Лекция 3. Взаимосвязь науки и техники

1. Основные концепции взаимосвязи науки, техники и научно-технического знания.

2. Ступени рационального обобщения в технике.

3. Роль техники в становлении и развитии экспериментального естествознания.

1. В современной литературе по философии техники выделяются две основные модели соотношения науки и техники – линейную и эволюционную.

Линейная модель была наиболее распространена 50-60-е гг. прошлого столетия. В ней ут­верждается, что наука и техника есть лишь различные функции одного и того же сообщества. При этом за наукой закрепляется только функция производства знания, а за техникой – лишь его применение. Такой подход, однако, подвергся в последние годы серьезной критике,

По мнению его оппонентов, в частности О.Майера, как научные, так и техни­ческие задачи зачастую решаются одновременно (или в разное время) одними и теми же людьми или институтами, использующими при этом одни и те же методы и средства. К тому же не выработан действенный критерий различения науки и техники, так как их представители могут работать в одинакового вида лабораториях и применяют одну и ту же математику. Различие же науки и техники основывается скорее социальным статусом (у науки он выше). К тому же можно привести массу примеров, когда ученые (Архимед, Галилей, Кеплер, Гюйгенс, Гаусс и др.) вносили серьезный вклад в технический прогресс, а инже­неры (Леонардо да Винчи, Стевин, Уатт, Карно) становились признанными авторитетами в науке.

Существует также точка зрения, что главное различие науки и техники состоит в сте­пени общности проблем: технические проблемы более узки и специфичны. Однако в действи­тельности сообщества ученых и инженеров имеют все же разные цели и системы ценностей. Поэтому линейная модель, постулирующая направленность научно-технической деятельности от научного знания к техническим инновациям, как его при­кладным применениям, многими специалистами признается явно упрощенной.

В эволюционной модели, процессы развития науки и техники рассматриваются как автоном­ные, хотя и скоординированные. При этом вопрос их соотношения решается исследователями двояко. Одни из них полагают, что наука на некоторых стадиях своего развития использует технику как инструмент для получения своих результатов, а техника в свою очередь использует достижения науки как инструмент для реализации своих целей. Другие же высказывают мнение, что техника задает условия для выбора научных вариантов, а наука в свою очередь – технических. Рассмотрим каждую из этих точек зрения.

Представители первой из них отбрасывают представление о технике как лишь прикладной науке. Они полагают, что роль науки в технических инновациях имеет не абсолютное, а относительное значение, поскольку технический прогресс определяется, прежде всего, эмпирическим знанием, полученным в процессе развития самой техники, а не теоретическим, привнесенным в нее извне. Тем самым понятия научного и технического прогресса разделяются.

Счи­тается также, что методологические факторы, имеющие значение для роста техники, также отличны от факторов, значимых для роста науки. И хотя во многих случаях технические дости­жения могут быть рассмотрены как базирующиеся на чистой науке, исходная проблема при этом была вовсе не исследовательской, а технической. Поэтому при изучении про­гресса техники надо исходить не столько из анализа роста научного знания, сколько из исследования этапов решения технических проблем.

Представители другой точки зрения считают, что такая позиция является не менее односторонней, чем критикуемая ею линейная модель. Конечно, технику нельзя рассматривать как прикладную науку, а прогресс в ней – в качестве простого придатка научных открытий. Однако неправомерно и акцентирова­ние внимания лишь на опытном характере технического знания. Совершенно очевидно, что со­временная техника немыслима без глубоких теоретических исследований, проводимых не только в естественных, но и в технических науках. Так же, впрочем, как и развитие многих современных наук невозможно без интенсивного развития техники, прежде всего исследовательской (техники эксперимента, измерительной техники и др.).

