15
Искусственные средства познания в экспериментальном естествознании нового времени
Н.М. Макеева
Основний зміст дослідження
Ранее мы рассмотрели познавательные функции искусственных средств, применяемых в ремесленной технической деятельности субъекта на ранних этапах истории общества. В этот период постановка субъектом познавательных задач была вплетена в его практическую деятельность. Иначе говоря, практическое освоение природы одновременно предполагало ее эмпирическое постижение и усвоение, в первую очередь, знаний о тех свойствах природных материалов, которые могли получить практическое применение [1].
Вместе с тем, потребность в искусственных средствах практического воздействия на природу связана с созданием необходимых жизненных условий для человека, который осознал, что усилий его естественных трудовых органов для этого недостаточно. В силу этой причины субъект оказался перед необходимостью дополнения усилий последних действиями обработанного камня, дерева и металла. Искусственные средства, создаваемые и практически применяемые субъектом этого периода, были механическими орудиями усиления и дополнения физических возможностей его естественных трудовых органов. Создание искусственных средств практической деятельности на основе ремесленных знаний имело место и в последующей истории общества.
Однако, начиная с эпохи Возрождения, возникают научные предпосылки для появления искусственных средств познания, созданных в инженерной деятельности самих ученых и, чаще всего, ими же изготовленных. Творческая деятельность живописцев итальянского Возрождения, сопровождавшаяся визуализацией объектов природы, обусловила геометрическое описание этих объектов в науке Нового времени, позволяя работу в плоскости чертежа, схемы использовать как основу для инженерного проектирования искусственного средства познания.
Так, великий итальянский ученый и живописец Леонардо да Винчи отстаивает преимущество чертежа над словесным описанием в следующих словах: "О, писатель, какими словами будешь ты описывать полную конфигурацию, которую этот чертеж здесь составляет". И, действительно, чертеж, рисунок, набросок составляли душу не только развитых искусств того периода, таких как архитектура, скульптура и живопись, но и механических искусств: "ведь ни один кузнец или ремесленник не сможет сделать даже ложки без рисунка".
Искусственные средства познания создавались в инженерной деятельности ученых Нового времени для их использования в виде экспериментального объекта, позволяющего в искусственно созданных экспериментальных условиях проверить достоверность знаний об идеальном объекте естественнонаучной теории. В экспериментальной науке Нового времени, идеальный объект ставится в соотношение не только с природным, но и с экспериментальным объектом, который представлен искусственным средством познания.
Научная теория получает свое подтверждение в эксперименте в том случае, когда поведение экспериментального объекта, предметные структуры которого получены путем инженерного конструирования, совпадает с теоретически рассмотренным поведением идеального объекта. Создание экспериментальной ситуации обусловлено требованием устранения побочных явлений и воссоздания природного процесса инженерным путем в условиях, которые не наблюдаются в природе в "чистом виде". Именно поэтому Галилей, проверяя закон падения тел, конструируя экспериментальную ситуацию, выбрал для бросаемого шарика очень твердый материал, позволяющий практически пренебречь его деформацией. Кроме того, ученый устраняет трение на плоскости (в канале, прорезанном в доске), оклеив ее отполированным пергаментом.
Таким образом, созданные в абстрагирующей деятельности ученого идеальные объекты естественнонаучной теории конструируются в теоретическом знании как результат особого рода идеализации и схематизации, которые могут быть воспроизведены в экспериментальной ситуации через конструирование и последующее изготовление экспериментальных объектов, выполняющих функции искусственных средств познания. Так, экспериментальная ситуация, созданная Галилеем для проверки закона свободного падения тел, включала экспериментальный объект, сконструированный, а затем изготовленный в виде бросаемого шарика из очень твердого материала и доски, с прорезанным в ней каналом, оклеенным отполированным пергаментом. Для подтверждения достоверности закона свободного падения тел поведение экспериментального объекта должно совпадать с поведением идеального объекта теории.
Вместе с тем, идеальный объект естественнонаучной теории в экспериментальной науке соотносится как с физическим объектом (например, камнем), так и инженерным объектом (например, пушечным ядром). Здесь последние выступают как объект-оригинал, реально наблюдаемое в естественных условиях, поведение которого Галилей использует как основу для создания как теоретических представлений о материальной точке и наклонной плоскости, являющихся идеальными объектами теории, так и инженерных конструкций экспериментального объекта, искусственно воссоздающего поведение идеального объекта.
Исходной задачей, с которой Галилей начал свои теоретические исследования, была траектория движения снаряда. Ее постановка и решение стимулировались запросами нарождающейся инженерной практики, связанной с развитием артиллерии. Сопоставляя траекторию полета артиллерийского снаряда (криволинейное движение) с уже известными в геометрии кривыми, и, в частности, со спиралью Архимеда, Галилей приходит к мысли разложить движение снаряда на равномерное и естественно ускоренное движение (свободное падение). "Именно эта мысль, по-видимому, стимулировала его стремление построить единую науку (теорию) о всех трех видах движения (криволинейном, равномерном и свободном падении)".
На первых этапах научной деятельности работа Галилея, по существу, не отличалась от того, как подходил к ней Архимед. Древнегреческий ученый в своих исследованиях следовал идеалу построения научного знания, сформулированному античными философами и, впоследствии, получившему название гипотетико-дедуктивного метода. Характерный образец такого подхода содержится в работе Архимеда "О плавающих телах", где выдвигаются аксиомы, на основе которых доказываются теоремы, при доказательстве последующих, используются знания предыдущих теорем. В этой работе не приведены описания практических моделей, наблюдений и опытов. Идеальная жидкость и погруженные в нее тела не ставятся ученым в соответствие с реальными жидкостями и телами, хотя Архимед использовал практические знания о реальных жидкостях и телах, осуществляя даже в определенной мере опыты. В учении о плавающих телах ученым получены такие знания, которые в принципе могли бы быть рассмотрены в явной форме как технические модели, т.е. в плане их использования в практике построения судов. Однако в работе Архимеда об этом ничего не говорится, ученый не обсуждает отношение построенных им теоретических описаний к реальным телам и жидкостям.
