Глава 3

МОДЕЛИ КАК СРЕДСТВО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Jj настоящей главе мы рассмотрим одну из важнейших функций моделей, которая характерна для экспериментальной деятельности и выступает как одна из важных форм научной практики. Здесь речь пойдет главным образом о классе мате­риальных моделей, которые, несмотря на их разнообразие, исполь­зуются как средство эксперимента в различных науках. Пред­ставляется необходимым выяснить, в чем же состоит специфика моделей в качестве средства экспериментального исследования в сравнении с другими экспериментальными средствами. С дру­гой стороны, не менее важно с гносеологической точки зрения выяснить особенность материальных моделей в сравнении с мысленными, идеальными моделями. Эта последняя задача до некоторой степени аналогична рассмотрению различий между реальным и мысленным экспериментом.

Отношение основных типов моделей к реальному и мысленному эксперименту

Напомним, что различие между материальными и мыслен­ными (идеальными, воображаемыми) моделями покоится на сле­дующем гносеологическом основании. Хотя материальные модели построены или отобраны для определенных целей человеком, тем не менее они существуют объективно, действуют, по объектив­ным законам природы и в этом смысле существуют независимо от человека. Идеальные же модели могут воспроизводить те же самые явления, что и материальные модели, существуя лишь в голове дознающего субъекта, и, несмотря на то, что они могут быть выражены и, как правило, выражаются в рисунках, черте­жах или знаках, т. е. явлениях материальных, тем не менее они «работают» только благодаря, мысленным¹ операциям, которые

80

над ними совершает этот субъект в процессе их конструирова­ния или преобразования.

Хотя операции, которые совершаются в голове человека при построении мысленных моделей, и подчиняются определенным правилам и требованиям, основанным на знании объективных законов природы, тем не менее эти операции протекают только в сознании и являются выражением работы человеческой мысли, воображения, памяти и т. п. Напротив, материальные модели, будучи реализованы в определенных вещественных элементах и функционируя по определенным законам природы, представляют собой некоторые объективные процессы, осуществляемые вне сознания и в известном смысле независимо от него. Это важное гносеологическое различие между двумя классами моделей сле­дует иметь в виду, особенно при рассмотрении вопроса о соотно­шении моделей и эксперимента.

С другой стороны, известно, что процесс познания объектив­ного мира в общем можно разделить на два вида деятельности, тесно переплетающихся друг с другом, — практическую и теоре­тическую.

Очевидно, что построение и использование материальных мо­делей относятся к практической деятельности, в то время как оперирование мысленными моделями представляет собой элемент теоретической (умственной) деятельности, складывающейся как из логического дискурсивного мышления, так и из процессов творческого воображения.

Отнесение материальных моделей к практической деятель­ности определяется тем, что всякая практическая деятельность есть деятельность предметная, направленная на изменение внеш­них предметов, преобразование определенных форм или состоя­ний материи, а построение и исследование материальных моде­лей и представляют собой частный случай такого изменения и преобразования. Материальные модели, создаваемые из металла, дерева, стекла, жидкостей, газовых потоков, электрических и маг­нитных полей и других видов материи, состоящие из таких реальных элементов, как пружины, рычаги, блоки, катушки, лампы, конденсаторы, переключатели, шарнирные соединения, трубки, резервуары и т. п., представляют собой вполне матери­альные предметы, с которыми человек оперирует уже не только и не столько мысленно, сколько практически и технически.

Предметный, практический характер деятельности, связанной с построением и исследованием материальных моделей или ве­щественного моделирования, не вызывает никаких сомнений, хотя эта деятельность, как будет показано ниже, соединена не­обходимым образом с теорией. Но в отличие от «чистой» теории она протекает в сфере, непосредственно связывающей человека с предметами внешнего мира, к которым, в частности, относятся и материальные модели.

О В. А. Штофф 81

Включение материального моделирования в сферу практиче­ской деятельности сразу же ставит вопрос о том, к какому из основных видов практики — производству, общественной деятель­ности или научному эксперименту — относится подобное модели­рование. Ответ и на этот вопрос не является сложным. Для его однозначного решения нужно, однако, иметь в виду, что речь идет о тех материальных или вещественных моделях, которые специально создаются в целях познания, исследования на них свойств, закономерностей и т. п. других объектов независимо от того, являются ли сами эти объекты естественными, созданными самой природой (атомы, молекулы, галактики) или же искус­ственными, построенными человеком (машины, суда, самолеты).

Разумеется, если бы у нас речь шла о тех моделях, которые являются образцовыми, стандартными экземплярами в серии предметов, выпускаемых в данном производстве (модель само­лета, модель автомобиля, модель обуви, одежды и т. д.), или же, скажем, о моделях, употребляемых в литейном деле, то создание подобных моделей следовало бы рассматривать как часть про­цесса производства и отнести к области практики в форме произ­водственной деятельности людей.

Здесь же мы рассматриваем только научные, научно-техни­ческие модели, т. е. такие, которые специально создаются в целях познания, для исследования физических явлений и, соответ­ственно химических, биологических и других материальных про­цессов, проведения теоретических и инженерных расчетов и отчасти в педагогических целях (наглядности). Поскольку такие модели являются материальными, вещественными, технически реализованными в определенных материалах и конструкциях, постольку вся работа по их построению, испытанию, исследова­нию относится к области научного эксперимента как особой формы практической деятельности, заключающейся в специаль­ных методах и приемах преобразования действительности в це­лях ее более глубокого познания.¹

Рассмотрение материальных моделей в качестве средств, ору­дий экспериментальной деятельности вызывает потребность выяс­нить, чем отличаются те эксперименты, в которых используется модель, от тех, где она не применяется. Иначе говоря, возникает

¹ Моделирование связано непосредственно с производством и в форме так называемого производственного эксперимента, направленного на раз­витие и совершенствование данного вида материального производства, его технических средств, технологических процессов и т. п. (см.: И. Н. На­заров. Производственный эксперимент и его роль в познании. Соцэкгиз, М., 1962). Но здесь модель выполняет методологически и гносеологически функцию, аналогичную той, которая присуща ей в лабораторном экспе­рименте, т. е. функцию познания, хотя объектом познания выступает про­цесс производства в его техническом и технологическом аспекте. Поэтому при рассмотрении соответствующих функций моделей в эксперименте мы не будем последний расчленять на эти две его формы.

82

вопрос о той специфике, которую вносит в эксперимент приме­нение в нем моделей. Для решения этого вопроса необходимо сравнение процедуры построения и изучения материальных мо­делей с процедурой обычного, или прямого, эксперимента.

При этом следует заметить, что раскрытие сущности обыч­ного эксперимента, с которым мы. будем ниже сопоставлять практику и теорию построения материальных моделей, требует ясного понимания различий между реальным и мысленным экс­периментом. В то время как реальный эксперимент представляет собой вид практической деятельности и имеет дело с матери­альными средствами, орудиями и объектами познания, мыслен­ный эксперимент представляет собой вид теоретической деятель­ности человека, является выражением его творческой активности в сфере сознания, которое оперирует мыслешьши образами, пред­ставлениями, теоретическими понятиями.СЁсли среди прочих ма­териальных средств, которые используются в реальном экспери­менте, фигурируют материальные, вещественные модели, то мысленные, воображаемые, идеальные модели представляют собой основной «реквизит» мысленного эксперимента. Поэтому в этой главе мы не будем затрагивать проблемы мысленного, или умственного, эксперимента, которая будет специально рассмот­рена ниже в связи с изучением гносеологических функций мыс­ленных моделей.

Сущность эксперимента

Для осуществления поставленной задачи необходимо сначала проанализировать понятие «эксперимент». В имеющейся марк­систской литературе,¹² освещающей проблему эксперимента, послед­ний в соответствии со взглядами Ф. Энгельса и В. И. Ленина³ рассматривается наряду с производством и общественно преоб­разующей деятельностью как одна из основных форм практики.

Иногда высказывается мнение, что «научный эксперимент нельзя считать одной из основных форм практики, так как он существует не на всем протяжении истории общества, а возни-

² См.: сб. статей «Практика — критерий истины в науке». Соцэкгиз, М., 1960 (в особенности статьи М. Н. Руткевича, Н. Г. Кристостурьяна, Ю. А. Жданова); П. В. Копнен. Эксперимент и его роль в познании. ВФ, 1955, № 4; С. Суворов. О роли эксперимента и теории в познании. УФН, т. XVI, вып. 3, 1958; П. Е. С и в о к о н ь. О происхождении и фило­ софском значении естественнонаучного эксперимента. Изд. МГУ, 1962; О. 3 и х. Логические и методологические аспекты эксперимента. Сб. «Ми­ ровоззренческие и методологические проблемы научной абстракции», ИЛ, М., 1960; Г. Б. Жданов, Н. Ф. Нелипа. Особенности эксперимента и теории в современной физике. В кн.: Диалектика в науках о живой природе. М., 1964, и др.

³ См.: К. Маркс и Ф. Энгельс, Соч., изд. 2, т. 21, стр. 284; В. И. Лени н, Поли. собр. соч., т. 18, стр. 176.