В эволюционной модели соотношения науки и техники выделяются три относительно самостоятель­ные, хотя и взаимосвязанные сферы: наука, техника и производство. Внутренний инновационный процесс осуществляется в них по общей эволюционной схеме: 1) фаза мутаций – создание новых вариантов; 2) фаза селекции – анализ и выбор из них тех, что наиболее пригодны для прак­тического использования; 3) фаза диффузии и доминирования – распространение успешных вариантов, полученных внутри каждой сферы на более широкую область науки, техники, а затем и произ­водства. Однако, если критерии отбора успешных вариантов в науке являются главным образом внут­ренними профессиональными критериями, то при создании новой техники и ее использовании в произ­водстве важны не только собственно технические критерии (материалоемкость, конструктивность, технологичность и т.п.), но также социальные и антропометрические критерии, такие, как экономическая и энергетическая эффек­тивность, отсутствие негативных экологических и других последствий, эргономичность и др..

Наряду с рассмотренными моделями в современной философии техники существуют и другие подходы к пониманию связи науки и техники. Некоторые исследователи считают, в частно­сти, что наука развивалась, ориентируясь на развитие технических аппаратов и инструментов, при этом техника науки во все времена обгоняла технику повседневной жизни. В качестве примера приводится, в частности, создание теории магнита Вильяма Гильберта, которое базировалась на использовании компаса. Можно привести и другие примеры. Известно, что Галилей и Торричелли, пришли к своим открытиям посредством анализа практики инженеров, строивших водяные насосы. Возникновение термодинамики связано с появлением и развитием парового двигателя. Таким образом, не только наука является теоретическим базисом развития техники, но и техника дает эмпирическую основу научным открытиям.

Существует и точка зрения, согласно которой тесная взаимосвязь науки и техники восходит корнями к эпохе Возрождения, но особенно усилилась в Новое время, когда механика впервые выступила как наука, т.е. как исследование природы в условиях эксперимента. Однако это утверждение верно лишь отчасти, по­скольку хотя и не вызывает сомнения ускорение прогресс техники на основе развития науки, несомненно также и то, что сама «чистая» наука пользуется техникой, в большой степени ускоряющей ее развитие.

Сказанное выше не означает, конечно, что развитие науки полностью определяется развитием тех­ники. Поэтому ряд исследователей полагает, что, напротив, к современной науке, скорее, применимо утверждение, что для развития современной техники более характерно регулярное применение науч­ных знаний, хотя до конца XIX – начала ХХ вв. такого применения либо не было вообще, либо оно носило чаще всего случайный характер.

2. Развитие техники, особенно современной, неразрывно связано с развитием научной рациональности, в частности, рационального обобщения. Однако соотношение техники и рационального обобщения в истории общества не оставалось неизменным. Исследователи выделяют три ступени рационального обобщения в развитии техники.

Первая ступень характерна для этапа господства ремесленного производства и была связана с необходимостью обучения каждому отдельному вида ремеслен­ной технологии. Разрабатываемые с этой целью различного рода справочники и пособия, хотя и выходили за пределы мифологической картины мира, еще не были научными. Вышедший в 1556 г. фундамен­тальный труд немецкого ученого и инженера Георгия Агриколы «О горном деле и металлургии» был, по сути, первой производственно-технической энциклопедией и включал в себя практические сведения и рецепты, относящиеся к вопросам раз­ведки и добычи полезных ископаемых, к производству металлов и сплавов, а также многому другому. К жанру технической литературы более позднего времени могут быть отнесены так называемые «театры машин» (например, «Общий театр машин» Якоба Лейпольда). Такие издания фактически играли роль первых технических учебников.

Дальнейшее развитие рационализации технической деятельности могло идти уже только по пути на­учного обобщения. Хотя создатели производственной техники и ориентировались на научную картину мира, в реальной технической практике все еще господствовал мир «приблизительности». Образцы точного расчета демонстрировали прежде всего ученые, разрабатывая все более совершенные научные инстру­менты и приборы, которые не сразу попадали в сферу производственной деятельности. Взаимо­отношения науки и техники также определялись еще во многом случайными факторами, такими как личные контакты ученых и практиков и т.п. Иначе говоря, вплоть до XIX в. наука и техника развивались как бы по независимым траекториям, являясь, по сути, обособленными социальными организмами, каждый со своими особыми системами ценностей.

