ТЕХНИКА КАК ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Между естественнонаучными экспериментами и техническими процесса­ми нет большой разницы, поскольку первые являются артефактами, а вто­рые - видоизмененными природными процессами. Осуществление экс­перимента - это деятельность по производству технических эффектов, которая отчасти может быть квалифицирована как инженерная, т.е. как попытка создать искусственные процессы и состояния с целью получения новых научных знаний о природе или подтверждения научных законов, а не исследования закономерностей функционирования и создания самих технических устройств. Поэтому, указывая на инженерный характер физи­ческого эксперимента, не следует упускать из виду тот факт, что и совре­менная инженерная деятельность была в значительной степени видоизме­нена под влиянием развитого в науке Нового времени мысленного эксперимента. Естественно-научный эксперимент - это не столько кон­струирование реальной экспериментальной установки, сколько прежде всего идеализированный эксперимент, оперирование с идеальными объ­ектами и схемами, результатом которых могут стать новые контролируе­мые лабораторные ситуации, необходимые для наблюдения естественных явлений, слабо различимых в природе. Одна из задач физики заключается в том, чтобы изолировать теоретически предсказанное явление, получить его в чистом виде в технически подготовленном эксперименте, поэтому физические науки открыты для технического применения, а технические устройства могут быть использованы для экспериментов в физике.

Многие первые научные теории были, по существу, теориями научных инструментов, которые ничем не отличаются от технических устройств. Физическая оптика - это теория микроскопа и телескопа, пневматика - теория насоса и барометра, а термодинамика - теория паровой машины и двигателя. Аналогичным образом и для решения инженерных задач сред­ствами математики технические системы необходимо объективировать - рассмотреть в виде естественных объектов, независимо от человеческой деятельности, т.е. переформулировать инженерную задачу в естественно­научную проблему. Галилей, анализируя в «Механике» простейшие техни­ческие системы, например винт, рассматривает в первую очередь их при­роду. По его оценке, из всех созданных человеком орудий винт занимает первое место по своей полезности, поэтому ученый пытается дать ясное объяснение его происхождения и природы, для чего переходит к рассмот­рению естественных движений тяжелых тел, на некоторое время не принимая в расчет того, что речь идет, в сущности, об искусственном объекте. Экстраполируя результаты наблюдения за Поведением жидких тел на твер­дые тела, он утверждает, что основное естественное свойство движения тя­желых тел состоит в том, что, будучи свободными, они стремятся двигать­ся по направлению к центру, если только случайные и внешние помехи не препятствуют этому. Именно эти помехи и могут быть устранены искусст­венным путем, например полированием. Таким образом, на тщательно вы­ровненной поверхности шар, изготовленный из подходящего материала, будет оставаться между покоем и движением, но малейшей силы достаточ­но, чтобы привести его в движение. Переходя от описания функциониро­вания технической системы к естественному движению природного объ­екта, Галилей конструирует идеализированный объект физической теории, а на его основе — экспериментальную ситуацию, созданную искусствен­ным путем, которая позволяет ему вывести естественно-научную законо­мерность: тяжелые тела, если удалить все внешние и случайные помехи, можно перемещать самой незначительной силой. Однако, чтобы заставить тяжелое тело двигаться по наклонной плоскости вверх, потребуются боль­шие усилия, поскольку в этом случае движение осуществляется в противо­положном направлении. Наконец, Галилей возвращается к винту, утверж­дая, что тот представляет собой треугольник, обернутый вокруг цилиндра, поэтому винт с более частыми спиралями обращается плоскостью менее наклонной. В заключение ученый формулирует обобщение, важное для создания любых механических орудий: насколько больше их выигрыш в силе, настолько же они проигрывают во времени и в быстроте. Таким обра­зом, ученый-естествоиспытатель обращается с естественными объектами как инженер-теоретик, перестраивающий их с целью обнаружения обще­го принципа действия, а с искусственными процессами - как ученый-практик, обнаруживающий в них всеобщий закон.