6* 83

кает лишь на весьма высокой ступени его развития и составляет неотъемлемую часть научного познания. К тому же область его применения ограничена естественными науками».⁴

Подобный взгляд не выдерживает никакой критики. Он пре­жде всего не считается с тем фундаментальным фактом, на кото­ром покоится марксистская теория познания, что процесс по­знания диалектичен, что формы и средства познания не даны раз навсегда в своей неизменности, а изменяются, возникают и развиваются. Если познание в целом диалектично, то это прежде всего относится к практике, ибо она есть общественно-историческая деятельность людей и не может быть понята вне исторического развития и обогащения ее новыми формами и ви­дами деятельности, к числу которых относится эксперимент. Поэтому исторический характер эксперимента вовсе не мешает ему быть одним из основных видов практики, и в особенности на современном уровне развития общества и его производитель­ных сил. Вступление общества в период коммунизма, когда наука становится важнейшей производительной силой, предостав­ляет особенно широкие возможности и поле деятельности науч­ному эксперименту. А особенности современных форм экспери­ментальной деятельности (модельный эксперимент, кибернетиче­ские устройства) позволяют уже теперь снять запрет, ограничи­вающий экспериментирование лишь областью естествознания. \Г Превращение эксперимента в одну из основных форм прак­тики, происходившее параллельно с развитием науки, стало фак­том с тех пор, как в производстве сделалось возможным широкое применение естествознания, что в свою очередь было результа­том первой промышленной революции, открывшей эпоху машин­ного производства. «В качестве машины, — говорит Маркс, — средство труда приобретает такую материальную форму суще­ствования, которая обусловливает ~ замену человеческой силы силами природы и эмпирических рутинных приемов — сознатель­ным применением естествознания».⁵

Применение естествознания, использование науки в производ­стве, начавшееся в эпоху промышленного капитализма и неиз­бежно ограниченное в силу присущих капитализму внутренних противоречий, становятся при социализме и коммунизме не только по-настоящему действительными и необходимыми, но и ничем не ограниченными. Вместе с широким проникновением науки в сферу производства, а также в сферу управления всей общественной жизнью эксперимент приобретает значение одной из основных форм практической деятельности человека. 1 / В чем же состоит специфика эксперимента как формы прак­тической деятельности? Прежде всего в том, что эксперимент

⁴М. Янушевский. Научный эксперимент как форма практики. Уч. зап. Ростовск. н/Д. ушга., т. LXI, вып. 1, стр. 202—203. ⁵ К.Маркс и Ф. Энгельс, Соч., т. 23, стр. 397.

84

ЬЫражает активное отношение человека к действительности. В силу этого в марксистской гносеологии проводится четкое различие между экспериментом и научным наблюдением.

Хотя всякий эксперимент включает и наблюдения как необ-S ходимую и обязательную его сторону, однако в эксперименте, помимо наблюдения, содержится такой существенный для рево­люционной практики признак, как активное вмешательство в ход изучаемого процесса, преображающее объект деятельности че­ловека. Чрезмерное сближение или отождествление эксперимента с наблюдением ведет к утрате, забвению этой важной черты эксперимента, позволяющей рассматривать его как вид практики.

Недопустимость смешения физического опыта с простым на­блюдением остро чувствовал П. Дюгем, и он был безусловно прав, когда подчеркивал, что физический опыт «не отчет о на­блюденных фактах», что наблюдения за движением стрелки гальванометра и за движением светящейся полоски, отображен­ной на измерительную линейку, не исчерпывают сущности экс­перимента над явлениями электричества. Но, будучи идеалистом, он все различие между наблюдением и экспериментом свел к истолкованию, которого нет, по его мнению, в первом случае и которое имеется во втором. «Физический опыт есть точное наблюдение группы явлений, связанное с истолкованием этих явлений »JL__

Эксперимент нельзя отождествлять с простым наблюдением за последовательностью явлений или расположением их в про­странстве и т. п. не потому, что в наблюдении отсутствует тео­ретическое истолкование, столь характерное для эксперимента. Это верно лишь отчасти, и то для неорганизованного, случайного наблюдения, которое не является научным методом познания. В научных наблюдениях содержится и истолкование и в качестве предпосылки может быть некоторая теория или гипотеза. Так, всевозможные астрономические наблюдения, проводимые даже невооруженным глазом древнего ученого, не были просто описа­нием расположения светящихся точек на небе и времени их по­явления и исчезновения над горизонтом, они были связаны с определенными (пусть сначала ложными) истолкованиями, ^не будучи, однако, экспериментами. Экспериментами они не стали даже с введением оптической техники и возникновением более адекватных теорий — небесной механики Галилея, Кеплера, Ньютона и др.

L Для того чтобы наблюдение превратилось в эксперимент, оно должно не только обладать активностью на уровне сознания вообще и теоретической активностью, теоретическим осмыслива­нием наблюдаемых фактов, но и располагать средствами актив-

⁶ П. Дюгем. Физическая теория, ее цель и строение. СПб., 1910, стр. 175.

85

ного вмешательства в ход событий; оно должно быть в состоя­нии разорвать естественные связи изучаемого явления с окру­жающей средой, осуществлять реальные действия для того, чтобы в случае необходимости вырвать явление из одних условий, по­ставить его в другие или парализовать действия одних, усили­вая действия других условий, и т. д. Те же методы познания, которые мы называем наблюдением, не располагают необходи­мыми для этого средствами (или в частном случае просто не нуждаются в них, ограничиваясь более скромной задачей опи­сания) .

Отмечая эти недостатки чистого наблюдения, мы не хотим сказать, что этот вид познания является недопустимым или не­нужным. В ряде случаев он до сих пор только и возможен. В свое время О. Ю. Шмидт справедливо отмечал, что критерий практики в его простейшей форме неприменим в случае космо­гонических теорий и гипотез: «Создать планету мы не можем, какова бы ни была наша теория. Но этот критерий тем не менее сохраняет свою силу в другой форме — в совпадении выводов теории с фактическими данными астрономической практики, т. е. наблюдений».⁷ Правда, с тех пор как были написаны эти слова, в астрономии произошли коренные перемены. Запуск первых советских спутников, автоматических межпланетных станций и космических кораблей означал проникновение эксперимента с его активным, преобразующим действием и в область астроно­мии, и тем не менее здесь, как и в других сферах (например, в метеорологии), наблюдения еще долго будут играть важную роль.

Иногда необходимость чистых наблюдений, несмотря на воз­можность эксперимента, определяется потребностью изучать яв­ления именно так, как они протекают, без вмешательства чело­века, в естественных условиях (например, фенологические на­блюдения). Но в целом научное познание, стремясь за много­образием отдельных явлений понять их закономерность, их сущ­ность, активно вмешивается в окружающую действительность, и способом такого вмешательства является эксперимент.

Однако установление того, что эксперимент выражает актив­ную,' действенную сторону познания, не исчерпывает его сущ­ности и специфики. Более того, установление этого факта не выводит нас еще за пределы идеалистической концепции экспе­римента. В этом мы можем убедиться на примере Г. Динглера, который в специальной работе о роли эксперимента в познании⁸ подчеркивал, что «эксперимент отличается от опыта вообще

⁷ О. Ю. III м я д т. Четыре лекции о теории происхождения Земли. Изд. АН СССР, М.—Л., 1949, стр. 17.

⁸ Н. Dingier. Das Experiment, sein Wesen und seine Geschichte. Miinchen, 1924.

86

тем, что всегда содержит более или менее сильные элементы активной природы, т. е. такие, которые представляют воздейст­вие с моей стороны... Мы относим к эксперименту в полном смысле слова все те действия, которые вызывают в девственной природе желаемый процесс».⁹

Концепция эксперимента у Динглера есть не что иное, как попытка соединить махистскую точку зрения на эксперимент как на «самодеятельное отыскание новых реакций и новых свя­зей между ними» ¹⁰ с элементами кантовского априоризма.

Таким образом, сведение сущности эксперимента к одной лишь активной деятельности является одним из гносеологиче­ских источников идеалистически извращенного понимания экспе­римента. Последний превращается в разновидность духовной деятельности, оторванной от внешнего мира и противопостав­ленной ему.

Характерно при этом, что различные представители идеали­стической философии при попытках охарактеризовать специфику эксперимента выдвигают на первый план любую из его действи­тельных особенностей (наблюдение, активность, осмысленность действий), кроме главной и основной, ибо ее признание есть материализм. Эта главная и основная черта эксперимента — воз­действие на объект посредством прибора.

В противоположность идеалистической фальсификации сущ­ности эксперимента материализм рассматривает последний не только как активную, но и как предметную деятельность, кото­рая выражается в том, что экспериментатор воздействует на предмет исследования посредством других материальных пред­метов, представляющих совокупности экспериментальных средств, — приборов, инструментов, аппаратов и т. д.

Остановимся еще на одном ошибочном понимании экспери­мента, которое также может стать гносеологическим источником идеализма в этом вопросе. Часто эксперимент ограничивается испробованием (пробой, испытанием). На этом также пытаются спекулировать идеалисты. Например, сводя эксперимент к пробе, Мах утверждал, что «эксперимент не есть исключительно до­стояние человека». По его словам, «эксперимент можно наблю­дать и у животных, и притом на различных ступенях развития», например у хомяка, приподнимающего крышку от ящика с пищей, у лошадей, нащупывающих ногами рискованный спуск, у кошек, испытывающих лапкой степень теплоты молока, и т. д. «От простой пробы при помощи органов чувств, поворота тела, перемены точки зрения до существенного изменения условий, от пассивного наблюдения до эксперимента — переход совершенно постепенный, — писал он. — То, что отличает здесь животных от

Там же, стр. 51 Э. Мах. Познание и заблуждение. М., 1909, стр. 206.

87

человека, есть прежде всего величина круга его интересов.¹¹

Сближение и принципиальное отождествление эксперимента с поведением животных понадобилось Маху для того, чтобы ли­шить эксперимент его материальности, предметности, объектив­ности. Устранение той важнейшей и существеннейшей стороны эопериментальной деятельности, которая состоит во взаимодей­ствии материального прибора и столь же материального предмета исследования, является у Маха частью его программы идеали­стического извращения сущности человеческого познания, за­вершающейся безысходным солипсизмом.

Критика махистского понимания эксперимента как пробы вовсе не означает, что этот момент чужд экспериментальному исследованию. Проба, т. е. испытание какой-нибудь теории, гипо­тезы, идеи, поверка их на деле, является одной из важнейших функций эксперимента. Но чтобы выполнить эту функцию, экс­перимент должен обладать определенной структурой. И то, что в структуре эксперимента обеспечивает эту функцию, заклю­чается в материальных средствах воздействия на изучаемый объект, которые позволяют не только реализовать ту или иную идею, но и неограниченно воспроизводить, повторять полученную ситуацию при строго определенных условиях.

Следовательно, в эксперименте мы имеем не только переход от субъективной идеи к объективному миру действительности, но и такую форму этого перехода, которая позволяет открыть зако­номерность, всеобщность, ибо повторяемость есть, как известно, один из важнейших объективных признаков, критериев закона.

