Философия науки и техники. Учебное пособие

13. НАУКА И ТЕХНИКА

13.1. Соотношение науки и техники

В философии техники сложилось несколько моделей соотношения науки и техники.

Первая модель называется линейной. Она рассматривает технику как прикладную науку. Наука занимается производством знания, а техника осуществляет приложение полученных знаний к практической деятельности. Эта модель упрощает реальные отношения между наукой и техникой, которые складывались на протяжении многих столетий.

Вторую модель называют координационной. Наука и техника развиваются автономно друг от друга, однако эти процессы являются все же координированными. Координация их развития имеет эмпирическую составляющую: иногда наука использует технические устройства для получения собственных результатов, иногда научные результаты успешно используются в технике. Эта модель также не полностью адекватна истории техники. Известно, что техника много веков развивалась изолированно от науки.

Третья модель рассматривает развитие науки за счет исследования технических аппаратов и инструментов с целью раскрыть загадки их функционирования. Конечно, такие исследования в истории науки неоднократно имели место. Но все же были и самостоятельные исследования, не зависящие от крупных изобретений в области инструментальной техники.

Наиболее реалистичной является позиция, в соответствии с которой до конца XIX в. наука и техника действительно развивались обособленно. Они объединятся только во времена Промышленной революции. Раньше регулярного применения научных знаний в технической практике не было, но в настоящее время развитие техники осуществляется именно на основе современных научных достижений.

13.2. Этапы рационального обобщения в технике

Рациональным называется теоретическое обобщение отдельных областей технического знания в различных сферах техники. В ее истории существует несколько этапов рационального обобщения.

101

Первый этап связан с необходимостью обучения ремесленной технологии. Он занимает период с XV по XVIII вв. Нужны были справочники, пособия, учебники по производству металлов и сплавов, по вопросам разведки месторождений полезных ископаемых, горному делу, архитектуре и механике. В 1556 г. выходит труд немецкого инженера Г. Агриколы «О горном деле и металлургии в двенадцати книгах», позже появляются издания, посвященные «театрам машин»

и«театрам мельниц». Первые издания носят описательный характер, математический расчет в них встречается редко. Положение меняется в XVIII столетии. Возникает потребность в научном описании техники

исистематизации накопленных научно-технических знаний в связи с подготовкой инженеров в училищах. В России в 1773 г. было учреждено Петербургское Горное училище, а во Франции в 1794 г. математиком и инженером Г. Монжем была создана Парижская политехническая школа. В этих учебных заведениях велась научная подготовка инженеров.

Второй этап (вторая половина XVIII – середина XIX вв.) рационализации техники связан с попыткой систематизировать различные производства в технических ремеслах, чтобы облегчить их изучение. Это было осуществлено И. Бекманом в «Общей технологии», вышедшей в печать в 1777 г., и во французской «Энциклопедии» Дидро. По замыслу «Энциклопедия» должна была собрать все знания, рассеянные по земле, чтобы ознакомить с ними всех людей. Этот проект должен был уничтожить границы между ремеслами и науками и дать им свободу. Несмотря на претензию на научность, эти попытки были рациональным обобщением технического опыта при помощи здравого смысла. Техника продолжала развиваться на эмпирической базе почти до конца XVIII в.

Третий этап рационального обобщения связан с появлением в XIX в. технических наук или первых технических теорий: технической механики, сопротивления материалов, гидростатики, электротехники, технической термодинамики. На основе этих наук начинают разрабатываться технические системы. Теоретическое техническое знание возникло в процессе ответа на вопросы, возникающие при создании и эксплуатации различных машин. Произошел перенос представлений, выработанных в естественных науках, в сферу техники. От идеальных естественнонаучных объектов (понятий) перешли к идеальным техническим. Например, от понятий теории

102

твердого тела перешли к понятиям теоретической механики. Техника стала научной, так как ее начали создавать и описывать специальные технические науки.

Наиболее ярко эта линия развития выразилась в научной подготовке учащихся Парижской политехнической школы. В программу обучения была заложена ориентация на естественнонаучную и математическую подготовку будущих инженеров. Впоследствии Политехническая школа стала центром развития математического естествознания и техники. По ее образцу вскоре были созданы инженерные учебные заведения Германии, Испании, США и России.

Четвертый этап рационального обобщения охватывает временной отрезок с середины XIX в. по настоящие дни. Начиная с середины XIX в. технические науки образовали особый класс научных дисциплин, отличающихся от естественных наук как по объекту изучения, так и по внутренней структуре. Они стали дисциплинарно организованными, начались процессы дифференциации и интеграции технических дисциплин. Формируется множество самых различных научно-технических дисциплин и соответствующих им сфер инженерной деятельности. Сами инженерные задачи становятся комплексными. Они требуют учета экологических и социальных аспектов. В сфере техники и технических наук начинает формироваться слой фундаментальных знаний. Это приводит к дальнейшей специализации технических наук. Разделение труда требует стыковки различных типов инженерных задач. Проектная установка проникает в сферу науки, а познавательная – в область инженерной деятельности.

