Проблема соотношения науки и техники

Ориентация науки на технику. С XVII до XIX века новые науки развивались, и когнитивно и институционально, в стороне от техники, оставались технически ориентированными: 1) для науки наблюдение природы опосредовано приборами, которые совершенствовались в соответствии с научными стандартами. Данные стандарты устанавливались без ссылки на полезность этих приборов, за исключением их научных целей. 2) Теория в начальной ее стадии развивалась в рамках механистической картины мира. Теории естествознания оказывались инструментальными теориями частично потому, что они проистекали непосредственно из анализа техники, частично потому, что они интерпретировали природу по образцу «больших часов». Таким образом, внутренняя динамика научного прогресса включала в себя техническую динамику.

Техническое развитие самой науки. Данные науки — это не то, что дано непосредственно чувствами, но их объективированное выражение, то есть эффект, полученный с помощью прибора и в приборе. Научные приборы и другие инструменты были либо разработаны для научных целей как таковых, либо же там, где они уже существовали в связи с технико-практическими нуждами, они совершенствовались далее для научных целей и в соответствии с научными требованиями. Аналитические (часы, термометр, калориметр, барометр, вольтметр и амперметр) и синтетические (любое экспериментальное устройство, служащее выявлению эффекта или субстанции - вакуумный насос, Вольтов столб или электромагнит) аппараты. Научные стандарты точности были определены в соответствии с теоретическими идеалами. До возникновения массового производства и широкого мирового рынка универсальность данных измерений не имела большого практического значения. Разработка синтетических аппаратов и процедур направлялась различными стандартами. Эмпирические исследования в рамках современной естественной науки, таким образом, предполагали изолирование явлений, их воспроизводимость и применимость, невзирая на региональные или сезонные факторы. Когда нужда в этих веществах и эффектах возникает в экономике или в военной промышленности, технические средства, развитые в науке, сами становятся частью промышленной техники.

Техническая ориентация в теоретической механике и в механистической картине мира. Наука и техника не только расходились в разработке приборов и процедур; они также разделялись в своих теоретических понятиях. Пример — идеализация тел в понятии «точечная масса» в механике после Ньютона. Формирование научных теорий приобретает направление, отличное от идеала производства полезного знания. Единство техники и науки в эпоху Возрождения практиковалось в экспериментальном исследовании, но его теоретическая интерпретация была недостаточно последовательной. Только в новой физике Галилея возможно представить себе физические (естественные) движения как технические (искусственные) движения, и наоборот. Декартовская модель природы была технической моделью — изменение движения вызывалось исключительно толчком, притяжением и давлением; то есть он объяснял естественное искусственным движением, предполагающим сохранение постоянного количества движения. Чтобы объяснить природу исходя из принципов технической механики, необходимо, чтобы механика была объяснена исходя из природы. Ньютоновская теория движения и силы весьма успешно сформулировала этот общий базис науки и техники. Многие из ранних теорий современной науки возникали как теории специальных инструментов. Это справедливо для пневматики в связи с теорией насоса и барометра, для физической оптики в связи с теорией микроскопа и теле скопа и для термодинамики в связи с теорией парового двигателя.

Развитие техники внутри науки в конце XVII и в XVIII веке состояло в совершенствовании приборов и процедур и в их теоретическом объяснении. В XIX веке предложения науки производству состояли первоначально из синтетических процедур и приборов, сначала разработанных для научных целей. Иллюстрацией может служить изобретение телеграфа. Оно основывалось на научных процедурах и приборах, которые не создавались по образцу ремесленной техники, но вели к эффектам, которые невозможно было произвести исходя из практической технической стратегии.

     Ориентация техники на науку. Технический прогресс развивался без помощи научных теорий и без сколько-нибудь значительного переноса экспериментальных результатов из академической или университетской науки. Это верно для первых сберегающих труд машин (ткацкий станок), силовых двигателей (усовершенствованный двигатель), транспорта (локомотив) и металлургии (литая сталь). Промышленная революция, вызванная несколькими нововведениями ключевого значения, в свою очередь создала новые стимулы для технического исследования, как и спрос на научное знание и методы в технике. Следующие четыре пункта показывают растущую потребность промышленности в технической помощи, которая вызвала обращение техники к науке: 1.дополнительное сырье, 2. возрастающая эффективность, 3.повышение критических порядков технических величин, 4. большая точность технических процедур. Теория дает технические принципы, которые не могут быть открыты на основе экстраполяции известных процессов. Теория может играть роль эвристики в изобретении. Научное исследование также может открыть «черный ящик» функциональных взаимосвязей подчинением факторов, вовлеченных в причинный и элементный анализ. Примеры: научный анализ служит решению проблем технического прогресса: 1) улучшение производства стали с по мощью базисного процесса Джилкриста — Томаса (1871 — 1879), изобретенного двоюродными братьями Перси Джилкристом и Сиднеем Джилкристом Томасом; 2) пример «законов конструирования локомотивов» Фердинанда Редтенбахера (1855) - проблема устойчивости локомотивов при высокой скорости.