Итак, понятие эксперимента как той формы практики, кото­рая связана с развитием науки, характеризуется следующими моментами: 1) активным отношением человека к внешнему миру; 2) вмешательством в явления, процессы внешнего мира и воздействием на них при помощи специальных средств исследо­вания, играющих в эксперименте роль, аналогичную роли орудий труда в процессе труда; 3) практическим реальным выделением изучаемых связей и изоляцией их от других, случайных или за­меняющих их влияний, что аналогично процессу абстрагирования и идеализации в теоретическом мышлении; 4) воспроизведением и неограниченным повторением изучаемых процессов в опреде­ленных условиях, что аналогично неограниченной повторяемости циклов производства (воспроизводство); 5) планомерным изме­нением, варьированием и комбинацией условий вплоть до созда­ния таких процессов, которые, по крайней мере в данной форме, не существуют в природе, что тоже свойственно процессу произ­водства; 6) определенной целенаправленностью и организован­ностью, что сводит к минимуму элемент случайности, неожидан­ности, хотя полностью не исключает его.

¹¹ Там же, стр. 190.

88

Объединяя все эти моменты как необходимые признаки экс­перимента, вместе с тем достаточные для того, чтобы в своей совокупности отличить его от других видов деятельности, мы можем дать следующее определение эксперимента. Эксперимент есть вид деятельности, предпринимаемой в целях научного по­знания, открытия объективных закономерностей и состоящий в воздействии на изучаемый объект (процесс) посредством спе­циальных инструментов и приборов, благодаря чему удается: 1) устранять, изолировать изучаемое явление от влияния побоч­ных, несущественных и затемняющих его сущность влияний и изучать его в чистом виде; 2) многократно производить ход процесса в строго фиксированных, поддающихся контролю и учету условиях; 3) планомерно изменять, варьировать, комбини­ровать различные условия в целях получения искомого резуль­тата.

Из данного определения вытекает, что эксперимент пред­ставляет собой по своей внутренней природе органическое един­ство практического действия и теоретической работы мысли. Эксперимент невозможен без сочетания материального преобра­зующего воздействия на внешний мир и целенаправленной тео­ретической деятельности человека. С. И. Вавилов справедливо замечает, что «к опыту редко обращаются наудачу, в поисках новых неожиданных явлений... Экспериментатор всегда, прежде чем предпринять опыт, ставит вопрос о его целесообразности».¹²

Структура обычного эксперимента

Для того чтобы выяснить, как относится метод изучения яв­лений посредством их действующих моделей к эксперименту, следует более подробно рассмотреть структуру последнего.

Вопрос о структуре эксперимента фактически не подвергался систематическому исследованию. Хотя Ф. Бэкон один из первых раскрыл значение эксперимента, практики для познания, а Дж. Ст. Милль дал описание основных методов эксперименталь­ного исследования причинных связей, однако никто в домарк­систской философии не исследовал внутренней структуры экспе­римента, тем более в том объеме, в котором мы определили это понятие.

Для исследования структуры эксперимента воспользуемся со­поставлением его с другим видом практики — с процессом про­изводства, структура которого была раскрыта Марксом в «Капи­тале».

Так как и эксперимент, и производительный труд представ­ляют собой вид практики, то не удивительно, что между ними

С. И. В а в и л о в, Собр. соч., т. IV, М., 1956, стр. 18.

89

имеется много общего в их существенных элементах. И в том, и в другом случае налицо: во-первых, предмет деятельности (пред­мет производства и предмет экспериментального исследования); во-вторых, средство воздействия (средства и орудия труда и экспериментальные средства — приборы, инструменты и т. п.); в-третьих, целесообразная деятельность (сам производительный труд в одном случае и сам процесс экспериментального иссле­дования, деятельность экспериментатора — в другом). Таким образом, простые элементы всякого процесса труда имеют своих аналогов в виде соответствующих элементов экспериментальной деятельности. Эта аналогия, показывающая, что эксперимент как вид практики характеризуется взаимосвязью своих важней­ших элементов, позволяет глубже проникнуть в структуру экс­перимента и изучать ее более детально.

На основании проведенного сравнения эксперимента с тру­довой деятельностью, с процессом труда можно всякий экспери­мент расчленить на три основные составляющие:

1. деятельность экспериментатора как познающего субъекта;

2. объект или предмет экспериментального исследования;

1. средства (инструменты, приборы, экспериментальные установки), при помощи которых осуществляется эксперимент.

Деятельность экспериментатора является необходимым эле­ментом всякого опыта. Это настолько очевидно, что специаль­ное упоминание об этом кажется тривиальностью. Однако такое упоминание имеет смысл не только для полноты анализа основ­ных сторон эксперимента, но и в качестве исходного положения для выяснения того, какие стороны человеческой деятельности при этом существенны.

Иногда обсуждается вопрос о том, насколько существенным для эксперимента является логическое мышление. Порой выска­зывается мнение о том, что, поскольку в марксистской гносео­логии говорится о единстве теории и практики как самостоя­тельных моментах познания, не следует теорию, а поэтому и теоретическое мышление включать в эксперимент (практику).

Нам представляется ошибочным полностью исключать из эксперимента какой бы то ни было вид познавательной деятель­ности человека. Необходимо иметь в виду, что эксперимент яв­ляется формой общественной деятельности человека. Хотя экс­периментирует индивидуум или несколько индивидуумов, объе­диненных в том или ином коллективе, деятельность каждого из них возможна на основе деятельности многих миллионов людей — производителей материальных благ, создателей эксперименталь­ной аппаратуры, деятелей науки, подготовивших используемые в эксперименте знания. Поэтому экспериментатор не только при­водит в движение «принадлежащие его телу естественные силы — руки и ноги, голову и пальцы», но и использует также резуль­таты труда производителей, воплощенные в материальных сред-

90

ствах эксперимента. Кроме того, он опирается на достижения науки и техники, знания и экспериментальную методику, соз­данные, отработанные, накопленные творческими усилиями не только современников, но и представителей других поколений. При этом, разумеется, особенно ценным является творческий вклад самого экспериментатора, ясность мысли, проницатель­ность, остроумие, наблюдательность, смелость, терпеливость, на­стойчивость и другие черты, необходимые исследователю.

Все, что характеризует деятельность, способности и уровень развития, квалификацию, знания человека, мы будем называть субъективной стороной эксперимента. Термин «субъективный» в этом смысле не означает чего-то отрицательного или ошибоч­ного, он не обозначает наличия каких-нибудь недостатков или слабостей экспериментатора, а просто вныражает тот факт, что эксперимент осуществляется познающим субъектом.

К субъективной стороне эксперимента относятся:

1. особенности органов чувств человека, воспринимающих информацию, полученную в процессе наблюдения;

2. теоретические способности и вообще деятельность логи­ ческого мышления;

3. уровень научных знаний и духовной культуры, квалифи­ кация и способности экспериментатора;

4. поставленные и сформулированные цели и задачи экспе­ римента;

5. сама деятельность, активность экспериментатора.

Конечно, все эти моменты должны рассматриваться как субъ­ективные не в абсолютном смысле, а в относительном. Они яв­ляются в такой же мере объективными, как и субъективными. Так, работа органов чувств происходит по объективным законам, в основе их деятельности лежит определенная форма движения материи, а результаты этой деятельности — ощущения — обла­дают объективным содержанием. Черты объективности харак­теризуют и теоретические способности экспериментатора, и тем более научные знания, используемые при постановке опыта и реализованные в приборах, и уж, конечно, саму деятельность экс­периментатора. Но все эти моменты являются также и субъек­тивными, так как они являются достоянием познающего и экспе­риментирующего субъекта. Поэтому все перечисленные моменты характеризуются единством субъективности и объективности. Но если рассматривать эти моменты не сами по себе, а в их отно­шения к средствам экспериментального исследования и предмету исследования, то на первый план выступает субъективная сто­рона, и в этом отношении их следует считать субъективной сто­роной эксперимента.

К объективной стороне эксперимента относятся как предмет исследования, так и экспериментальные средства (приборы, инструменты, установки и т. п.). В связи с этим целесообразно

91

различать понятие гносеологического объекта и понятие объекта изучения предмета исследования.¹³

В понятие гносеологического объекта входят и предмет исследования и экспериментальные средства, потому что они представляют собой материальные процессы, существующие объективно и действующие по объективным законам природы независимо от того, построены ли они человеком или созданы природой. С этой точки зрения можно (как это делает В. А. Фок, рассматривая гносеологические вопросы квантовой механики) отождествить и прибор, и объект исследования, ибо нелепо было бы считать, что один из них обладает меньшей степенью объективной реальности, чем другой. «Не следует думать, что прибор, — пишет В. А. Фок, имея в виду это обстоятельство, — есть обязательно нечто сделанное человеческими руками. Можно рассматривать как прибор всякий предмет, реализующий опреде­ленное взаимодействие с объектом: например, роль прибора играет магнитное поле Земли, влияющее на движение космиче­ских частиц; аналогичную роль играют залежи радиоактивных элементов в земной коре, которые являются своеобразными „ча­сами" для определения длительности геологических эпох».¹⁴

Объединение с этой точки зрения экспериментальных средств и объекта изучения в общее понятие гносеологического объекта имеет существенное значение в связи с тем, что иногда пы­таются (особенно при интерпретации роли прибора в квантовой механике) отнести экспериментальные средства к субъективной стороне эксперимента и в случаях, когда возмущения, вносимые прибором в предмет исследования (атомные объекты), весьма значительны, делают незаконные выводы о зависимости объекта от субъекта (познающий субъект при помощи прибора якобы приготовляет или творит объект).

Понятие же гносеологического объекта, как оно было здесь сформулировано, позволяет трактовать любые взаимодействия между прибором и исследуемым явлением как вполне объектив­ные процессы с гносеологической точки зрения, как в равной степени независимые от субъекта, безотносительно к тому, сде­ланы ли они человеком или существуют естественным образом.

Однако за пределами этой общегносеологической точки зре­ния (связанной с решением основного вопроса философии) при исследовании структуры эксперимента мы обязаны расчленить понятие гносеологического объекта на понятия: «объект иссле­дования» и «экспериментальные средства исследования», ибо в структуре эксперимента их роль неодинакова.

¹³ Это различие целесообразно иметь в виду также и в тех случаях, когда предметом исследования выступает сам познающий субъект.

¹⁴ В. А. Ф о к. Основные законы физики в свете диалектического ма­ териализма. Вестн. ЛГУ, 1949, № 4, стр. 43.