Задавшись вопросом, почему в проливах течение быстрее, чем на от­крытых местах, Галилей начинает с наблюдения за функционированием инженерных сооружений — каналов, преследуя при этом не инженер­ные, а естественно-научные цели. Он стремится понять причину силь­ных течений, возникающих в узком проливе, а в конечном счете, и до­казать вращение Земли. При этом как ученый-естествоиспытатель он переносит полученные при наблюдении искусственных сооружений вы­воды на природные процессы, но не просто разрабатывает более строгие научные понятия, а конструирует мысленный эксперимент как проект реального эксперимента, т.е. особое идеализированное представление природных объектов, которое затем может быть практически реализова­но с помощью устранения побочных влияний и помех техническими средствами. Таким образом, в экспериментальном естествознании уче­ный должен не только построить логически удовлетворительную теоре­тическую схему, объясняющую и предсказывающую ход развития того или иного природного явления и процесса, но и сконструировать прак­тическую экспериментальную ситуацию, воспроизводящую это явление искусственно в наиболее чистом виде, отвлекаясь от второстепенных черт, и проверяющую достоверность выбранной теоретической схемы.

Работы Галилея и его последователей создали почву для формирова­ния образцов инженерного мышления и деятельности, уже не только в сфере теории, но и на практике. X. Гюйгенс, например, на основе точно­го расчета и сознательного применения научного знания соотнес мате­матическую схему (циклоиду — геометрическую кривую, по которой движется маятник в его часах), описание физического процесса качания маятника и конструкцию часов. Исходя из технического требования, предъявляемого к функционированию маятника, и знаний механики, он определил конструкцию часов, которая может удовлетворять данно­му требованию. Сформулированный и продемонстрированный Галиле­ем и Гюйгенсом путь использования технических знаний в естествозна­нии и применения естественно-научных знаний в технике, является краеугольным камнем современной естественной науки и одновремен­но условием возникновения технических наук.

Наиболее рельефно это выразилось в творчестве Г. Герца, эксперимен­ты которого по распространению электромагнитных колебаний не только послужили блестящим подтверждением теории Фарадея—Максвелла, но и положили начало развитию новой технической науки и сферы инженер­ной практики — радиотехники. Работы Галилея и Герца содержат много общего, несмотря на различные предметы исследования, поскольку зало­жили методологические основы теоретического осмысления феноменов техники. Однако если Галилей положил начало естественно-научной тео­рии, ориентированной на технически спланированный эксперимент, то Герц заложил основы технической теории, выросшей как приложение ес­тественно-научной теории к вновь создаваемой области техники. Исто­рия становления и развития естествознания и техники связана с постоян­ным обменом опытом между этими двумя сферами и движением то от техники к естествознанию, то, наоборот, от естествознания к технике.

Таким образом, современное естественно-научное исследование с самого своего возникновения опосредовано техникой для моделирова­ния природных процессов в доступном для наблюдения виде, абстраги­руясь от побочных влияний, и часто трудно определить, что исследует ученый: естественные или искусственные процессы. Точнее сказать, ученый-естествоиспытатель исследует естественные процессы в идеали­зированных искусственно созданных условиях, имея дело с технической системой, замещающей природный объект, и переносит полученные в результате экспериментирования с ней знания на этот объект. Как по­бочные для него, но очень важные для технического развития общества следствия, появляются технические приложения, полученные в ходе разработки нового экспериментального оборудования, которые в каче­стве образцов, в конечном счете, попадают в сферу техники.