В России одним из первых учебных заведений для подготовки инженеров было Горное училище, уч­режденное в 1773 г. в Петербурге. В его программах уже начинает прослеживаться ориентация на теоретическую подготовку выпускников. Однако в подобных училищах подготовка и методика преподавания еще значительно отставала от уровня развития науки и даже лучшие учебники по инженерному делу являлись в основном описательными, почти не содержащими математических расчетов.

Постепенно положение меняется, когда в связи с возрастающей необходимостью теоретической подготовки инженеров возникает потребность научного описания техники и систематизации научно-технических знаний. В силу этого появляется первая научно-техническая литература, в частности, учебники для высших технических школ. Одними из первых появляются учебники прикладной механики. Однако потребовалось почти столетие для того, чтобы полунаучное описание разного вида машин, заложенное Гаспаром Монжем в программу обучения инженеров в Париж­ской политехнической школе, превратилось в подлинную теорию механизмов и машин.

Вторая ступень состояла в обобщении всех существующих областей ремесленной техники. Это было осуществлено в «Общей технологии» Иоганна Бекманна и его школы (1777 г.). Авторы пытались представить обобщенное описание не столько самих машин и орудий как продуктов технической деятельности, сколько технологии самой этой деятельности. При этом, если частные технологии рассматривали каждое техниче­ское ремесло отдельно, то общая технология пыталась их систематизиро­вать с целью облегчить обучение им. Классическим выражением стремления к такого рода синтетиче­скому описанию является знаменитая французская «Энциклопедия, или Толковый словарь наук, искусств и ремесел», которая, по словам инициатора ее написания Дени Дидро, должна была опрокинуть барьеры между науками и ремеслами.

Однако, отмеченные попытки, независимо от их претензий на научность, были, в конечном счете, лишь рациональным обобщением накопленного технического опыта на уровне здравого смысла.

Третья ступень находит свое выражение в появлении техни­ческих теорий. Теоретическое обобщение отдельных областей технического знания в различных областях происходит, прежде всего, в целях научной подготовки инженеров и ориентируется на естественнонаучную картину мира. На передних рубежах технического прогресса ремесленников сменяют фигуры ученых-практиков. На смену устным традициям, переходящим от мастера к ученику, приходит обучение в колледжах, а профессионально-техническая литература начинает писаться по образцу научной. Техника становится все более наполненной научным содержанием, но не в том смысле, что безропотно выполняет предписания естествознания, а в том, что появляются специальные технические науки.

Эти науки, формировавшиеся ранее в качестве приложения различных естественных наук к определенным классам инженерных задач, к середине ХХ века образовали особый класс научных дисциплин, отличающихся от естественных наук как по своим объектам, так и по внутренней структуре.

Наконец, четвёртая ступень, на сегодня высшую, представляет сис­темотехника как попытка комплексного теоретического обобщения всех отраслей современной техники и технических наук при ориентации не только на естественнонаучную, но и гуманитарную подготовку инженеров и на системную картину мира. Ее появление связано с возрастанием сложности технических систем и необходимостью выработки системных принципов их проектирования и исследования. Особое значение здесь приобретает деятельность по интеграции частей проектируемой системы в единое целое и, соответственно, организации взаимосвязи разных видов инженерно-технической деятель­ности. В то же время системотехника включает в себя и теоретическую деятельность, поскольку выступает не только сферой приложения имеющихся научных знаний, но и выработки новых. Тем самым научное знание в ней проходит полный цикл функционирования – от его получения до использования в инженерии.

Инженер-системотехник должен сочетать в себе таланты ученого, конструктора и организатора, уметь объединять усилия специалистов различного профиля для совместной работы. Для этого ему необходимо разбираться во многих специальных вопросах. Поэтому перечень дисциплин, изучаемых в вузах США будущими системотехниками, включает в себя такие разнообразные дисциплины, как общая теория систем, линейная алгебра и матрицы, дифференци­альные уравнения и интегральные преобразования, топология, теория комплексного переменного, векторное исчисление, кибернетика, математическая логика, математическая статистика и теория вероятностей, линейное, нелинейное и динамическое программирование, теория графов, теория цепей, теория надежности, теория регулирования, методы моделирования и оптимизации, а также гуманитарные, социально-экономические, биологиче­ские, экологические науки и многое другое.