92

_{г № „ ^}

часть гносеологического объекта, на которую направлен позна­вательный интерес и которая подвергается воздействию экспери­ментатора, вооруженного приборами, посредством которых он это воздействие осуществляет.

Объект экспериментального исследования, подобно предмету труда может быть дан природой, как например солнечный свет в опытах Ньютона с призматическим разложением света. Однако значительно чаще объект участвует в эксперименте в форме, ириданой ему специально либо предшествующим трудом вообще, либо соответствующим экспериментом.

Объект исследования может выступать в эксперименте или в качестве явления, в котором воплощается ожидаемый согласно какой-либо гипотезе эффект (например, дифракция — для гипо­тезы о волновой природе св(ц?а или электронов); или — явления, подвергаемого анализу, измерению; или — веществ, из которых синтезируется новое вещество; или — носителя исследуемых свойств, и т. д. Однако, несмотря на все разнообразие аспектов экспериментального изучения объекта, в обычном эксперименте он всегда выступает, так сказать, в своем натуральном виде. Здесь имеют дело непосредственно с самим предметом исследо­вания, а не с его заместителем.

Экспериментальными средствами исследования являются при­боры, инструменты, аппараты, экспериментальные установки и другие орудия или вещества, при помощи которых эксперимен­татор воздействует на предмет исследования или осуществляет другие необходимые операции. Из колоссального разнообразия экспериментальных средств, растущего по мере технического и научного прогресса, можно выделить следующие основные виды:

а) приготовляющие устройства (источники света или элек­ трического тока, генераторы элементарных частиц или волн и т. п.);

б) изолирующие устройства (вакуумные насосы и приборы, защитные экраны и т. п.);

в) устройства, непосредственно осуществляющие воздействие на объект (преломляющие среды, призмы для света, дифракцион­ ные решетки, щели, магнитные поля и т. д.);

г) средства усиления и преобразования (микроскопы, уско­ рители частиц и т. п.);

д) регистрирующие и измеряющие устройства (шкалы, галь­ ванометры, счетчики, самозаписывающие устройства, эмульсион­ ные пластинки и т. п.).

Разумеется, данное расчленение экспериментальных средств на указанные пять групп не является абсолютным, так как часто трудно бывает отнести прибор или инструмент только к одной из перечисленных групп. Так, например, в ускорителе элементар­ная частица подвергается и воздействию магнитных полей, в ка-

93

мере Вильсона частица взаимодействует с окружающей средой и т. д. Вообще воздействие прибора на объект не является мо­нополией приборов группы «в», оно фактически в той или иной степени имеется всегда и везде, во всех устройствах — приго­товляющих, изолирующих, усиливающих, регистрирующих и измеряющих. В микроскопическом эксперименте это взаимодейст­вие объекта и соответствующего прибора либо несущественно и относительно мало, либо сравнительно легко поддается учету и контролю, между тем как в экспериментах с микрочастицами проблема взаимодействия прибора и частицы представляет изве­стные трудности.

Как бы ни различалась в эксперименте роль тех или иных экспериментальных устройств или приборов, их назначение со­стоит в том, чтобы служить проводником воздействия человека на изучаемый предмет. Подобно орудию труда, которое рабочий помещает между собой и предметом труда, чтобы воздействовать на предмет труда, обработать его, изменить его форму, экспе­риментальные средства служат проводниками воздействий экспе­риментатора на предмет познания. Экспериментальные средства в отличие от непосредственного созерцаюш, от простого наблю­дения опосредствуют отношение человека к предмету исследова­ния. В эксперименте человек имеет дело уже не непосредственно с изучаемыми явлениями, а с экспериментальными установками, приборами, инструментами, которые воздействуют на объект и дают экспериментатору информацию об объекте. Эксперимен­тальные средства являются подлинными посредниками в позна­вательном, активном отношении человека к природе. Их исполь­зование позволяет неограниченно преодолевать биологическую, природную ограниченность органов чувств человека, отражающих окружающий мир лишь в сравнительно узком диапазоне явлений и свойств, обусловленных биологическим приспособлением орга­низма к среде.¹⁵ Экспериментальные средства, как и орудия в процессе труда, углубляют и расширяют область взаимодейст­вия человека, его познавательных способностей (в частности, органов чувств), с явлением окружающего мира, включая в нее по мере развития производства, техники и науки новые и новые «слои бытия», формы материи, закономерности движения.

Маркс писал, что средство труда, сначала данное самой при­родой, «становится органом его (рабочего, — В. Ш.) деятель­ности, органом, который он присоединяет к органам своего тела, удлиняя таким образом, вопреки библии, естественные размеры последнего».¹⁶ Современные средства труда и средства экспери­ментирования не только количественно увеличивают познава-

^{1 5} Подробнее об опосредованности чувственных восприятий см.: Л. О. Резников. О роли чувственных восприятий в познании. «Под знаменем марксизма», 1938, N° 8, стр. 42 и ел.

¹⁶ К. Маркой Ф. Энгельс, Соч., т. 23, стр. 190.

94

тельные возможности, но позволяют осуществлять такие качест­венные преобразования в объектах исследования, построить такую цепь взаимодействий и превращений, что недоступный предмет становится опосредованно, через прибор доступным косвенно для чувственного восприятия. Опосредованное приборами, оно позво­ляет видеть невидимое (следы элементарных частиц в камере Вильсона или в толстослойных эмульсионных пластинах), слы­шать неслышимое и т. д. При этом процесс опосредования достиг в современном эксперименте колоссальной сложности и склады­вается из множества различных ступеней, каждая из которых может в известном смысле выступать как самостоятельный эксперимент. К числу средств, расширяющих сферу опытного исследования и опосредующих чувственное познание, относятся действующие материальные модели, использование которых пред­ставляет собой особую форму эксперимента.

Место моделей в структуре эксперимента. Модельный эксперимент

Может показаться, что всякий корректно поставленный экспе­римент предполагает использование действующей модели.

В самом деле, поскольку в экспериментальной установке исследуется явление в чистом виде и полученные результаты характеризуют не только данное единичное явление в данном единичном опыте, но и другие явления этого класса, на которые переносятся каким-то способом результаты опыта, постольку данное явление можно считать в известном смысле моделью дру­гих явлений этого же класса. Однако это не так, ибо отношение между явлением, которое изучается в данном единичном экспери­менте, и другими явлениями этой же области есть отношение тождества, а не аналогии, между тем как именно последняя су­щественна для модельного отношения.

Поэтому следует выделить особую форму эксперимента, для которой характерно использование действующих материальных моделей в качестве специальных средств экспериментального исследования. Такая форма эксперимента называется модельным экспериментом, или моделированием.

Существенным отличием модельного эксперимента от обыч­ного является его своеобразная структура.

Отличительная особенность структуры модельного экспери­мента заключается не в его субъективной стороне, а в объектив­ной, в характере средств исследования и их отношении к объ­екту исследования. В то время как в обычном эксперименте средства экспериментального исследования так или иначе непо­средственно взаимодействуют с объектом исследования, в модель­ном эксперименте взаимодействия нет, так как здесь эксперимен­тируют не с самим объектом, а с его заместителем. При этом

95

примечательным является то, что объект-заместитель и экспери­ментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в одно целое. «Моделирование, — пишет академик Л. И. Седов, — это есть замена изучения интересующего нас явле­ния в натуре изучением аналогичного явления на модели мень­шего или большего масштаба, обычно в специальных лаборатор­ных условиях. Основной смысл моделирования заключается в том, чтобы по результатам опытов с моделями можно было дать не­обходимые ответы о характере эффектов и о различных величи­нах, связанных с явлением в натурных условиях».¹⁷

Рассмотрим в этой связи более подробно структуру модель­ного эксперимента на конкретном примере. Возьмем для этого модель движения газов в паровом котле, описанную в работе М. В. Кирпичева и М. А. Михеева.¹⁸ Такая модель строится и изучается следующим образом. Промышленные испытания котла-объекта дают некоторые данные и параметры, представленные в виде характеристических величин. При помощи соответствую­щих теоретических средств (логические правила, математические средства, правила и критерии теории подобия) производится расчет модели, который позволяет решить вопрос об оптимальных условиях конструкции модели (ее размеры, физическая природа моделирующих элементов, выбор материалов, способы и цели ее последующего исследования). Таким образом, первым этапом яв­ляются теоретический расчет модели и теоретические соображе­ния о задачах, целях и способах последующего эксперименти­рования с ней. Этот этап целиком укладывается в субъектив­ную сторону эксперимента, к которой также относится и после­дующая деятельность экспериментатора по созданию модели, хотя, конечно, этим его деятельность не исчерпывается. Послед­няя, далее, будет заключаться в наблюдении, измерении, измене­нии условий, повторении условий работы самой модели.

Например, изучение модели котла состоит в следующем. Не ограничиваясь простым наблюдением, которого явно недоста­точно, производят фотографирование, пользуясь специальным освещением (при помощи сильных источников света и рассеиваю­щих экранов), создают штриховые рисунки, «которые, хотя носят отпечаток субъективности, все же отличаются большой простотой и наглядностью».¹⁹ Для улучшения условий наблюде­ния за движением жидкости по трубкам пользуются различными способами ее подкрашивания. Затем производятся измерения дав­ления или скорости движения воды или газов, расхода жидкости, температуры, количества тепла и т. п.

¹⁷ Л. И. Седов. Методы подобия и размерности в механике. Гос- техиздат, М., 1957, стр. 53—54.

¹⁸ М. В. К и р п и ч е в и М. А. Михеев. Моделирование тепловых устройств. Изд. АН СССР, М., 1936, стр. 108—117.

¹⁹ Там же, стр. 133.

96

Таким образом, на новом этапе эксперимента, когда модель построена, субъективная деятельность экспериментатора продол­жается, но к ней присоединяются новые моменты, относящиеся к объективной стороне эксперимента: сама модель (т. е. некото­рая экспериментальная установка) и технические средства (лампы, экраны, фотоаппараты, химические вещества, термо­метры, калориметры и другие измерительные приборы), при помощи которых осуществляются наблюдения и измерения. Все эти средства, которыми пользуются при изучении модели, пред­ставляют собой материальные средства, характеризующие объек­тивную сторону всякого эксперимента. Но здесь, помимо них, к объективной стороне относится сама модель, в нашем случае — модель парового котла.