В представлении ученых XIX века растущее значение науки для техники видится часто не как результат спроса техники на научное решение проблем, а как результат поставки новой техники, следующей за автономным развитием теоретической науки - телеграф и другие технические средства в области электричества Отсюда мнение, что чистое и фундаментальное исследование является основой технического прогресса. Так ученые стремились защитить свою незадолго до того приобретенную профессиональную автономию от спроса на науку, ориентированного на технические применения. Пастер: «Существует наука, и существуют приложения науки, соединенные вместе, как фрукты на дереве, на котором они растут», т.е. нет прикладной науки.

Техническое развитие в конце XIX века и в растущей степени в XX веке, вызванное капитализмом и войной, ведет к расширению исследований и разработок в промышленности, к созданию независимых институтов по прикладным исследованиям и к сдвигу технического образования от обучения на рабочем месте к академическому. Соединение научного и технического прогресса является во многих аспектах плодом «модели поставок» XIX века. Знание о природе и техника теперь имеют тенденцию к унификации на уровне теории. В XX веке разработка полезной техники через построение научной теории становится возможной и может быть стратегически планируемой Процесс увязывания технических явлений с фундаментальнои теорией посредством специальных моделей имеет два дополнительных аспекта: 1) формулировку теорий для технических структур, 2) конкретизацию общих научных теорий. Химическая технология и механика сплошных сред будут служить иллюстрацией обоих этих аспектов. Теория механики сплошных сред может быть названа теоретической техникой: она не возникает путем систематизации соответствующей техники. В XIX веке теоретическая и техническая гидравлика развивались параллельно, почти без связи друг с другом. Переход к техническим теориям в области механических эффектов жидкости был результатом не систематизированной техники, а теоретических усилий. Техника аэронавтики была с самого начала научной техникой, не только в том методологическом смысле, что первые проектировщики самолетов ставили научные эксперименты (братья Райт имели даже аэродинамическую трубу), но также в том смысле, что теория играла решающую роль в развитии этой техники.

Другого рода связь с естественной наукой может быть найдена в более формальных теориях техники, например, в теории систем или теории информации (кибернетике). Они используют математику и логику для того, чтобы понять формальные структуры искусственных систем обработки информации. Вначале теория информации столкнулась с задачей разработки техники для передачи сообщений, она была впоследствии интегрирована в общую теорию систем обработки информации. Эта теория теперь применима не только к информатике (computer science), но и в кибернетических моделях биохимических, психологических и коммуникационных структур.

Технический прогресс достиг стадии, на которой его теоретические способности производят как побочный продукт специальные теории естественных процессов.

 

Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках

Эмпирическое и теоретическое в технической теории

Эмпирический уровень технической теории образуют конструктивно-технические и технологические знания, являющиеся результатом обобщения практического опыта при проектировании, изготовлении, отладке и т.д. технических систем. Конструктивно-технические знания преимущественно ориентированы на описание строения (или конструкции) технических систем, представляющих собой совокупность элементов, имеющих определенную форму, свойства и способ соединения.  Технологические знания фиксируют методы создания технических систем и принципы их использования. Эмпирический уровень технической теории содержит в себе не только конструктивно-технические и технологические знания, которые по сути дела ориентированы на обобщение опыта инженерной работы, но и особые практико-методические знания, представляющие собой практические рекомендации по применению научных знаний, полученных в технической теории, в практике инженерного проектирования (здесь – неявное знание М. Полани).

Теоретический уровень научно-технического знания включает в себя три основные уровня теоретических схем: функциональные, поточные и структурные.