Однако главное для инженера-системотехника – научиться применять все полученные знания для решения двух основных системотехнических задач: 1) обеспечения интеграции частей сложной системы в единое целое и 2) управления процессом создания этой системы. Поэтому в этом списке внушительное место уделяется системным и кибернетическим дисциплинам, позволяющим будущему инженеру овладеть общими методами исследования и проектирования сложных технических систем, независимо от их конкретной реализации и материальной формы.

Две последние из выделенных ступеней научного обобщения в технике представляют особый интерес для философского анализа, поскольку именно на них прослеживается поистине глобальное влияние техники на развитие современного общества и культурные условия жизни и деятельности людей., что Техника сделала людей способными достигать в материальном и духовном отношении гораздо большего, чем было возможно несколько веков назад. И хотя до сих пор раздаются голоса противников неуклонного развития техники, те, кто их подает, сами не отказываются при этом пользоваться всеми благами современной технической цивилизации.

Процесс сайентификации («онаучивания») техники был бы немыслим без формиро­вания дисциплинарной организации научно-технического знания по образцу дисциплинарного естест­вознания. Однако уже к середине прошлого века дифференциация в сфере научно-технических дисциплин и ин­женерной деятельности зашла так далеко, что дальнейшее их развитие становится невозможным без междисциплинарных технических исследований и системной интеграции самой инженерной деятель­ности. Естественно, что эти системно-интегративные тенденции не могут не находить свое отражение и в сфере инже­нерного образования.

Комплексными становятся сами инженерные задачи и при их решении необходимо учитывать различные аспекты, которые раньше казались второстепенными, например, экологические и социаль­ные. Именно тогда, когда возникают междисциплинарные, системные проблемы в технике, значение философии техники существенно возрастает, поскольку они не могут быть решены в рамках какой-либо одной уже установившейся научной парадигмы. Таким образом, ставшая в ХХ веке тради­ционной дисциплинарная организация науки и техники должна быть дополнена междисциплинарными исследованиями совершенно нового уровня. Одновременно возникает необходимость формирования нового стиля инженерно-научного мышления именно в процессе инженерного образования.

3. Бытует точка зрения, что техника науки во все времена обгоняет технику повседневной жизни. Так, американский философ техники российского происхождения А. Койре (Койранский) писал, что Галилей и Декарт никогда не были людьми ремесленных или механических искусств и не создали ничего, кроме мыслительных конструкций, однако декартовская и галилеевская наука имела огромное значение для техников и инженеров. То, что на смену миру «приблизительности» в создании ремесленниками раз­личных технических сооружений и машин приходит мир точности и расчета, за­слуга, скорее, не инженеров и техников, а ученых-теоретиков и философов. Схожую точку зрения высказывал Л. Мэмфорд, считавший, что сначала инициатива эта исходила не от инженеров-изобретателей, а от ученых: телеграф, в сущности, открыл Генри, а не Морзе; динамо-машину – Фарадей, а не Сименс; элек­тромотор – Эрстед, а не Якоби; радиотелеграф – Максвелл и Герц, а не Маркони и Де Форест.

Впрочем, такая точка зрения представляется нам односторонней, поскольку известно, что Максвелл вовсе не имел в виду технических приложений развитой им электромагнитной теории. Герц также ставил естественнонаучные эксперименты, подтвердившие теорию Максвелла, а не конструировал радиопри­емную или радиопередающую аппаратуру. Потребовались значительные усилия еще многих ученых и инженеров, прежде чем подобная аппаратура была изобретена и приобрела современный вид.

Думается, более реалистической и исторически обоснованной точкой зрения является та, которая ут­верждает, что вплоть до XIX в. регулярное применение научных знаний в технической практике почти отсутствовало: люди делали технические уст­ройства, достаточно не понимая, почему они так работают. В то же время естествознание также решало в основном свои собственные задачи, хотя часто и отталкивалось от техники. После многих столетий «автономии» наука и техника начали соединяться, хотя и достаточно слабо, только в XVII веке, когда рождалось экспериментальное естествознание, однако только к XIX веку это соединение стало приносить свои ощутимые плоды.