Высшую ступень рационального обобщения представляет собой системотехника, сложившаяся в 60-е гг. XX в. Это попытка комплексного теоретического обобщения всех отраслей современной техники и технических наук, при которой ориентация происходит не только на естественнонаучное, но и на гуманитарное образование специалистов. Системотехникой называется особый вид инженерной и технической деятельности, направленный на создание сложных технических систем. В ней происходит полный цикл функционирования научного знания – от его получения до использования на практике.

Системотехника является продуктом развития традиционной инженерной деятельности и проектирования. Но она отличается от них возросшей сложностью проектирования технических систем и новыми дисциплинами, которые занимаются проектированием этих систем

103

на принципах системного подхода, физического и математического моделирования, например кибернетика и информатика. Особое значение в системотехнике приобретает инженерная деятельность, направленная на проектирование компонентов, конструирование, отладку, разработку технологии, разработку средств общения человека и машины, интеграцию частей проектируемой системы в единое целое и внедрение технического изделия. Для этого инженеру-систе- мотехнику нужно разбираться во множестве вопросов. Он должен знать теорию систем, линейную алгебру и матрицы, теорию цепей, теорию надежности, теорию вероятностей, теорию информации, кибернетику, моделирование, биологические, социальные и информаци- онно-вычислительные системы. Но самое главное заключается в том, что он должен не только уметь создать сложное техническое устройство, но и уметь управлять им.

Системотехника оказывает колоссальное влияние на развитие общества. Она создает современную материальную культуру. Например, «компьютерная революция» создала техническую и технологическую основы для создания миниатюрных технических систем, новых форм передачи информации, основанных на принципах цифрового кодирования, нового программного обеспечения для персональных компьютеров, систем искусственного интеллекта. Все это позволяет улучшить качество нашей жизни.

13.3. Наука, техника и общество

Речь идет о современном этапе развития науки и техники и влиянии их на общество. Можно выделить следующие тенденции:

–политизация науки. Все социальные проблемы решаются средствами науки и техники. Они стали выполнять политическую функцию. Например, рыночные отношения в 90-е гг. сложились в России благодаря развитию топливно-энергетического комплекса. Сейчас за его счет развиваются многие сферы экономики. Экологические проблемы (проблемы климата) также решаются с помощью науки и техники;

–возрастание рисков в обществе. Общество полагается на науку

итехнику и считает, что в них найдет опору, но это оказывается иллюзией. Например, немецкий концерн BASF инвестирует средства в институт токсикологии и генетики. Каждый химический препарат тестируется на животных, что гарантирует безопасность продукта. Но нет

104

ответа на вопрос о том, какие негативные процессы будут запущены им в будущем. Для концерна тестирование – это возможность «закрыться» от юридической ответственности. Общественность убеждают в правильности выбранного сценария развития общества;

–ограниченность прогнозирующей деятельности человека при создании новых технологий и техники. Для прогнозирования используется математическое моделирование, но ни одна модель не может передать все свойства изучаемого объекта. Его исследование и проектирование являются неполными и принципиально незавершенными, невозможно полностью предсказать его поведение, что порождает риски;

–изменилась структура науки и техники как социального института. Возникают «гибридные сообщества», в которых состоят ученые, политики, инженеры, бизнесмены, промышленники. Многие из них не являются специалистами в области науки и техники. Но они начинают включаться в производство знания и решать проблемы развития науки. Соответственно, техника и наука сегодня развиваются скачкообразно, а исследования становятся проблемно-ориентированными. Наука не может сегодня полностью контролировать свое знание с помощью стандартов и экспертиз. Экспертизами занимаются бизнесструктуры. Закончился период «нормальной науки», описанной Куном. На знание влияют бизнес, политика и власть.

–разрыв между соотношением фундаментальных и прикладных исследований. Приоритет получают прикладные. На смену строгому научному методу приходит трансдисциплинарное исследование (исследование рисков в обществе, экологические исследования, социальная оценка техники), когда объединяются межу собой дисциплины далекие друг от друга по языку, теоретическим представлениям об объектах, методам познания. Решающей становится не объективность знания, а практическая польза. Это означает, что сегодня в приоритете находится именно прагматическая функция науки.

