Сравнительный анализ формирования естественнонаучной и технической теорий

Во всяком научном исследовании, в том числе и методологическом, анализ конкретного эмпирического материала возможен только если предварительно заданы исходные абстракции – идеальные объекты, с помощью которых и осуществляется любое теоретическое исследование. Чтобы изучать знание эмпирически, его необходимо сконструировать как особый теоретический объект. Этот объект строится на основе анализа эмпирического материала (на современном этапе развития науки он, как правило, транслируется из смежных теоретических областей) и в то же время является средством последующего его анализа. Причем исходные теоретические представления в процессе реального исследования постоянно корректируются, модифицируются под новый эмпирический материал. Все это относится к «идеальным объектам» методологического исследования. В данном случае мы ставим перед собой задачу сформулировать исходные теоретические представления об этапах и механизмах формирования технической теории, которые могли бы служить средством содержательного методологического анализа. Поскольку в отношении естественнонаучной теории содержательный методологический анализ в значительной мере уже проведен, представляется продуктивным использовать его результаты и для исследования технической теории. В установлении сходства и различия в этапах и механизмах их формирования и должен заключаться такой анализ. В качестве исходных методологических средств будем использовать результаты анализа становления физической теории, полученные В.С. Степиным.

Традиционная схема формирования классической технической теории может быть описана следующим образом. В исходном пункте этого процесса уже есть достаточно развитая, так называемая «базовая» естественная наука, из которой заимствуются средства решения инженерных задач. Далее в ходе решения формируются новые специфические теоретические средства, и развитие технической теории продолжается относительно самостоятельно. В то же время считается, что определяющим фактором появления технической теории служит главным образом влияние инженерной практики. Однако данная схема является слишком абстрактной и не может быть безусловно распространена на все конкретные историко-научные факты с достаточной степенью приближения. Для сравнительного анализа процесса формирования технической и естественнонаучной теории также должны быть «сконструированы» идеальные объекты методологического исследования или «идеальные типы» формирования технической теории. В качестве таковых необходимо рассмотреть определенные научные дисциплины, точнее пары этих дисциплин (естественнонаучных и научно-технических): для анализа их сходства наиболее подходит, по нашему мнению, теоретическая механика и теория механизмов, а для исследования различия – классическая электродинамика и радиотехника.

Формирование и естественнонаучной и технической теории (в условиях развитой науки) заключается, как правило, в использовании в качестве исходной теоретической модели из какой-либо более разработанной области с соответствующей корректировкой на новый класс явлений. «Только на ранних стадиях развития науки, когда осуществляется переход от преимущественно эмпирического изучения объектов к их теоретическому освоению, конструкты теоретических моделей создаются путем непосредственной схематизации опыта. Но затем они используются в качестве средств для построения новых теоретических моделей, и этот способ начинает доминировать в науке».2 Например, Галилей заимствовал геометрокинематическую схему из астрономии, где в наиболее чистом виде рассматривались движения небесных тел по идеальным кривым в соответствии с теоремами и постулатами евклидовой геометрии. Примерно аналогичная ситуация сложилась к концу 18 века при исследовании разнообразных машин, когда Г. Монж заимствовал теоретическую модель для их описания начертательной геометрии. Эта модель соответствовала геометрокинематической схеме Галилея, то есть не выходила за пределы плоскости рассуждения заданной в теоретической механике. Однако она была несколько модифицирована, учитывая нужды инженерной практики.

Дальнейшая перестройка данной модели осуществляется за счет конструктивного введения новых идеальных объектов. То, что этот процесс для технической теории определялся инженерной деятельностью, ни у кого не вызывает сомнений. Однако на первых этапах возникновение и естественнонаучной теории было также во многом обусловлено запросами инженерной практики. Например, работы Н. Тарталья и Галилея по свободному падению тел стимулировались необходимостью проведения более точных инженерных расчетов траектории падения артиллерийских снарядов. В этом смысле сам эксперимент был первоначально связан с инженерной деятельностью. Образец такого рода деятельности в частности продемонстрировал Р. Гук, который работал и как ученый-экспериментатор и как инженер, совершенствуя конструкции экспериментальной техники и разрабатывая новые структурные схемы экспериментальных ситуаций. В то же время следует иметь в виду, что и инженерная и экспериментальная деятельность стали возможны именно благодаря оперированию с идеальными объектами, позволяющими создавать искусственным путем идеализированные экспериментальные и инженерные ситуации, актуально не существовавшие в природе.

Разработка частных теоретических схем обслуживающих инженерную деятельность, характерна и для технических и для естественных наук. Например, Хр. Гюйгенс разработал не только теорию качания маятника, но и новую, соответствующую этой теории, конструкцию часов и даже построил сами часы. Построение обобщенной онтологической схемы и математизированной теории является общим условием зрелости научного исследования и в естественнонаучных и в научно-технических дисциплинах. В теории механизмов это позволило осуществлять не только анализ, но и теоретический синтез новых механизмов, не существовавших еще в инженерной практике. Причем аналогом естественнонаучной картины мира в теории механизмов является обобщенная классификационная (онтологическая) схема всех возможных (в том числе и потенциально) механизмов.