В экспериментальном естествознании и в инженерной деятельности устанавливается взаимосвязь между миром природным и миром искус­ственным, поэтому понятия «естественного» и «искусственного», разви­тые еще в античной философии, играют важную роль для разграничения естествознания и техники. Первоначально естественное как принцип развития или внутренняя сила, обусловливающая именно данный, а не иной ход природного процесса, рассматривалось античными натурфи­лософами как антитеза сверхъестественному. Платон различает сущест­вующее согласно природе и по закону, т.е. искусное, то, что приобрета­ется старанием, упражнением, обучением, что противно природе. Для него искусство - технэ - божественное или человеческое стоит выше природы. По Аристотелю, естественное - это то, причина чего заклю­чена в самой вещи, что происходит по определенному закону либо все­гда, либо по большей части. Естественное противопоставляется у него также насильственному: естественное движение - это движение по природе к своему естественному месту. Кроме того, он различает возни­кающее от природы и образованное искусством.

Со становлением экспериментального естествознания проблема соот­ношения естественного и искусственного переосмысливается. Для Декар­та всякое различие между естественным и искусственным с необходимос­тью исчезает, поскольку мир, природа трактуется им как машина, поэтому все искусственные предметы вместе с тем являются естественными: часам не менее естественно показывать время с помощью колесиков, из кото­рых они составлены, чем дереву, выросшему из семян, приносить плоды, Такое понимание естественного и искусственного прямо противополож­но аристотелевскому представлению, согласно которому природное про­тивопоставлялось созданному человеком, а физика — механике как ис­кусству, а не науке. По Декарту же, механика является частью физики, изучающей трубы и пружины, вызывающие действия природных вещей. Галилей рассматривает эти понятия в нескольких контекстах: естествен­ный ход вещей противопоставляется им сверхъестественному — чуду, а ес­тественное как необходимое является для него антитезой насильственно­му и случайному, наконец, природное, врожденное, самопроизвольное отличается им от человеческого, рукотворного, изобретенного. Но глав­ное его достижение заключается в соотнесении этих двух понятий. В от­личие от Аристотеля, Галилей рассматривает естественное движение в ис­кусственных условиях. Говоря, например, о плавающих телах, он утверждает, что понять их причину легко, поскольку в любом искусствен­но приготовленном сосуде можно наблюдать эти явления естественно происходящими. В то же время он говорит и о природе механических ору­дий, рассматривая их естественный компонент, критикуя, например, механиков, стремящихся применить машины к действиям, невозможным по самой еврей природе. Именно таким перенесением искусственного в естественное и естественного в искусственное были заданы идеалы и нор­мы экспериментального естествознания и инженерной деятельности.

Двойственная ориентация инженера на научные исследования при­родных явлений и на воспроизведение замысла искусственным путем в целенаправленной деятельности заставляет его взглянуть на свой про­дукт иначе, чем это делает ремесленник, для которого такой продукт представляет собой изделие рук человеческих, или ученый-естествоис­пытатель, видящий в нем прежде всего природный объект. Для инжене­ра всякое создаваемое им техническое устройство выступает как «естест­венно-искусственная» система, представляя собой, с одной стороны, подчиняющееся естественным законам явление природы, а с другой — орудие, механизм, машину, сооружение, которые необходимо искусст­венно создать. Непонимание роли естественных законов для решения технических задач характерно лишь для доинженерного технического мышления. По меткому замечанию Галилея, думающие обмануть при­роду неразумные инженеры действуют как ремесленники. Если для тех­нического мышления действительно характерна «искусственная» пози­ция, то для инженерного — «естественно-искусственная».