105

14.ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

14.1.Специфика технических наук

Технические науки являются особой областью знания, поскольку возникают на границе проектирования и исследования и несут в себе элементы того и другого. Технические науки занимаются проектированием (использованием знаний) как технических, так и социальных систем. Этим они отличаются от фундаментального исследования (получения знания).

Специфика технических наук в общей системе состоит в том, что они связаны как с социальными и гуманитарными науками, так и с естественными. Технические и социальные науки связаны через социальный заказ. Социальные науки принимают участие в формировании данного заказа, а технические выполняют его и влияют на развитие общества и человека. Социальные науки представляют собой знание о законах развития общества, однако сегодня технические науки, создающие современную технику, могут существенно влиять на его развитие, ускоряя и трансформируя. Техноэволюция опережает социальную эволюцию.

С гуманитарными технические науки связывают принципы этики, которые последние не вырабатывают, а перенимают. Сегодня наука перешла к созданию и изучению «человекоразмерных» технических объектов. К ним относятся сложнейшие системы, создаваемые системотехникой: пульты управления, управление аэродромами, авиационная и космическая техника, военная техника. Действие с такими объектами затрагивает гуманистические ценности, поскольку в результате их освоения возможны катастрофические последствия. Поэтому техническим наукам приходится решать проблемы этического характера, определять границы вмешательства в такие системы.

Технические и естественные науки связаны способами трансляции знаний, передающихся из одной области в другую. Технические процессы имеют комбинационный характер. Они представляют собой цепочки взаимосвязанных процессов. Эта последовательность создается инженером. Технических закономерностей в природе нет, для описания таких цепочек нужны особые идеальные объекты – теоретические конструкты и методы моделирования. Они берутся из естественных наук, которые транслируют в технические науки ме-

106

тодологические стандарты: идеалы и нормы объяснения и описания объектов, построения знания, законы и теории. С другой стороны, технические теории оказывают большое влияние на физическую науку. Например, теория упругости (техническая теория) была основой теории эфира в физике, а гидродинамика (техническая теория) – вихревых теорий физики.

Как знание технические науки включают в себя эмпирический уровень – создание технических устройств, и теоретический уровень – описание этих устройств с помощью технической теории. Эмпирическое знание представляет собой конструктивные разработки и технологические решения, описания расчетов и рекомендации к применению. Оно вырабатывается в инженерной деятельности на стадиях исследований, проектирования, конструирования и внедрения техники. Эмпирическое знание тесно связано с теоретическим. В этом состоит особенность технических дисциплин и их отличие от естественнонаучных. Взаимосвязь эмпирического и теоретического знания можно обнаружить как в инженерной деятельности, так и в структуре технической теории. В теории технических наук законы и теоремы существуют наряду с инженерными моделями, расчетами и образцами решения задач. Инженерное знание вплетено в ее тело.

Технические науки направлены, в основном, на применение знаний в инженерной деятельности. Они имеют прикладной характер в отличие от естественных наук. Цель технических наук – прикладная, утилитарная, заключающаяся в применении научного знания при создании новых технических систем для потребностей производства, науки и общества. Цель естественных наук – духовно-познавательная, состоящая в получении нового знания о природных процессах. Поэтому основное различие между техническими и естественными науками состоит в цели их деятельности.

В современных технических науках различают прикладные исследования, включающиеся в инженерную деятельность, и фундаментальные теоретические исследования – техническую теорию. Отличие технической теории от естественнонаучной состоит в том, что в ней важнейшее место принадлежит проектным характеристикам и параметрам. Она связана с инженерной деятельностью. Поэтому технические науки носят больше прикладной характер, что отличает их от других наук.

Четкой границы между фундаментальными и прикладными исследованиями нет. Фундаментальное исследование с течением време-

107

ни может стать прикладным, а прикладное – фундаментальным. Фундаментальное и прикладное знание можно условно разделить по целям применения, временному фактору и степени общности. По целям применения: прикладные знания адресованы производству и заказчикам, а фундаментальные – всему научному сообществу. И в фундаментальных, и в прикладных исследованиях в технических науках можно выделить как эмпирическое, так и теоретическое знание. Фундаментальная исследовательская деятельность регулируется такими ценностными критериями, как достоверность знания, его точность, полнота описания, адекватность объекту. В прикладных исследованиях используются другие критерии: потребительские качества продуктов, технико-экономические показатели технологии (технологичность, материалоемкость, энергоемкость, надежность).

Технические науки имеют свой объект познания – технические объекты, и свой предмет познания – способы описания природных процессов и закономерностей, действующих в искусственно созданных технических объектах.