Архимед проводит жесткую разграничительную линию между доказательством теоретического положения, проведенным математическим способом, и усмотрением возможности применения того же положения на практике, предполагающее изготовление и использование искусственных механических средств. По мнению ученого, изучение при помощи механического метода "еще не является доказательством: однако получить с помощью этого метода некоторое предварительное представление об исследуемом, а затем и найти само доказательство гораздо удобнее, чем производить изыскания, ничего не зная".
Уже в период античности теоретические знания (прежде всего геометрия) применялись учеными при получении инженерным путем искусственных средств, используемых как в познании (простейшие научные инструменты), так и практически (военные машины и др.). Однако в этот период взаимоотношения научных знаний и способов их применения для получения искусственных средств не были специально нормированы. Различные механические изобретения служили своеобразной иллюстрацией "чистой науки", демонстрацией осознания мощи научного знания, призваны были "удивить" просвещенную публику. Инженерный способ получения искусственных средств, основанный на теоретических знаниях еще не находил повсеместного применения.
Ученые Нового времени начинают осознавать потребность в необходимости соотнесения между собой теоретических и экспериментальных объектов. Так, например, Галилей к построению теории свободного падения тел приступил после того, как обнаружил, что соотношение сконструированных им искусственных средств познания и научных знаний не может быть полностью понято на основе эмпирических представлений. Ученый стал не только усложнять и перестраивать идеальные объекты, но и решительно изменил философское представление о научной теории, прежде всего, взгляд на характер и процедуру научного обоснования, связав воедино теоретическое и экспериментальное доказательства. Тем самым Галилей заложил основы новой экспериментальной науки и современной инженерной деятельности.
Согласно представлениям Галилея искусственные средства познания и идеальные объекты теории должны объяснять не всю сумму знаний, относящихся к изучаемому природному объекту, а лишь те из них, которые получены в экспериментальной ситуации. Исходя из этих представлений, объект, построенный в теории и являющийся идеализированной моделью природного объекта, сопоставляется с экспериментальным объектом, созданным инженерным способом. Отсюда следует, что экспериментальное естествознание предполагает инженерное конструирование, техническое изготовление и экспериментальное применение искусственного средства познания.
Таким образом, искусственное средство познания возникает в виде реализации инженерно-технической возможности, используемой для подтверждения или опровержения достоверности теоретических представлений о законах природы. В экспериментальной науке Нового времени теоретическое знание, выраженное в представлении об идеальном объекте, получает подтверждение своей достоверности при более или менее точном совпадении с экспериментальным поведением искусственного средства познания, чаще всего сконструированного и технически изготовленного самим ученым-экспериментатором.
Экспериментальная ситуация представляет собой такое, сконструированное самим ученым условие, позволяющее преодолеть искажения идеального поведения объекта под воздействием различных факторов, например трения.
"До Галилея научное исследование по античному образцу мыслилось как получение знаний об объекте, который всегда рассматривался как неизменный". Попытаться в одной и той же экспериментальной ситуации использовать различающиеся в конструктивном отношении искусственные средства познания никому не приходило в голову, т.к. в этом случае он рассматривался уже как другой объект. Ученые, напротив, старались так усовершенствовать теоретическую модель, чтобы она полностью описывала поведение экспериментального объекта. Галилей показал, что, внося изменения в конструкцию экспериментального объекта, можно получать искусственные средства познания, более точно отвечающие требованиям их соответствия с теоретической моделью. Эти изменения позволяют нейтрализовать "побочные" свойства, которые мешают отождествить между собой экспериментальный и идеальный объекты.
Введением в экспериментальную науку искусственного средства познания Галилей не только создал модель научно-экспериментальной деятельности, но и обосновал инженерный способ использования научного знания в технических целях. Такой подход стал возможен потому, что экспериментальная наука Галилея уходила своими корнями в техническую практику и ориентировалась на нее. Так, отвечая на практические потребности совершенствования точности попадания снаряда в цель, ученый актуализирует проблему определения траектории полета снаряда.
"Если Тарталья решал эту задачу инженерным путем, то Галилей заинтересовался ею как ученый. Теоретическое описание траектории движения снаряда и было той исходной задачей, с которой Галилей начал свои исследования". Вместе с тем, Галилей постоянно подчеркивал практическую направленность своих умозрений. В предисловии к "Рассуждениям о телах, плавающих в воде, и о тех, которые в ней движутся", ученый отмечает, что его труд небесполезен "и для постройки мостов или иных сооружений над водами".
Сравнивая эту работу с трудом Архимеда "О плавающих телах", где рассматриваются те же проблемы, можно заметить, что работа Галилея навеяна трудом античного мыслителя. Однако для Архимеда, видимо, абсурдной казалась возможность указывать в теоретическом труде на его практическую применимость - труд должен быть построен по канонам "чистой" доказательной науки типа евклидовой геометрии. Галилей не просто следует Архимеду, а подчеркивает, что "сам Архимед научил меня удовлетворять свой разум только тем, в чем убеждают меня рассуждения, а не только авторитет учителя…".