В широком понимании каждый вид человеческой деятельности име­ет свою технику, в узком же — под техникой имеется в виду только дея­тельность человека, работающего в области техники. Техника, по опре­делению Энгельмейера, — это искусство вызывать намеченные полезные явления природы, пользуясь известными свойствами природ­ных тел. Современная техника принадлежит к искусствам, т.е. к объек­тивирующей деятельности, и в то же время руководствуется естествозна­нием, поэтому важно отличать техника от ремесленника, который создает свои произведения исключительно путем усвоения раз навсегда выработанной рутины. Но еще более важно провести различие между техником и инженером: инженер осуществляет творческую и направля­ющую деятельность, на долю техника выпадает исполнение. Сочетание в инженерной деятельности естественной и искусственной ориентации обусловливает необходимость для инженера опираться, с одной сторо­ны, на науку, в которой он черпает знания о естественных процессах, а с другой - на существующую технику, откуда он заимствует знания о ма­териалах, конструкциях, их технических свойствах, способах изготовле­ния. Совмещая эти два рода знания, он находит те точки природы, в ко­торых природные процессы действуют так, как это необходимо для функционирования создаваемой технической системы. Задача инжене­ра - создать с помощью искусственных средств материальные условия для запуска непрерывной цепи процессов природы. Именно выяснению этой природной связи служат полученные учеными естественно-научные знания о характере и особенностях протекания различных природ­ных процессов.

Итак, суть научного метода в технике состоит в том, чтобы поставить природные тела в такие обстоятельства, когда их действие, происходящее в соответствии с законами природы, будет одновременно соответствовать на­шим целям. Когда эту задачу начали выполнять сознательно, возникла но­вейшая научная техника. Переход к научной технике был, однако, не одно­направленной трансформацией техники наукой, а их взаимосвязанной модификацией, поскольку не только наука повлияла на становление норм современного инженерного мышления, но и инженерная деятельность оказала заметное влияние на формирование нового идеала научности. Под влиянием инженерной деятельности, например, меняется представление о научном опыте и его содержании, куда входит уже не только простое на­блюдение, но и инженерно подготавливаемый эксперимент. Галилей упо­требляет понятие «опыт» как в смысле ежедневного опыта, обычного наблюдения за ходом природных явлений и за функционированием искус­ственных сооружений, так и в плане инженерного опыта, или эксперимен­та, который он разделяет на мысленный (на чертеже или без чертежа, тех­нически осуществимый или неосуществимый) и реальный. Реальный эксперимент заключается в разработке и создании специального экспери­ментального оборудования, проведении на нем планомерных опытов и на­блюдений за его функционированием. В этом и состоит подлинное научное объяснение природных явлений с помощью искусственного воспроизведе­ния их внешнего действия. При этом опыты должны производиться не слу­чайно, а, по словам Декарта, тщательно готовиться проницательными людьми, способными правильно их произвести. В результате формируется новая фигура ученого-экспериментатора. Одним из первых таких ученых был Р. Гук, который в «Трактате об экспериментальном методе» неизменно восхваляет большую научную роль приборов и инструментов и прежде все­го как средства против ошибок чувственного опыта, превознося «верную руку» и «добросовестный глаз» и подчеркивая необходимость знакомства ученого со всевозможными ремеслами и искусствами.

Влияние инженерного мышления сказалось не только на эксперимен­тальной деятельности ученых, но и на самих научных представлениях. Чтобы осуществить эксперимент, необходимо уметь искусственно вызы­вать явления в возможно простом и чистом виде. Такой подход связан с идеализированным искусственно-естественным представлением, свойст­венным именно инженерному мышлению. Для эксперимента необходимо создать искусственные условия, которые не наблюдаются в природе. На­пример, Галилей не просто наблюдает за происходящими в природе про­цессами, а сначала строит искусственную идеализированную ситуацию, отвлекаясь от ее выполнимости техническими средствами, но принципи­ально реализуемую, хотя и не имеющую места в природе. Затем он разрабатывает проект технически реализуемой экспериментальной ситуации, скажем маятника, где сила тяжести отделена от приложенной к телу силы, и, наконец, на основе этого проекта может быть проведен реальный экспе­римент. В свою очередь, искусственно созданные в эксперименте ситуации сами должны быть представлены и описаны в научном плане как опреде­ленные естественные процессы. Рассуждая о механиках-практиках, Нью­тон, к примеру, пишет, что тяжесть рассматривалась ими не как сила, а как грузы, движимые машинами, а его самого как ученого-естествоиспытате­ля, исследующего не ремесла, а учение о природе, интересуют не усилия, производимые руками, а силы природы, другими словами, в науке искус­ственно воссозданным экспериментальным ситуациям должен быть при­дан естественный модус. Без этого полученные в эксперименте результаты нельзя считать научными. Следовательно, даже в эксперименте главный акцент должен делаться на естественном, в то время как в инженерной де­ятельности - на искусственном, хотя им обоим присуща «естественно-искусственная» позиция. Это объясняется различием задач эксперимен­тальной и инженерной деятельностей: основная цель эксперимента - обосновать с помощью искусственных средств теоретически выведенные естественные законы, цель же инженерной деятельности, учитывая эти за­коны, создать искусственные технические средства и системы для удовле­творения определенных человеческих потребностей. В этом и выражается сходство и взаимовлияние экспериментального естествознания и инже­нерной деятельности, выполняющих вместе с тем различные функции в современной культуре и имеющих разную направленность.