Законно поставить вопрос: каково же место модели в экспе­рименте? Ясно, что она представляет собой часть гносеологиче­ского объекта, как и средства экспериментального исследования, но входит ли она целиком в состав последних или же является чем-то отличным от них?

G одной стороны, очевидно, что модель построена не как самоцель, а как средство изучения какого-то другого объекта, который она замещает, с которым она находится в определен­ных отношениях сходства или соответствия. Исследователя ин­тересуют свойства модели не сами по себе, а лишь постольку, поскольку их изучение позволяет судить о свойствах другого предмета, получать о нем некоторую информацию. Этот предмет и выступает как подлинный объект изучения, а по отношению к нему модель является лишь средством экспериментального ис­следования. С другой стороны, в данном эксперименте она яв­ляется предметом изучения. Изучается режим ее работы в опре­деленных условиях, над ней не только ведутся визуальные на­блюдения, но производятся измерения ее параметров при помощи специальных приборов. Она подвергается определенным причин­ным воздействиям, и экспериментатор регистрирует реакцию данной системы на эти планомерные воздействия и т. п. Словом, в данном эксперименте изучается модель как некий объект ис­следования, и в этом отношении она является объектом изучения.

Таким образом, обнаруживается двоякая роль, которую мо­дель выполняет в эксперименте: она одновременно является и объектом изучения (поскольку она замещает другой, подлинный ооъект), и экспериментальным средством (поскольку она яв­ляется средством познания этого объекта).

Вследствие двоякой роли модели структура эксперимента существенно изменяется, усложняется. Если в обычном, или на­турном, эксперименте объект исследования и прибор находились в непосредственном взаимодействии, так как экспериментатор с помощью прибора воздействовал прямо на изучаемый объект, то ^в модельном эксперименте внимание экспериментатора сосредо-

7 в. а. Штофф 97

точено на исследовании модели, которая теперь подвергается всевозможным воздействиям и исследуется с помощью приборов. Подлинный же объект изучения непосредственно в самом экспе­рименте не участвует.

Схематично изменение структуры эксперимента при переходе к моделированию можно представить следующим образом:

ЭС

II

		эс
	Пр		МО

Здесь I — натурный эксперимент; II — модельный экспери­мент; Э — экспериментатор; ЭС—средства эксперимента иссле­дования; О — изучаемый объект; Пр — приборы; МО — модель объекта изучения. Сплошной стрелкой обозначается непосред­ственное воздействие, прерывистой — отношение модели к объ­екту (оригиналу).

Для модельного эксперимента характерны следующие основ­ные операции: 1) переход от натурного объекта к модели — по­строение модели (моделирование в собственном смысле слова); 2) экспериментальное исследование модели; 3) переход от мо­дели к натурному объекту, состоящий в перенесении результатов, полученных при исследовании, на этот объект.

Модель входит в эксперимент, не только замещая объект исследования, она может также замещать и условия, в которых изучается некоторый объект обычного эксперимента.

А. И. Китов и Н. А. Криницкий следующим образом описы­вают новый метод моделирования путем сочетания реального образца аппаратуры управления объектом с интегрирующей ма­шиной: «Интегрирующая машина заменяет управляемый объект. Она решает уравнения движения объекта и подает в аппаратуру управления электрические сигналы, характеризующие движение объекта: скорость, ускорение, характеристики колебательного движения и т. д. Таким образом, аппаратура управления полу­чает от интегрирующей машины те же сигналы, какие она полу­чала бы от измерительных элементов, определяющих положение объекта во время реального движения. Таким образом, в лабора­торной обстановке создаются условия для экспериментальной проверки и отработки любой аппаратуры управления движущи­мися объектами. Этот метод имеет большое значение, в частности

98

при отработке систем управления реактивных снарядов, самолет­ных автопилотов и других объектов».²⁰

В описанных экспериментах объектом исследования является сама аппаратура управления, а то, что здесь называется объек­том, во взаимодействии с которым изучается работа аппаратуры, представляет собой, с точки зрения структуры эксперимента, условия, в которые ставится объект изучения. Таким образом, модель (в данном примере интегратор) замещает условия, в ко­торых проводится обычный эксперимент. Указанный метод является примером сочетания обычного эксперимента с модель­ным и схематически может быть представлен следующим образом:

э

>

эс

II

	■У
	1
	! +
	My
	Пр
	ЭС

Здесь У — условия; МУ — модель условий; остальные обозна­чения те же, что на предыдущей схеме.

об

Хотя здесь моделируется не объект изучения, а условия, в ко­торых этот объект изучается, осуществляются те же операции и возникают аналогичные проблемы. Этими операциями являются: 1) построение модели условий, т. е. переход от некоторых реаль­ных условий (натуры) к их заместителю; 2) экспериментальное изучение взаимодействий объекта изучения с моделируемыми условиями; 3) переход к естественным условиям, состоящий в перенесении результатов изучения объекта во взаимодействии с моделью условий на случай, когда объект взаимодействует с реальными условиями. Отсюда видно, что при таком комбини­рованном «натурно-модельном» эксперименте, поскольку в нем употребляется модель, возникают такие же вопросы, а именно:

основании для замещения натурных условий моделью и

экстраполяции результатов эксперимента на натурные условия.

А . И. Китов и Н. А. К р и н и ц к и й. Электронные цифровые ма­шины и программирование. Физматгиз, М., 1959, стр. 15.

7*

99

Ответы на эти фундаментальные вопросы теории и практики моделирования потребовали специальных исследований, в ре­зультате которых выяснилось, что решение вопросов об основа­ниях моделирования различается в зависимости! от особенностей разных групп материальных моделей.

Независимо от окончательного вывода о познавательных воз­можностях модельных экспериментов следует сразу же обратить внимание на то, что в структуре этих экспериментов значительно усилена роль теоретической стороны исследования. Теория ста­новится необходимым звеном, связывающим постановку опыта и его результаты ,с объектом исследования. Если обычный экспери­мент предполагает наличие теоретического момента в начальной стадии опыта — выдвижение гипотезы, ее оценку, выведение следствий, теоретические соображения, связанные с конструк­цией экспериментальной установки, а также на завершающей стадии — обсуждение и интерпретацию полученных данных, их обобщение, то в модельном эксперименте, кроме того, необходимо теоретически обосновать отношение подобия между моделью и натурным объектом и возможность экстраполировать на этот объект полученные данные. Без этого обоснования модельный эксперимент теряет свое специфическое познавательное значе­ние, ибо он перестает быть источником информации о действи­тельном, или натурном, объекте. Таким образом, в модельном эксперименте теоретическая сторона представлена значительно сильнее, чем в обычном, он в еще большей степени является соединением теории и практики.

Хотя модельный эксперимент расширяет возможности экспе­ риментального исследования ряда объектов, в отмеченном только что обстоятельстве нельзя не заметить некоторой слабости этого метода по сравнению с обычным экспериментом. Включение тео­ рии (сознательной деятельности субъекта) в качестве звена, свя­ зывающего модель и объект, может стать источником ошибок, что снижает доказательную силу модельного эксперимента. Однако неограниченные возможности практического исследова­ ния свойств, поведения, закономерностей объектов, недоступных по каким-либо причинам для обычного непосредственного экспе­ риментирования, возможности открытия новых способов расши­ рения сферы человеческого познания путем применения модель­ ного эксперимента свидетельствуют о том, что его роль, значение и место в структуре научного познания будут неуклонно воз­ растать, i

Поскольку в модельном эксперименте непосредственному ис­следованию подвергается модель, а результаты исследования экстраполируются на моделируемый объект, то теоретическое обоснование права на эту экстраполяцию является обязательным условием и составной частью такого эксперимента. Поэтому ха­рактеристика теоретических средств, при помощи которых обе-с-

100

печивается перенос результатов исследования модели на действи­тельный объект изучения, является необходимой составной частью описания сущности всякого модельного эксперимента.

Отношение модели к объекту в физическом моделировании

Теоретической основой эксперимента, точнее, модельного эксперимента, главным образом в области физического моделиро­вания, является теория подобия. Благодаря чему теории подобия удается выполнить эту функцию?

Известно, что теория подобия изучает отношения между мо­делью и натурой в тех случаях, когда та и другая относятся к одной и той же форме движения, ж в частном случае к механи­ческому движению. Это существенное в методологическом отно­шении обстоятельство иногда особо выделяется в специальной литературе по теории подобия и моделированию.

Так, К. Д. Воскресенский в работе, посвященной доказатель­ству третьей теоремы теории подобия (теоремы Кирпичева), в формулировку теоремы включает ограничительное условие о ка­чественной однородности подобных систем: «Чтобы физические процессы были подобны друг другу, необходимо и достаточно, чтобы они были качественно одинаковыми, а их одноименные определяющие критерии подобия имели одинаковую величину».²¹

Ограничение теории подобия одной только областью явлений, одной формой движения характерно для этой теории с момента ее возникновения, ибо эта теория возникла в недрах классиче­ской механики как учение о подобии систем, явлений, относя­щихся к механическому движению.

Фактическим основоположником теории подобия нужно счи­тать Г. Галилея, который впервые применительно к механиче­скому движению и механическим системам сформулировал мысль о существовании закономерных зависимостей между различными параметрами, определяющими механическую систему.²²

Галилей показал, что подобие механических систем (машин) не ограничивается только их геометрическим подобием (пропор­циональностью), а предполагает определенные соотношения, свя­зывающие геометрические отношения с физическими свойствами таких систем.

Развивая эти идеи, И. Ньютон сформулировал две теоремы об условиях подобия двух механических систем. В первой тео­реме указывалось на условия подобия систем, каждая из которых состоит из качественно одинаковых частиц, подобных друг другу

²¹ К. Д. Воскресенский. Обратная теорема теории подобия. Сб. «1еория подобия и моделирования», Изд. АН СССР, М., 1951, стр. 39.

Г. Галилей. Беседы и математические доказательства, касаю­щиеся двух новых отраслей науки, относящиеся к механике и местному Движению. М.—Л., 1934, стр. 49—50.