Технический объект имеет двойственную природу, поскольку представляет собой синтез «естественного» и «искусственного». Он является искусственным, так как это продукт созидательной деятельности человека, а природным – вследствие того, что процессы, которые в нем протекают, подчиняются законам природы. Технические объекты называют также техническими системами. Это совокупность взаимосвязанных элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения полезных функций. В этом определении выделено четыре признака технической системы: 1) целостность; 2) структурность; 3) функциональность; 4) качество. Примерами технических систем могут служить техносфера, техника, отрасль техники, объединение, предприятие, агрегат, машина, механизм, узел, деталь.

14.2. Классические технические науки

Технические науки начинают формироваться во второй половине XVIII в. Они возникли как приложение базовой естественнонаучной теории к инженерной практике и получили название «классических» технических наук (радиотехника, прикладная механика и электротехника).

Их появление было связано с развитием крупного капиталистического машинного производства на Западе. Тогда произошел переход

108

от мануфактурного производства к машинному (Промышленный переворот), что было связано с изобретением и рабочих машин, основными частями которых были двигатели и передаточные механизмы.

Всередине XVIII в. рабочие машины стали появляться в текстильном производстве (самолетный челнок, механическая прялка «Дженни»).

Вэто же время был изобретен и применен в горном деле и металлургии тепловой двигатель (И. Ползунов, Дж. Уатт). В начале XIX в. Г. Модсли изобрел токарный станок с суппортом (механическим держателем для резца), что повлекло за собой распространение металлорежущих станков с суппортами в машиностроении. Суппорт, как незначительный придаток к станку, повлиял на усовершенствование, удешевление и распространение машин, дал толчок к новым изобретениям.

Промышленный переворот привел к появлению новых видов производств и стимулировал целый ряд технических изобретений первой половины XIX в.: парохода (Р. Фултон), железнодорожного локомотива (Р. Тревитик, Д. Стефенсон), разнообразных сельскохозяйственных машин (Д. Тулль, Г. Огль), электрического пишущего телеграфа (С. Морзе), фотоаппарата (Ж. Ньепс).

Тогда возникла потребность в тиражировании и модификации изобретенных инженерных устройств. Инженеру приходилось не столько создавать новые объекты на основе изобретения, сколько создавать сходный класс модифицированных изделий с другими характеристиками – иной мощностью, скоростью, габаритами, конструкцией. Резко возрос объем расчетов, потребовалась унификация схожих по свойствам инженерных объектов, позволяющая сводить одни случаи к другим.

В результате потребовались теоретические представления естественных наук, которые с помощью специальных приемов стали знаниями технических наук. В этом процессе главную роль играли онтологизация и математизация. Онтологизация представляла собой поэтапный процесс разбивки инженерного устройства на отдельные части и замещение каждой части на «идеализированное представление» – схему или модель. Это нужно было для того, чтобы к инженерному объекту можно было применить как математические знания, так и естественнонаучные. Математизация означала замену идеального объекта на математическую модель, которая описывала естественные процессы в инженерном объекте. Математизация была необходимым ус-

109

ловием изобретения, конструирования и расчета. В то же время она была необходима как стадия введения идеальных объектов естественных наук в теоретические описания технических устройств.

Процессы разбивки, идеализации и математизации привели

кформированию первых идеальных объектов технических наук, таких как схемы колебательного контура и кинематического звена, теории идеальной паровой машины. Таким способом был создан научный фундамент теплотехники, электротехники, механических наук и термодинамики.

Впоследней трети XIX–начале XX вв. классические технические науки оформляются в специальные дисциплины – теорию машин и механизмов, теплотехнику, электротехнику и радиотехнику, теорию автоматического регулирования. Завершается становление классической теории сопротивления материалов и технической механики. Формирование теории паровых двигателей приводит к созданию научных расчетов паровых турбин и развитию научно-технических основ горения и газификации топлива. Создаются теоретические основы полета авиационных летательных аппаратов.

Вначале XX в. завершается также формирование фундаментальных разделов технических наук – теории цепей, теории двухполюсников и четырехполюсников, теории колебаний; разрабатываются методы расчета, общие для фундаментальных разделов различных технических наук.

Необходимо также отметить, что в это время ученые совместно с изобретателями создали разнообразные конструкции электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания. Все это, вместе с прогрессом в металлургии и химической промышленности, привело к целому ряду технических изобретений, важнейшие из которых – гигантский стальной корабль, трактор, аэроплан, танк. Примечательной особенностью этой эпохи является и то, что впервые технические новшества поступают в массовое производство, что стало возможным благодаря изобретению Ф. Тейлором сборочного конвейера. Так, классические технические науки совместно с различными изобретениями привели

ксозданию новой техники.

14.2.Неклассические технические науки

Всередине XX в. человечество вступает в новую информационную эру. Этому способствовали такие технические достижения, как появление атомной энергетики, ракетной техники, создание синте-

110