Таким образом, инженерно-проектная установка проникает в сферу на­учных, в том числе физических, исследований, считающихся носителем господствующего до сих пор в сознании многих ученых образа науки. Это относится не только к классическому, но и к современному неклассическо­му естествознанию, которое демонстрирует тесную связь теоретического исследования не только с экспериментом, но и с техническими применени­ями. Именно современная неклассическая физика продемонстрировала, какое огромное влияние на технические приложения может оказать мате­матизированное естествознание. Например, развитие ядерной физики не­посредственно привело к практическим техническим результатам как в во­енной сфере, так и в области мирного использования атомной энергии, где эксперимент непосредственно перерастает в отрасль промышленности. Да и сам эксперимент представляет собой сложнейшую область не только на­уки, но и техники. В США до Второй мировой войны в инженерном обра­зовании господствовала преимущественная ориентация на практическую, а не теоретическую подготовку инженеров. В новых же областях техники, развившихся преимущественно во время войны (техника сантиметровых волн, импульсная и компьютерная техника и т.п.), где практический опыт не компенсировал теоретических знаний, например квантовой механики, основной вклад в их развитие сделали физики. Они не имели опыта работы в области техники, но были достаточно основательно подготовлены в тео­ретической физике и математике.

Связь теоретической науки с промышленностью, инженерными при­ложениями является благотворной не только для техники, но и для са­мой науки. Очевидным подтверждением этому тезису служат космичес­кие исследования и космическая техника. Широкое использование компьютерной техники во всех областях науки и техники сопровождает­ся перенесением принципов, например самоорганизации, обобщенных в кибернетике, на системы неживой природы, причем способ функцио­нирования таких систем подчиняется одним и тем же основополагаю­щим принципам, независимо оттого, относятся они к области физики, химии, биологии или даже социологии. Например, такие процессы са­моорганизации вблизи лазерного источника света описываются лазер­ной физикой, причем лазер — это технический прибор, созданный именно на основе представлений неклассической физики.

Часто влияние техники на естествознание связывается с критикой механистических объяснений, причем утверждается, что, например, процессы саморегулирующегося гомеостазиса, характерные для живого, невозможно объяснить механически. Однако в настоящее время описа­ние саморегулирующихся гомеостатических устройств стало общим ме­стом в кибернетике. Механистическое объяснение, если его понимать как описание механизма природных явлений, не следует отождествлять с представлением мировой механики в виде пружинных часов с класси­ческим передаточным механизмом. С помощью такого рода аналогий, конечно, сегодня не могут быть научно объяснены природные явления, но ведь и современные часы выглядят иначе - они стали электронной схемой с микропроцессором. Важно не отождествлять описание меха­низма природных явлений с редукцией их к одному-единственному ос­новополагающему уровню (например, физико-химическому или атом­ному), признавать сложность связей элементов и взаимодействий в анализируемой системе и не считать приведенный на данном уровне развития науки список таких механизмов исчерпывающим.