101

_пропорциональных по массе, движущихся в отсутствие внеш-_х сил и получающих ускорения лишь вследствие взаимных _оЛ;1-;нове1шй. Во второй теореме устанавливались условия по-„лцЯ для случая движения твердых тел в жидкой среде, которая _а3;ывает им сопротивление/^

Дальнейшее развитие теории подобия (обобщение и доказа-„д_Ьство в общему виде теоремы Ньютона Ж. Бертраном в 1948 г., v р^улировка и доказательство двух других теорем — Букингэма ~ т^рпичева) не изменило указанной особенности теории подо-r- .J Она в рамках основных своих теорем продолжала быть и _адась теорией об отношениях между системами, принадлежа­щих¹ к одной и той же форме движения, в частности к механи-

^У Д^{вижению}-g самом деле, в теории подобия подобными считаются си-

_е

₅₁$Д, у которых отношение характеризующих их величин (ско­ски, масс, расстояний, сил и т. д.) есть постоянное число, _зЬ1^аемое константой подобия. При этом предполагается, что _И0 системы обладают геометрическим, динамическим и кине-_и^еским подобием. Кроме того, теория подобия устанавли-

' что подобными являются системы лишь в том случае, если вае * 1 _-

^чины, называемые инвариантами, или критериями подобия,

f ^Т

_т '_l0f одинаковое численное значение».²⁴ Другими словами, уело-^И: ям^ подобия систем, следовательно модели и образца, яв-_юТсЯ не только постоянство констант подобия, но и условие, f обЫ константы находились в определенном закономерном со-ении, в строгой зависимости, исключающей произвольную -^Тмб#^яаП'^ИЮ констант в комплексах, где эти константы связаны. ^ко гр_акие комплексные выражения, состоящие из констант, свя-^щие их по определенному закону и сохраняющие постоян-__л v подобных систем, называются критериями подобия. Так, ^,_ерии механического подобия имеет вид

ту-

fl

mw²

= idem,

j I, m, w — соответственно отношения сил, расстояний, масс

_кдростей в сопоставляемых системах. Вывод этого критерия

„_nrintif(ft покоится на II законе Ньютона как объективно суще-

ПОД*-''-'-¹ пе

йем законе природы/⁰ которому одинаково подчиняются

как

> ^{так и} образец, выводе критериев подобия для систем, характеризуемых

₀{ величинами, как вязкость, плотность, ускорение силы

₂₃ jj Ньютон. Математические начала натуральной философии. ,_{т ig}j6, стр. 376—378.

24. М В. Кирпиче в. Моделирование тепловых устройств. Изд. гГО?> ^м-—Л., 1936, стр. 9.

25. cV^{: м}- ^в- Кирпиче в. Теория подобия. Изд. АН СССР, М., 1953,

r,ri -а СЛ. стр. 27 »

102

тяжести и т. д., используются другие объективные законы, также определяющие область механического движения — закон Архимеда, зако.н Ньютона для движения вязкой жидкости и т. д.

В случае же исследования теплового подобия и установления критерия подобия тепловых систем последние рассматриваются как молярные,²⁶ макроскопические системы в отвлечении от спе­цифики и внутренней природы теплового движения с его спе­цифическими статистическими закономерностями хаотического беспорядочного движения молекул. Поэтому для получения кри­териев подобия тепловых систем и установления правил модели­рования тепловых устройств опираются на такие макроскопиче­ские по существу законы, как законы теплообмена, учитывая при этом также условия геометрического и механического подобия.²⁷

Таким образом, теория подобия ограничивается установле­нием соотношения между качественно однородными явлениями, между системами, относящимися к одной и той же форме дви­жения материи. Она дает правила моделирования для случаев, когда модель и натура обладают одинаковой (или почти оди­наковой) физической природой. Сами же эти правила — теоремы, устанавливающие условия подобия (требование инвариантности критериев), вытекающие отсюда правила экстраполирования ре­зультатов опыта на объект, а также правила построения моде­лей —основаны на существовании законов механического движе­ния или, вообще говоря, на общности законов той области явле­ний, к которой относятся модель и натура.

Отношение между моделью и объектом в системах, принадлежащих к различным формам движения материи

Экспериментирование с моделями, обладающими одной физической природой с натурой, страдает существенными недо­статками, ограниченными возможностями, а в ряде случаев про­сто неприменимо. «Недостатки этого метода, — говорят Л. И. Гу-тенмахер, — состоят в том, что изготовление моделей занимает часто много времени, стоимость моделей обычно велика, а глав­ное, методы измерения искомых величин большей частью грубы, неточны и искажают изучаемое явление».²⁸

Поэтому практика моделирования, построения эксперимен­тальных моделей вышла за пределы сравнительно ограниченного круга механических явлений и вообще отношения системы в пре­делах одной формы движения материи. Возникшее и быстро раз-

^2б См.: М. В. Кирпич ев. Теория подобия как основа опыта. Вести. АН СССР, 1945, № 4—5, стр. 66.

_м См.: М. В. К и р п и ч е в и М. А. Михеев, ук. соч., стр. 19—22. Л. И. Гутенмахер. Электрические модели. Изд. АН СССР, М.-Л, 1949, стр. 10.

103

вившееся в последние десятилетия математическое (в частности, электрическое) моделирование, которое заключается в построе­нии и экспериментальном исследовании моделей, отличающихся по своей физической природе от моделируемого объекта, позво­лило преодолеть ограниченные возможности физического моде­лирования.

При математическом моделировании основой соотношения моделынатура является такое обобщение теории подобия, которое учитывает качественную разнородность модели и объекта, при­надлежность их к разным формам движения материи. Такое обобщение принимает форму более абстрактной теории изомор­физма систем.

Понятие изоморфизма и более общее понятие гомоморфизма можно рассматривать как уточненные, формализованные виды аналогий.²⁹ В отличие от логического аргумента по аналогии и тем более от смутных и невыясненных аналогий аналогия, на которой основывается использование моделей в науке, представ­ляет собой, как уже было замечено, некоторое отношение между системами, а именно отношение сходства, но не тождества.

Для аналогии как отношения сходства характерны различие сопоставляемых элементов и одинаковость (тождество) отноше­ний, т. е. законов связи между элементами двух систем. Изомор­физм представляет собой взаимно однозначное (двустороннее) соответствие таких систем, гомоморфизм — соответствие лишь в одну сторону.³⁰

С отношением аналогии мы встречаемся при математическом моделировании. Здесь отношение между моделью и объектом, позволяющее относить результаты экспериментального исследо­вания модели к соответствующим свойствам образца и, наоборот, создавать электрические модели для воспроизведения соответ­ствующих свойств образца, является аналогией и на уровне структур, и оно основано на тождестве математической формы различных законов природы.

Поэтому метод физических аналогий, опирающийся на изо­морфизм систем, представляет собой обобщение теории подобия на случаи отношений между системами, каждая из которых от­носится к различным формам движения материи. Если в теории подобия инварианты, или критерии подобия, модели и образца, выводятся на основании действия одних и тех же законов при­роды (физических законов), то учение об аналогии, или теория изоморфизма физических процессов, выводит критерии подобия, опираясь на факт тождественности математической формы у раз­ных законов. Здесь уже рассматриваются не только разные в пре-

²⁹ См.: Д. П о й а. Математика и правдоподобные рассуждения. ЙЛ, М., 1957, стр. 47-49.

³⁰ Более полное определение изоморфизма см. в следующей главе.

104

делах одной формы движения, но и разные физические законы, действующие в разных областях природы.

В истории физики подобные физические аналогии, состоящие в совпадении, сходстве математических законов, часто использо­ вались в эвристических целях. Так, еще Гамильтон в 1834 г. обратил внимание на то, что принцип кратчайшего пути свето­ вого луча (принцип Ферма) и принцип наименьшего действия в механике (принцип Мопертюи) сходны между собой и выра­ жаются в одинаковой математической форме, а именно в [ — = min (и — фазовая скорость света); (1)

л

в

f vds = min (v — скорость движения материальной точки). (2)

А

Сравнение этих формул показывает, что, несмотря на разли­чие оптических и механических явлений, структура их законов одинакова, так как механическая скорость в теореме Мопертюи играет ту же роль, что обратная величина волновой скорости в теореме Ферма.

Математическое моделирование также основано на подобных аналогиях.

Наиболее распространенным и развитым в салу своих широ­ких практических возможностей, гибкости, экономичности и удобства видом математического моделирования является элек­трическое моделирование, в частности электромоделирование ме­ханических систем и процессов. В последнем случае средством модельного эксперимента является электрическая модель меха­нической системы, характеризующаяся полной структурной ана­логией (рис. 1) .

Каждый элемент механической системы — упругости (пру­жина К), накопителя энергии (масса М), рассеяния энергии (демпфер D) — представлен соответствующим элементом элек­трической модели — индуктивности (катушка L), емкости (кон­денсатор С), сопротивления (R). Данный тип аналогии яв­ляется примером первой системы электроаналогии. Вообще же существует три системы электромеханических аналогий.³¹

Первую систему предложил Максвелл.³² В этой системе заряд соответствует перемещению, сила тока — скорости, напряже­ние — механической силе. Позже была введена вторая система электромеханических аналогий, в которой элементы сопостав­ляются иначе, а именно сила тока соответствует механической силе, электродвижущая сила — скорости, магнитный поток —

³¹ См.: JI. И. Гутенмахер, ук. соч., стр. 12—13.

³² См.: J. С. Maxwell. A treatise on electricity and magnetism. Ox­ ford, 1892, pp. 365—366.

105

перемещению. В последнее время была открыта третья система, в которой все искомые переменные механической системы можно представлять только одной физической величиной — напряже­нием в определенных точках электрических цепей. В этой си­стеме напряжение в одной точке цепи соответствует перемеще-

_шшшш

_т

а

д

Рис. 1. Электрическая модель (6) механической

системы (а), основанная на первой системе

электроаналогий.

нию, напряжение в другой точке цепи — скорости, напряжение в третьей точке цепи — механической силе.

Сводя все три аналогии вместе, получаем таблицу, в которой сопоставлены элементы систем..

Механическая	Системы электромеханических аналогий
система	I	и	ш
Перемещение. Механическая си­ла. Механическая ско­рость.	Заряд. Напряжение. Сила тока.	Магнитный поток. Сила тока. Напряжение.	Напряжение 1 в соответст­вующих 1 точках.

Элементы

Трения.