Развитие классической электродинамики в трудах М. Фарадея, Дж. Максвелла и Г. Герца шло несколько иным путем. Экспериментальные исследования Фарадея, проводимые на основе созданной им универсальной теоретической модели электромагнитных явлений, не опирались на какой-либо математический аппарат. На базе этой модели Максвеллом был разработан адекватный математический аппарат, заимствованный им (вместе с соответствующей онтологической схемой, приспособленной к исходной модели Фарадея) из механики сплошных сред. В работах герца эта модель была не только экспериментально подтверждена, но и модифицирована в плане обобщения ее и на электромагнитные и на оптические явления (что логически вытекало из теории Максвелла, но не было экспериментально доказано).

Экспериментальные и теоретические исследования Фарадея, Максвелла и Герца имплицитно содержали в себе возможность организации передачи сообщений на расстояние. Однако явным образом такая задача не ставилась и в принципе не могла быть поставлена в рамках естественнонаучной теории. В теоретической радиотехнике, развившейся в связи с инженерными приложениями электродинамики, эта задача была поставлена сознательно. И ее математический аппарат и объяснительные теоретические схемы с самого начала должны были служить делу построения структурных схем новых инженерных объектов.

Формирование теоретической радиотехники в наиболее «чистом виде» зависело от базовой естественнонаучной теории – электродинамики. Влияние же инженерной деятельности на нее было вторичным. К моменту появления первых радиотехнических изобретений, во-первых, уже была построена и экспериментально доказана теория распространения электромагнитных волн, и, во-вторых, первоначально не предполагалось никаких выходов этой теории в инженерную практику. Развитой отрасли промышленности, как в случае с теорией механизмов, тогда еще не было и теория не могла быть обоснованием уже созданных устройств. В теории механизмов определяющим было влияние уже достаточно развитой к моменту ее возникновения инженерной практики, к которой была вынуждена приспосабливаться формирующаяся техническая теория. В области же радиотехники сама инженерная деятельность формировалась параллельно и под определяющим воздействием технической теории. Поэтому конструктивные расчленения радиотехники в значительной степени находятся в зависимости от теоретических схем.

Главное отличие технической теории от естественнонаучной заключается в том, что процедуры отнесения теоретических моделей к конструктивным схемам реальных инженерных объектов являются в ней специально нормированными. И математический аппарат и естественнонаучное объяснение формирования инженерных объектов носят в ней подчиненный характер в отличие от естественной науки, в которой главной целью является объяснение и предсказание природных явлений, а экспериментальные и математические построения выполняют вспомогательную роль, хотя в процессе становления и развития экспериментальная и инженерная деятельности и могут переходить друг в друга. Однако для естественной науки всякие инженерные результаты являются побочными. Для технической же науки они органично вплетаются в само «тело» технической теории.

Таким образом, заимствованная нами из сферы методологического анализа генезиса естественнонаучной теории схема может быть следующим образом модифицирована и конкретизирована для технической теории. На первом этапе ее построения осуществляется трансляция в нее исходной онтологической схемы из «базовой» естественнонаучной теории или, если таковая неадекватна практическим инженерным задачам, из смежной теоретической области. На втором этапе происходит процесс длительной адаптации этой схемы путем подведения под нее и обобщения определенного эмпирического материала (конструктивно-технических и технологических знаний). Третий этап – модификация исходной теоретической модели – заключается в разделении двух ее слоев: «поточной» схемы, описывающей естественный процесс, протекающий в инженерном объекте, и структурной схемы (отображающей его конструктивные элементы и технологические связи). Затем устанавливается соответствие (эквивалентность) этих слоев и соответствующих им способов инженерного расчета. Параллельно детально разрабатываются отдельные частные теоретические схемы.

Разработка обобщенной схемы, которая транслируется из смежных областей или «базовой» естественнонаучной теории, является четвертым этапом формирования технической теории. Если в базовой естественнонаучной дисциплине нет соответствующего этой теории раздела, то он специально заново строится. В научно-технической дисциплине вводятся однородные идеальные объекты, которые должны иметь типовые для всех инженерных объектов и иерархически организованные элементы и фиксированный набор связей между ними (правила сборки и разборки этих элементов). Устанавливается также обязательное соответствие идеальных объектов и конструктивных элементов реальных инженерных объектов, т.е. вводятся процедуры анализа и синтеза онтологических схем. Если инженерная деятельность уже сложилась к этому моменту, то возможна ее перестройка в соответствии с теоретической моделью. На этом этапе осуществляется попытка проецировать обобщенную онтологическую схему на класс гипотетических инженерных объектов, которые приводят к необходимости создания математизированной теории (пятый и завершающий этап). Это, в свою очередь, требует модификации обобщающей онтологической схемы за счет построения слоя функциональных схем, ориентированных на отображение математических зависимостей. Задание операций эквивалентного преобразования данных схем (дедуктивный вывод) и позволяет осуществить упомянутое выше «проецирование», т.е. синтез еще не созданных инженерных объектов. Это приводит к формированию на теоретическом уровне технической теории блока практико-методических знаний (рекомендаций для еще неосуществленной деятельности). Апробация технической теории производится в самой инженерной практике. Доказательством жизненности и конструктивности теории служат созданные на ее основе новые инженерные объекты.