Функциональная схема фиксирует общее представление о технической системе, независимо от способа ее реализации, и является результатом идеализации технической системы на основе принципов определенной технической теории. Функциональные схемы совпадают для целого класса технических систем. например, в теории электрических цепей представляют собой графическую форму математического описания состояния электрической цепи. Каждому функциональному элементу такой схемы соответствует определенное математическое соотношение, - скажем, между силой тока и напряжением на некотором участке цепи или вполне определенная математическая операция (дифференцирование, интегрирование и т.п.).

Поточная схема, или схема функционирования, описывает естественные процессы, протекающие в технической системе и связывающие ее элементы в единое целое. . Блоки таких схем отражают различные действия, выполняемые над естественным процессом элементами технической системы в ходе ее функционирования. Такие схемы строятся исходя из естественнонаучных (например, физических) представлений.

Теория электрических цепей, к примеру, имеет дело не с огромным разнообразием конструктивных элементов электротехнической системы, отличающихся своими характеристиками, принципом действия, конструктивным оформлением и т.д., а со сравнительно небольшим количеством идеальных элементов и их соединений, представляющих эти идеальные элементы на теоретическом уровне. К таким элементам относятся прежде всего емкость, индуктивность, сопротивление, источники тока и напряжения. Поточные схемы в общем случае отображают не обязательно только физические процессы (электрические, механические, гидравлические и т.д.), но и химические, если речь идет о теоретических основах химической технологии и вообще любые естественные процессы. Поскольку сегодня активно развивается биотехнология, в сферу технических наук попадают и биологические процессы. В предельно общем случае поточные схемы отображают не только естественные процессы, но и вообще любые потоки субстанции (вещества, энергии, информации). Причем в частном случае эти процессы могут быть редуцированы к стационарным состояниям, но последние могут рассматриваться как вырожденный частный случай процесса.

Структурная схема технической системы фиксирует те узловые точки, на которые замыкаются потоки (процессы функционирования). Это могут быть единицы оборудования, детали или даже целые технические комплексы, представляющие собой конструктивные элементы различного уровня, входящие в данную техническую систему, которые могут отличаться по принципу действия, техническому исполнению и ряду других характеристик. Такие элементы обладают кроме функциональных свойств свойствами второго порядка, т.е. теми, которые привносят с собой в систему определенным образом реализованные элементы, в том числе и нежелательными (например, усилитель - искажения усиливаемого сигнала). Структурная схема фиксирует конструктивное расположение элементов и связей (т.е. структуру) данной технической системы и уже предполагает определенный способ ее реализации. Такие схемы, однако, сами уже являются результатом некоторой идеализации, отображают структуру технической системы, но не являются ни ее скрупулезным описанием в целях воспроизведения, ни ее техническим проектом, по которому может быть построена такая система. Это - пока еще теоретический набросок структуры будущей технической системы, который может помочь разработать ее проект, т.е. продуцированный технической теорией исходный пункт для последующей инженерной деятельности, или исходное теоретическое описание, теоретическая схема уже существующей технической системы с целью ее теоретического расчета и поиска возможностей для усовершенствования (или разработки на ее основе новой системы).

В технических науках это понятие получило более широкое толкование как процедура решения инженерных задач на теоретических схемах с помощью ряда их эквивалентных замен и упрощений. Сущность метода аппроксимации заключается в компромиссе между точностью и сложностью расчетных схем. Точная аппроксимация обычно приводит к сложным математическим соотношениям и расчетам. Слишком упрощенная эквивалентная схема технической системы снижает точность расчетов.

Основные фазы формирования технической теории

Первые технические теории формировались как приложение физических теорий к конкретным областям инженерной практики, как правило, в две фазы. На первой фазе образуется новое прикладное исследовательское направление и формируются новые частные теоретические схемы, на второй - развертываются обобщенные теоретические схемы и математизированная теория.

Развитие технической теории проходит двумя основными способами - эволюционным и революционным. В первом случае происходит выделение новых исследовательских направлений и областей исследования в рамках одной и той же фундаментальной теоретической схемы; во втором - происходит смена одной фундаментальной теоретической схемы на другую при переходе в новое семейство научно-технических дисциплин. Примером такого перехода является изменение парадигмы научного и инженерного мышления в радиолокационной системотехнике, а именно - когда электродинамическая картина мира замещается системно-кибернетической. Радиолокация попадает в новое семейство научно-технических дисциплин, имеющих системную ориентацию. Переход от классической радиолокации к радиолокационной системотехнике - это прежде всего переход от разработки отдельных радиолокационных станций различного назначения к созданию многофункциональных систем.