первобытнообщинном строе, особенно на последних этапах его развития, накапливалось множество простых специа­лизированных орудий труда: скребки, долота, шилья, резцы и т. д. Наличие этих инструментов говорит о том, что в производ­ственном процессе произошло вьщеление целого ряда специали­зированных технологических операций, применявшихся при из­готовлении тех или иных продуктов. Знание, получаемое в этом опыте, называют технологическим. Некоторые авторы, анализи­руя формы донаучного технического знания, не склонны разли­чать практико-методическую и технологическую его формы. «Тех­нологические знания зарождаются с первыми каменными оруди­ями, и рассматривать их как развитие, усложнение практико-ме-тодических знаний неверно. Технические знания донаучного эта­па — это, по сути, эмпирические знания практической деятельно­сти. Представляя собой сплав невежества и практических навы­ков, они накапливаются методом проб и ошибок веками».

В ходе производственной деятельности начинают использо­ваться вспомогательные инструменты, заменяющие движения рук или ног человека механическими движениями. Появляются так называемые конструктивно-технические элементы, которые вы­полняют функции, принципиально отличающиеся от функций тех­нологических инструментов. Они не воздействуют непосредствен­но на объект преобразования (это делает рабочий инструмент), а только обеспечивают взаимодействие инструмента и объекта пре­образования в рамках определенной технологии.

Накопление и применение различных конструктивно-техни­ческих элементов закрепляется производственным опытом, воз­никает новая составляющая технических знаний. Такое знание можно назвать конструктивно-техническим. В содержание его входят сведения о структуре и действии того или иного элемента в их взаимосвязи, а также типовою способы использования кон­структивно-технических элементов. Но это все еще практическое эмпирическое знание, направленное на удовлетворение практи­ческих интересов человека, характерное для докапиталистическо­го способа производства.

Уже в античности были ученые, обладавшие техническим зна­нием, которое опережало свое время. В частности, Архимед при­менял свои теоретические знания для решения различных техни­ческих задач в строительстве и военном деле. В трудах по механи­ке он не только дал научный анализ работы простых машин, но заложил основы статики и гидростатики. Примером техническо­го подхода к изучению простых машин (ворота, рычага, блоков и т. д.) могут служить сочинения Герона Александрийского (около I в. н. э.).

Но в античные времена производственная практика использо­вала теоретические достижения Архимеда и его современников в ограниченном объеме. Только в эпоху Возрождения, когда осо­бенно интенсивно стали развиваться мастерство, точные расчеты, работы Архимеда были оценены должным образом.

Развитие эмпирического теоретического знания ведет к созда­нию машин и машинного производства, что характерно уже для мануфактурного производства, и происходит это не без участия механики и математики, отчасти физики и химии. Возникнове­нию экспериментальной науки больше всего способствовали зна­ния о действии устройств (прежде всего механических), а также сведения из области технологии. Между субъектом и предметом труда помещались все более сложные механические устройства.

Понятно, почему и в знаниях о них важнейшая роль принадлежа­ла механике, которая раньше других отраслей знания сложилась в естественную науку и имела значительные теоретические и прак­тические достижения в механизмах для ирригации, переноса тя­жестей, судостроения, а также для создания и совершенствова­ния военных устройств.

Из всех наук механика была наиболее тесно связана с техни­кой: она раньше других наук разделилась на теоретическую и при­кладную механику. В целом, в эпоху феодализма не стимулиро­валось систематическое изучение природы и применение естествен­нонаучных знаний в технике и технологии производства. Но тем не менее появляются новые конструктивно-технические элемен­ты, технологические приемы и соответствующие им технические знания, применяемые в производстве. Достоянием многих стран становятся такие крупнейшие открытия и изобретения, как порох, бумага, книгопечатание, компас. В исследовании различных свойств вещества и энергии нуждались, в частности, текстиль­ная, керамическая, стеклодувная и металлообрабатывающая про­мышленности. Все это создало материальную основу для станов­ления и развития подлинной экспериментальной науки.

Выдвижение в этот период именно механики на первый план находилось в соответствии с особенностями процесса познания, поскольку механика изучает простейшую форму движения мате­рии — перемещение. Коренные преобразования в мануфактурном производстве в условиях зарождавшегося капитализма привели к возникновению современного естествознания.

Главной особенностью этапа зарождения технических наук является превращение технических знаний в научные, что исто­рически связано с переходом к машинному производству. Если машинное производство стало первым фактором, породившим необходимость научного технического знания, то возможность воз­никновения последнего была обусловлена вторым фактором, а именно достижениями теоретического естествознания, опираю­щегося на эксперимент. «Рождение технических наук, необходи­мых для разработки технических средств, было обусловлено дву­мя встречными процессами: с одной стороны, использованием естественнонаучных законов, теорий и отдельных данных при изучении технических объектов и происходящих в них процессов, а также применением методов научного познания, с другой — обобщением отдельных наблюдений и фактов технико-производ­ственного характера и прежде всего опыта создания технических средств».