Именно в XIX в., особенно в последнем его десятилетии, отношения науки и техники частично переворачиваются в связи с переходом к широкому применению научной техники. Но этот переход не был, однонаправлен­ным воздействием науки на технику, а явился их взаимосвязанной модификацией. И только в XX веке наука становится главным источ­ником новых видов техники и технологии, а развитие научной техники – источником новых великих естественно­научных открытий. Эксперимент становится основой эмпирического подхода к знанию. Следует также отметить, что с накоплением научных знаний и совершенствованием методологии научных исследований менялся как сам эксперимент, так и технические средства для его осуществления. Для экспериментальных исследований начала XXI века характерны следующие особенности.

1. Высочайший технический уровень оснащения эксперимента. Техника эксперимента часто включает в себя мощный компьютерный комплекс, силовую и микропроцессорную электронику, прецизионные механические устройства, высокочувствительные приборы и т.п. Большинство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического управления, в которой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определенной точностью, регистрируют промежуточные экспериментальные результаты и производят последовательную их обработку. Техника в экспериментальных исследованиях достигла такого уровня сложности, что для ее обслуживания и проведения на ней экспериментов требуются усилия коллектива ученых и инженеров, а также достаточно длительное время для получения навыков ее использования. Создаются тренажеры – техника для освоения техники более высокой степени сложности.

2. Возрастание роли и степени сложности теоретической базы эксперимента. Проведению экспери­мента предшествует теоретическая работа, концентрирующая труд теоретиков и экспериментаторов в соответствующей области научных знаний. Все чаще эта область включает в себя результаты междис­циплинарных исследований. Велика роль теоретической базы экспериментальных исследований не только для успешного исхода эксперимента, но и в целях безопасности экспериментаторов и окружаю­щего живого мира. Так при исследовании атомных процессов, следует помнить, какую колоссальную энергию хранят в себе внутриатомные связи. При использовании новой технологии в постановке экспе­римента неизбежно возникают разумные сомнения в его безопасности. Сегодня вопрос о безопасности новой технологии ставится не задним числом, не тогда, когда ее применение уже привело к негативным эффектам, которые приходится так или иначе исправлять.

3. Масштабность и международный характер эксперимента. Ранее строительство и эксплуатация экс­периментального оборудования было не очень обременительным для общества с точки зрения требо­вавшихся для них материальных ресурсов. В настоящее же время некоторые экспериментальные уста­новки напоминают сложные объекты крупных масштабов. Завершается строительство одного из самых дорогих научных приборов в мире – Большого андронного коллайдера. Этот ускоритель частиц стоимо­стью более 2 млрд. долларов возведен неподалеку от Женевы, при активном участии российских спе­циалистов. На глубине 100 метров зарыто 27­-километровое электромагнитное кольцо, в котором разго­няются элементарные частицы. Для экспериментальных исследований в области биологии ныне подхо­дит к завершению грандиозный международный суперпроект «Геном человека», чья стоимость сопос­тавима со всеми предшествующими затратами человечества на научные исследования.

4. Появление принципиально новых образцов техники для работы в области нанотехнологий. В 1982 году два швейцарских физика Герд Бинниг и Гейнрих Рорер, работающие в исследователь­ской лаборатории фирмы IBM в Цюрихе (Швейцария), сконструировали прибор совершенно нового типа, с помощью которого можно было рассматривать отдельные атомы на поверхности. В конце 1986 года Бинниг усовершенствовал это изобретение, дав ему название атомного силового микро­скопа (АСМ). Здесь принципиально новым является то, что человеку стало доступно не только исполь­зование материалов, встречающихся в естественной природной среде, но и созданных путем перемещения элементарных частиц в нужном порядке.

В последнее время с помощью АСМ физики получили возможность интенсивно решать не только прикладные задачи, но и глобальные проблемы фундаментальной физики, например, такие, как заклю­чения о существовании или отсутствии новых фундаментальных взаимодействий и даже о структуре физического вакуума.

Таким образом, можно утверждать, что современная научная техника, играет решающую роль в ста­новлении и развитии экспериментального естествознания.