Упругости.

Массы.

Сопротивления.

Емкости.

Индуктивности.

Сопротивления. Индуктивности. Емкости.

Емкость 1

Примечательно, что во всех четырех системах элементы, которые соответствуют друг другу, не только различной физиче­ской природы, не только, следовательно, различны по качеству, но могут и сопоставляться по-разному: в одном случае переме­щению соответствует электрический ток, в другом — магнитный поток и т. д. Конечно, эта относительная произвольность сопо­ставления ограничена объективными признаками, обусловливаю-

106

щими наличие сходства между сопоставляемыми элементами в том или ином отношении. Но в рамках этих ограничений имеется, как мы видели, известная произвольность такого сопо­ставления. Однако форма отношения, в котором эти элементы находятся друг к другу (или вид закона, которым они необхо­димым образом связаны), например в трех первых системах, одинакова.

Эта тождественность математической формы уравнений свя­зана с аналогичностью законов движения разных областей при­роды.

Так, в механическом движении уравнение для отклонения пружины показывает, что сумма всех внешних сил, действующих на массу, равна силе инерции данной массы (при условии, что тело в начальный момент находилось в покое), т. е.

d&

dt

(3)

Важно подчеркнуть, что физической основой этого уравнения являются закон Ньютона и принцип Д'Аламбера.

В электрических системах уравнение для участков электри­ческой цепи, составленной из последовательно соединенных эле­ментов (рис. 1, Ъ) R, L, С, утверждает, что сумма падений на­пряжений в замкнутом контуре равна нулю, т. е.

~яп т •" ~J7 ~г т⁷"^{== e}W> (4)

где q(t) —\idt. Физической основой этого уравнения является

о закон Кирхгофа.

Эти уравнения формально подобны и представляют собой основу первой системы электромеханической аналогии.

Уже отсюда видно, что объективной основой данной системы аналогий является тождество математической формы законов механического движения и законов электричества.

Вторая система электроаналогий основана также на тожде­стве математической формы законов этих форм движения. Ме­ханическую систему можно промоделировать в электрической иным образом, если электрическую цепь составить из парал­лельно включенных R, L, С (рис. 2). Тогда с механическим пере­мещением будет сопоставлен не заряд (как в первой системе электроаналогий), а величина магнитного потока <р, механической силе — сила тока, упругости — индуктивность и массе — емкость. Уравнение для суммы токов в узловой точке, полученное со­гласно закону Кирхгофа для тока, будет иметь вид

4-

В

(5)

107

t

где ф = j edt. Это уравнение также формально тождественно

о

уравнению (3), как и уравнение (4). Поэтому механическая си­стема, описанная уравнением (3), может быть также исследована на модели, описываемой уравнением (5).

Из сказанного ясно, что тождественность математического формализма в подобных случаях является не просто удобным способом, который может использоваться или не использоваться в зависимости от желания, а выражением объективных отноше­ний, существующих между законами природы. У. Карплюс

_{и ф}

_т

в своем изложении метода аналогии совершенно правильно, в духе мате­ риалистической гносеологии отме­ чает: «Источником аналогии явля­ ется тот факт, что законы Кирх­ гофа, используемые для уравнений (4) и (5), являются проявлением ос­ новных принципов, лежащих в ос- Рис. 2. Электрическая мо- ^нове большинства разделов физи- дель механической системы, ки, — закона сохранения энергии и основанная на второй системе закона непрерывности» ³³ электроаналогий m

I ождественность математической

формы законов природы, выражаю­щих структуру систем, принадлежащих к качественно различ­ным областям явлений, давно привлекала к себе внимание тео­ретиков естествознания. Так, Максвелл, обсуждая метод физиче­ских аналогий, обращал серьезное внимание на «сходство в мате­матической форме явлений двух различных областей природы, которое послужило, например, основой физической теории света». Он подчеркивал в другом случае, что сопоставляемые «теории примут совершенно различный вид, если мы включим в круг на­ших исследований другие соображения и дополнительные факты, но математическое сходство некоторых законов остается в силе' и с успехом может быть использовано в полезных математиче­ских приемах».³⁴

Таким образом, в системах, которые аналогичны друг другу, имеются: 1) взаимно однозначное соответствие элементов, вхо­дящих в одну систему, элементам, входящим в другую (см. рис. 1), при их качественной разнородности; 2) взаимно однозначное соответствие отношений между элементами одной системы отношениям между элементами другой системы, что на-

р

М 1954' ст' 108

^ДЛЯ

^П° ^Те°^{риж элект}Р°^магнитного поля,

ходит свое отчетливое выражение в тождественности математи­ческой формы. Но это не что иное, как условия изоморфизма. Следовательно, модели, основанные на электромеханических ана­логиях, представляют собой электрические модели, изоморфные механическим системам.

Основой изоморфизма является тождество математической формы законов разных областей природы. Это тождество мате­матической формы некоторых механических и электрических, механических и термодинамических, электрических и тепловых и т. д. законов не является случайностью и не представляет со­бой результата творческой деятельности интеллекта (к чему сво­дится идеалистическая точка зрения как в гегельянской, канти­анской, так и в позитивистских версиях), а есть выражение того объективного факта, что в природе существуют закономерности, выражающие общий характер некоторых форм движения. В этих законах находят свое выражение те особенности движения, ко­торые присущи ему независимо от конкретного вида и одинаково характеризуют химические, электрические, механические, тепло­вые и некоторые другие процессы.

Такие общие черты качественно различных форм движения им;еют закономерный характер и отражаются в математической форме, в частности в форме линейных уравнений второго по­рядка, как в упомянутых случаях, или в форме других уравне­ний математической физики.

«Лишь дифференциальное исчисление, — отмечает Энгельс, — дает естествознанию возможность изображать математически не только состояния, но и процессы: движение».³⁵ Математическая форма уравнений представляет отображение этих общих законов, их своеобразную знаковую модель, которая изоморфна всем кон­кретным видам движения в силу одинаковости этих объективно существующих законов движения, при условии соответствующей интерпретации законов.

Таким образом, объективной основой моделирования, т. е. проведения модельного эксперимента и отнесения результатов эксперимента на модели к соответствующим объектам иной физи­ческой природы, нежели модель, является наличие общих зако­нов движения определенного типа.

Теоретической основой моделирования в этой области является обобщение теории подобия до теории физических аналогий (ло­гически уточненной в понятиях изоморфизма и гомоморфизма), которая использует аппарат математической физики, подобно тому как теория подобия использовала уравнения классической меха­ники.

К . Маркой Ф. Энгельс, Соч., т. 20, стр. 587.

109

Отношение между моделью и объектом в кибернетических системах

Кибернетика, в которой метод моделирования, изучения и экспериментального исследования моделей является одним из основных методов, внесла в моделирование ряд новых, чрезвы­чайно перспективных моментов.

Прежде всего следует отметить, что в кибернетике метод моделирования приобретает еще более общий, чем в математиче­ском моделировании, характер.³⁶ Рамки его применения расши­ряются, он проникает в области, которые до этого многие фило­софы и естествоиспытатели, опасавшиеся возрождения механи-ццзма, считали запретными для моделирования, т. е. в области биологических и социологических систем и процессов. С другой стороны, обобщение метода моделирования в кибернетике про­дляется и в том, что она отвлекается не только от различной ирироды элементов, образующих кибернетические системы, но и _Of тех конкретных способов, какими эти элементы связаны друг с другом, следовательно, от специфики частных закономерностей _этих систем. Кибернетика отвлекается, например, от того, каким _конкретным способом осуществляется передача информации, ка­ковы особенности материальных средств, используемых для э^иго, каковы энергетические характеристики этих средств и т. д. Оца фиксирует свое внимание на общих законах функциониро­вания управляющих и самоорганизующихся систем независимо _о1 того, являются ли они техническими устройствами (маши­нами), созданными человеком, живыми организмами или челове­ческими обществами.

Такой функциональный подход к изучению управляющих си-grfeM вытекает из особенностей кибернетики как науки и уровня _ее абстракций. Разумеется, это не исключает необходимости других, более содержательных методов, учитывающих специфику _коцкретных объектов и законов, присущих конкретным формам движения материи, равно как не запрещает и в рамках киберне-f0M проникновение во внутреннюю сущность, т. е. во внутрен-_нюю структуру, изучаемых систем.

Кибернетические модели с гносеологической точки зрения рас-_падаются на две группы: материальные и идеальные, и в этом _отцошении они не отличаются от других моделей. Материальные кибернетические модели, которые здесь нас будут преимущест­ве?¹¹⁰ интересовать, относятся к подклассу моделей, воспроиз-_ВО1(ЯЩИХ изучаемый предмет в элементах иной физической при­роды, обладая, однако, специфическими особенностями кибер-_не1йческих систем.

³⁶ См.: И. В. Новик. О моделировании сложных систем. Изд. «Мысль», М., 1965.

110

Кибернетику интересуют закономерности поведения доста­точно сложных систем, способных поддерживать устойчивые, оптимальные взаимоотношения с окружающей средой. Сравни­тельно недавно установлено существование таких общих законов подобного поведения, или, иначе, законов управления, так же объективно присущих природе, как и законы механического дви­жения или какой-либо иной формы материального движения или же общие законы многих форм движения, форм изменения.

Однако ценность кибернетического моделирования состоит не только в реализации функционального подхода и в прогнозиро­вании поведения и функционирования моделируемого объекта на основании его изучения в модели. Подобные задачи, которые ставятся и решаются в кибернетике, и в частности в кибернети­ческом модельном эксперименте, имеют огромное теоретическое, практическое и народнохозяйственное значение. Но ограничение исключительно таким функциональным подходом было бы не­оправданным сужением познавательного значения кибернетики в целом и экспериментального изучения ее моделей. Другими словами, абсолютное исключение из поля зрения проблемы связи функций со структурами, обопечивающими данные функции, своеобразный отрыв функций от структур, чрезмерная абсолю­тизация функциональных особенностей моделей были бы источ­ником ошибочного одностороннего понимания познавательного значения кибернетики.