Фундаментальное значение естественных наук в становлении научного технического знания определялось тем, что они раскры­вали сущность, описывали явления и процессы, применявшиеся в производственной технике, и брали на вооружение формальный математический аппарат для количественного расчета структур­ных элементов технических устройств, происходящих в них явле­ний и процессов.

Естественные науки давали возможность оказать решающее влияние на конструирование, так как позволяли по-новому рас­сматривать технические устройства. Всякий механизм, любую со­вокупность определенным образом сочлененных конструктивно-технических элементов можно было понять теперь как реализа­цию естественного процесса, что явно обнаружило себя в процес­се изобретения парового двигателя. Технические средства отныне могли быть исследованы и созданы как особая форма «естествен­ного», как форма овеществления процессов природы. Естествен­ные процессы были положены в основу построения технических средств производственной деятельности. Со временем эта тен­денция становится нормой конструирования технического объек­та. На основе знаний, полученных в естественных науках, мож­но было представить идеальную модель процесса, реализуемого в техническом устройстве, что становилось отправным пунктом конструирования технических объектов. Конструирование стано­вится разновидностью научной деятельности. В результате син­теза технического опыта с научным знанием возникает научное техническое знание.

Решающая стадия в становлении технических наук приходит­ся на рубеж XVIII—XIX вв. Но процесс этот был очень сложным и неравномерным, что обусловлено неравномерным развитием наук. В это время возникают новые научные теории в естество­знании, что создало необходимые предпосылки для появления технической теории, технические знания также приобретают тео­ретический характер, т. е. происходит окончательная достройка научного технического знания, имеющего свой предмет, средства исследования, методы. Начинает зарождаться научная деятель­ность в технических науках. Начиная с 70-х гг. XIX в. наступает «классический» этап развития технических наук. Одной из харак­теристик зрелости технических наук является применение науч­ного знания при создании новой техники. Так, например, в обла­сти электротехники (одна из технических дисциплин, становле­ние которой пришлось на этот период) эта тенденция проявила себя в ходе развития конструкций электродвигателей, электрома­шинных генераторов, электрического телеграфа, электрического освещения, электроавтоматики и т. д. Случались в развитии элек­тротехнической теории и отставания, вызванные особенностями практического использования электрического тока. Отсутствие раз­работок по теории переменного тока привело к отставанию элект­ротехники от объективных практических потребностей ее разви­тия. Становление электротехники как самостоятельной техничес­кой науки (а продолжалось оно до начала XX в.) характеризуется тем, что она обрела свои объекты исследования, свои цели и соб­ственные методы.

На рубеже XIX и XX вв. наука перешла от познания явлений макроскопического масштаба к познанию микропроцессов. Но­вый импульс развития теоретической физике дает М. Планк, ко­торый впервые (1900) выдвинул гипотезу квантов энергии. Путь, по которому пошло развитие квантовой физики, привел к тому, что она далеко обогнала весьма скромные потребности техники конца XIX — начала XX в. и в дальнейшем обусловила создание новых ее областей: электроники, радиотехники, рентгенотехники и т. п.

Начиная с этого периода, наука не только стала обеспечивать потребности развивающейся техники, но и опережать ее разви­тие, формируя схемы возможных будущих технологий и техни­ческих систем. Необходимо отметить, что в это время техничес­кие науки представляют собой сформировавшуюся область науч­ного знания со своим предметом, особыми теоретическими прин­ципами, специфическими идеальными объектами. Ряд дисцип­лин был уже обеспечен эффективным математическим аппара­том. Система технических наук приобретает устойчивые формы взаимоотношений с естественными науками. Важным механиз­мом возникновения новых научно-технических дисциплин стано­вится отделение одних технических наук от других, т.е. происхо­дит дифференциация технического знания. Ускоряются темпы математизации технических дисциплин.

Период от начала XX в. и до середины 50-х гг. XX в. является переходным от «классического» к «неклассическому» этапу разви­тия естествознания. В то же время технические науки продолжали преимущественно находиться на этапе «классического» периода своего развития. Но именно в этот период развитие естествозна­ния и автоматизации производства подготовили переход техни­ческих наук к современному состоянию своего развития, что про­явилось в зарождении таких наук, как электроника, радиоэлект­роника и др. На этом этапе все более нарастает поток, идущий от науки к технике, производству, сравниваясь с потоком, идущим в противоположном направлении; начался процесс единения науки и производства. С середины XX в. начинается «неклассический» этап развития.

На этом этапе в результате усложнения объектов инженер­ной деятельности, точнее усложнения проектирования такого рода объектов, формируются комплексные научно-технические дис­циплины (технические науки неклассического типа) — эргоно­мика, системотехника, дизайн систем, теоретическая геотехно­логия и т. д.

Сложившиеся в науке внутридисциплинарные и междисцип­линарные механизмы порождения знаний, как замечает В. В. Сте-пин, обеспечили ее систематические прорывы в новые предмет­ные миры. В свою очередь эти прорывы открывают новые воз­можности для технико-технологических инноваций в самых раз­личных сферах человеческой жизнедеятельности.