Г. Клаус совершенно правильно указывает на то, что при оценке кибернетического моделирования чрезвычайно важно пра­вильно, т. е. диалектически, решить проблему о единстве струк­туры и функции. «Следует прежде всего различать.. . модель определенного поведения какой-либо вещи и модель ее структуры. Структура и поведение (или функция) образуют диалектическое единство».³⁷

Модель может считаться удачной по меньшей мере лишь при двух условиях: а) если она демонстрирует поведение, подобное поведению оригинала, т. е. если она выполняет аналогичные функции, и б) если на основе изучения поведения и структуры этой модели можно обнаружить новые, неизвестные до сих пор особенности или свойства оригинала, не содержавшиеся в явном виде в исходном фактическом материале.³⁸

Возникает вопрос, возможно ли это? Или, другими словами, возможно ли, изучая кибернетическую модель, подвергая экспе­риментальному исследованию поведение такой модели, получить какие-нибудь данные или сделать какие-нибудь новые выводы о сущности (структуре) интересующего нас объекта из того факта, что структура модели, обеспечивающая ее поведение,

³⁷ Г. Клаус. Кибернетика и философия. ИЛ. М., 1963, стр. 265.

³⁸ См. там же, стр. 264.

111

нам известна. Можно ли из поведения модели извлечь сведе­ния о структуре объекта?

На этот счет существует два мнения. Согласно одному из них, аналогия на уровне функции равносильна аналогии на уровне структур, следовательно, изучение поведения модели с оп­ределенной структурой автоматически приводит к раскрытию структуры объекта, ибо никакой другой структуры, кроме струк­туры поведения вообще, не существует. С этой точки зрения, например, изучая поведение кибернетических моделей, можно полностью объяснить сущность высшей нервной деятельности и соответствующих процессов в головном мозгу. Это точка зрения бихевиоризма или близкая к нему.

Другое мнение полностью противоположно первому. Согласно ему, функциональная модель принципиально не сможет никогда ничего сказать о структуре объекта. Одним из аргументов в пользу этой точки зрения является соображение о том, что одна и та же функция может быть осуществлена бесконечным множеством способов и поэтому не существует однозначного со­ответствия между функцией и какой-нибудь структурой.

Оба мнения представляют собой метафизически односторон­ние крайности, не учитывающие единства структуры и функции, их органической связи друг с другом. Структура и функция являются диалектическими противоположностями, их нельзя ни отождествлять, ни отрывать друг от друга.

Первая точка зрения неверна потому, что она основывается на одностороннем отождествлении функции и структуры. Воз­можность построения модели какой-нибудь функции и успешная работа такой модели на практике, в эксперименте еще не яв­ляются доказательством того, что объект обладает точно такой же структурой, как у модели, и, наоборот, построение хо­рошей модели структуры объекта тоже не дает полной уверен­ности в том, что такая модель будет выполнять все функции оригинала, в силу того, что модель является более простой си­стемой. Однако если принять во внимание характер упрощения, при котором сохраняется изоморфизм основных отношений, то следует ожидать, что хорошо смоделированная структура будет выполнять соответствующие функции. Отсюда следует, что без­оговорочное отождествление во всех отношениях кибернетической машины, моделирующей мозг, с самим мозгом на основании сходства функций было бы ошибочным.³⁹

Вторая точка зрения основана на полном отрыве функций от структур и в философском отношении является идеалистической. Этот взгляд довольно последовательно проведен в книге, П. Косса, который стремится показать, что кибернетическая машина, т. е. модель, никогда не сможет «выйти из рамок предопределе-

С р. там же, стр. 265 и ел.

112

ния», не сможет обучаться, не сможет осуществлять критическую функцию, не сможет переходить от конкретного к абстрактному и не сможет изобретать.⁴⁰ Эти запреты, которыми Косса ограни­чивает программу кибернетики, являются результатом его убе­ждения в «примате разума»,⁴¹ и оно, естественно, приводит в гно­сеологическом плане к отделению психических функций от материальной системы с определенной структурой, а в обще­философском — к отрыву вообще функций от структур. Примени­тельно к проблеме модельного эксперимента в кибернетике этот взгляд означает принципиальный отказ от всякой познаватель­ной роли подобных экспериментов.

Вопрос о значении модельного эксперимента в кибернетике и, следовательно, вопрос об отношении кибернетической модели к изучаемому объекту связаны с правильным решением проб­лемы о соотношении структуры и функции. Не пытаясь в на­стоящей работе осветить эту проблему в полном объеме, хотя бы даже в рамках кибернетики, мы выделим для нашей специальной цели лишь один ее аспект.

Экспериментальное изучение поведения кибернетических мо­делей разной степени сложности имеет ценность не только с точки зрения выяснения связи функций со структурой модели, но и с точки зрения проникновения в структуру моделируемого

Разумеется, большой научный и практический интерес пред­ставляет проблема, какими средствами и каким конкретным спо­собом реализовать выполнение машиной (моделью) тех или иных функций, заменяющих, скажем, соответствующие умственные функции человека (например, решение задач, поиск оптимальных условий, управление сложными системами и т. п.). На этом пути возникает целый ряд технических или специфических научных проблем, связанных с небходимостыо улучшить конструктивные особенности модели — ее гибкость, надежность, экономичность и другие показатели кибернетической техники. При решении этой проблемы нет необходимости стремиться к воспроизведению в мо­дели всех конструктивных деталей оригинала. Более того, жела­тельно создать такую структуру, которая была бы лишена не­достатков, присущих ее природному прототипу, и выполняла бы соответствующие функции лучше, быстрее, точнее, чем оригинал. Например, цифровые электронные вычислительные машины при достаточной гибкости выполняют вычислительные операции с быстротой и точностью, намного превосходящей соответствую­щие возможности человека.

Но, с другой стороны, не меньший теоретический интерес представляет проблема изучения структуры модели, выполняю-

⁴⁰ П. Косса. Кибернетика. ИЛ, М., 1958, стр. HI—118.

⁴¹ См. там же, стр. 120.

8 В. А. Штофф ИЗ

щей функции, аналогичные функциям оригинала, для суждения о структурных особенностях оригинала, для более глубокого по­знания сущности процессов, лежащих в основе поведения моде­лируемого объекта. Несмотря на отсутствие однозначной зави­симости функций от структур и жесткой связи между ними, все же известная взаимосвязь между ними имеется. Например, наличие каналов обратной связи, по. которым циркулирует инфор­мация, является необходимым структурным условием всех си­стем, выполняющих функции саморегулирования. Поэтому экспериментальное изучение кибернетических моделей позволяет сделать некоторые выводы о характере обратных связей в моде­лируемых системах самого различного типа.

На эту сторону кибернетического эксперимента обратили вни­мание акад. С. Л. Соболев и проф. А. А. Ляпунов, рассматривая моделирование биологических процессов (например, поведения животных в устройствах типа электронных «черепах»). Они от­метили, что «оно позволяет проверить степень полноты описания изучаемого явления. Если описание явления составлено и при­ведено к форме алгоритма и этот алгоритм запрограммирован и вложен в машину, то мы получаем возможность, эксперименти­руя с этой машиной, выяснить, как должно вести себя животное при тех или иных условиях».⁴²

Существует связь между структурой и функцией (поведе­нием) в определенном диапазоне возможностей. При аналогич­ности функций модели и объекта, зная структуру модели, можно относительно структуры оригинала делать выводы различной степени достоверности. В тех случаях, когда речь идет о таких структурных особенностях, которые определяются законами управления и поэтому являются необходимыми для обеспечения функционирования любых кибернетических систем, выводы должны обладать максимальной достоверностью. Это такие структурные элементы, как каналы обратной связи, устройства, воспринимаю­щие, перерабатывающие и хранящие информацию, и т. п. При­мером таких выводов может служить заключение, сделанное на основе экспериментального изучения кибернетических моделей, о том, что для обеспечения приспособительной эволюции необхо­димы две линии светзи между биогеоценозом и популяцией: пря­мой, передающей управляющие сигналы от биогеоценоза к попу­ляции, и обратной, передающей в биогеоценоз информацию о дей­ствительном состоянии популяций.⁴³

Выводы же, касающиеся конструктивных особенностей, струк­туры, материала, природы самих этих элементов, не имеют при-

⁴² Философские проблемы современного естествознания. Труды Все­ союзного совещания. Изд. АН СССР, М., 1959, стр. 251.

1960,

⁴³ См.: И. И. Ш м а л ь г а у з е н. Основы эволюционного процесса в свете кибернетики. Сб. «Проблемы кибернетики», вып. 4, ML,

стр. 127 и ел,

114

нудительного характера, отличаясь определенной степенью вероятности, например выводы о дискретном характере генети­ческой информации (подтвержденные биохимическими исследо­ваниями роли нуклеиновых кислот как носителей наследственной информации) или о характере передачи и преобразования инфор­мации в нервных путях по принципу «все или ничего» и т. п.

Наконец, могут быть получены выводы, противоречащие за­конам управления (не говоря уже о других законах природы), которые позволяют судить о невозможности того или иного яв­ления (отрицательные выводы). Из основных принципов кибер­нетики, в частности, следует, что получение какой-либо инфор­мации невозможно без наличия сигнала вполне определенной физической, материальной природы. И всякие явления, о которых говорят как о существующих, но которые не отвечают принципу материальной природы сигнала, несущего информацию, невоз­можны, как невозможны вечные двигатели в силу несовмести­мости их с законом сохранения энергии. В этом отношении кибер­нетические модели могли бы служить важным. эксперименталь­ным средством исследования телепатии, которая в своих далеко идущих гипотезах вступает в противоречие с законами природы, с законами управления, с принципами теории информации.

Все это говорит о том значении, которое приобретают кибер­нетические модели для экспериментального исследования объектов разнообразной физической природы. Хотя сходство кибернетиче­ских моделей с соответствующими объектами устанавливается более сложными путями и хотя при проведении аналогии между моделью и объектом необходимо учитывать проблему о диалекти­ческом соотношении структуры и функций, избегая всякого упро­щенчества, тем не менее кибернетическое моделирование является не только важным средством экспериментального исследования, позволяющим преодолеть некоторые ограниченные возможности обычных экспериментов, но и в известном смысле универсальным средством. Кибернетическое моделирование в рамках своих воз­можностей, определяемых общим характером законов управления, проникает в разнообразные сферы действительности и является специфической формой экспериментальной практики не только в технической, но и в биологической и социальной науках.

8*