Текст книги "Роль моделей в теории познания"

Таким образом, эксперимент – это вид деятельности, предпринимаемой в целях научного познания, открытия объективных закономерностей и состоящий в воздействии на изучаемый объект (процесс) посредством специальных инструментов и приборов, благодаря чему удается:

1) устранять, изолировать изучаемое явление от влияния побочных, несущественных и затемняющих его сущность влияний и изучать его в чистом виде;

2) многократно производить ход процесса в строго фиксированных, поддающихся контролю и учету условиях;

3) планомерно изменять, варьировать, комбинировать различные условия в целях получения искомого результата.

Из данного определения вытекает, что эксперимент представляет собой по своей внутренней природе органическое единство практического действия и теоретической работы мысли. Эксперимент невозможен без сочетания материального преобразующего воздействия на внешний мир и целенаправленной теоретической деятельности человека. С.И. Вавилов справедливо замечает, что «к опыту редко обращаются наудачу, в поисках новых неожиданных явлений… Экспериментатор всегда, прежде чем предпринять опыт, ставит вопрос о его целесообразности».

Структура обычного эксперимента

Для того чтобы выяснить, как относится метод изучения явлений посредством их действующих моделей к эксперименту, следует более подробно рассмотреть структуру последнего.

Вопрос о структуре эксперимента фактически не подвергался систематическому исследованию. Хотя Ф. Бэкон один из первых раскрыл значение эксперимента, практики для познания, а Дж. Ст. Милль дал описание основных методов экспериментального исследования причинных связей, однако никто в домарксистской философии не исследовал внутренней структуры эксперимента, тем более в том объеме, в котором мы определили это понятие.

Для исследования структуры эксперимента воспользуемся сопоставлением его с другим видом практики – с процессом производства, структура которого была раскрыта Марксом в «Капитале».

Так как и эксперимент, и производительный труд представляют собой вид практики, то не удивительно, что между ними имеется много общего в их существенных элементах. И в том, и в другом случае налицо: во-первых, предмет деятельности (предмет производства и предмет экспериментального исследования); во-вторых, средство воздействия (средства и орудия труда и экспериментальные средства – приборы, инструменты и т.п.); в-третьих, целесообразная деятельность (сам производительный труд в одном случае и сам процесс экспериментального исследования, деятельность экспериментатора – в другом). Таким образом, простые элементы всякого процесса труда имеют своих аналогов в виде соответствующих элементов экспериментальной деятельности. Эта аналогия, показывающая, что эксперимент как вид практики характеризуется взаимосвязью своих важнейших элементов, позволяет глубже проникнуть в структуру эксперимента и изучать ее более детально.

На основании проведенного сравнения эксперимента с трудовой деятельностью, с процессом труда можно всякий эксперимент расчленить на три основные составляющие:

1) деятельность экспериментатора как познающего субъекта;

2) объект или предмет экспериментального исследования;

3) средства (инструменты, приборы, экспериментальные установки), при помощи которых осуществляется эксперимент.

Деятельность экспериментатора является необходимым элементом всякого опыта. Это настолько очевидно, что специальное упоминание об этом кажется тривиальностью. Однако такое упоминание имеет смысл не только для полноты анализа основных сторон эксперимента, но и в качестве исходного положения для выяснения того, какие стороны человеческой деятельности при этом существенны.

Иногда обсуждается вопрос о том, насколько существенным для эксперимента является логическое мышление. Порой высказывается мнение о том, что, поскольку в марксистской гносеологии говорится о единстве теории и практики как самостоятельных моментах познания, не следует теорию, а поэтому и теоретическое мышление включать в эксперимент (практику).

Нельзя полностью исключать из эксперимента какой бы то ни было вид познавательной деятельности человека. Необходимо иметь в виду, что эксперимент является формой общественной деятельности человека. Хотя экспериментирует индивидуум или несколько индивидуумов, объединенных в том или ином коллективе, деятельность каждого из них возможна на основе деятельности многих миллионов людей – производителей материальных благ, создателей экспериментальной аппаратуры, деятелей науки, подготовивших используемые в эксперименте знания. Поэтому экспериментатор не только приводит в движение «принадлежащие его телу естественные силы – руки и ноги, голову и пальцы», но и использует также результаты труда производителей, воплощенные в материальных средствах эксперимента. Кроме того, он опирается на достижения науки и техники, знания и экспериментальную методику, созданные, отработанные, накопленные творческими усилиями не только современников, но и представителей других поколений. При этом, разумеется, особенно ценным является творческий вклад самого экспериментатора, ясность мысли, проницательность, остроумие, наблюдательность, смелость, терпеливость, настойчивость и другие черты, необходимые исследователю.

Все, что характеризует деятельность, способности и уровень развития, квалификацию, знания человека, мы будем называть субъективной стороной эксперимента. Термин «субъективный» в этом смысле не означает чего-то отрицательного или ошибочного, он не обозначает наличия каких-нибудь недостатков или слабостей экспериментатора, а просто выражает тот факт, что эксперимент осуществляется познающим субъектом.

К субъективной стороне эксперимента относятся:

1) особенности органов чувств человека, воспринимающих информацию, полученную в процессе наблюдения;

2) теоретические способности и вообще деятельность логического мышления;

3) уровень научных знаний и духовной культуры, квалификация и способности экспериментатора;

4) поставленные и сформулированные цели и задачи эксперимента;

5) сама деятельность, активность экспериментатора.

Конечно, все эти моменты должны рассматриваться как субъективные не в абсолютном смысле, а в относительном. Они являются в такой же мере объективными, как и субъективными. Так, работа органов чувств происходит по объективным законам, в основе их деятельности лежит определенная форма движения материи, а результаты этой деятельности – ощущения – обладают объективным содержанием. Черты объективности характеризуют и теоретические способности экспериментатора, и тем более научные знания, используемые при постановке опыта и реализованные в приборах, и уж, конечно, саму деятельность экспериментатора. Но все эти моменты являются также и субъективными, так как они являются достоянием познающего и экспериментирующего субъекта. Поэтому все перечисленные моменты характеризуются единством субъективности и объективности. Но если рассматривать эти моменты не сами по себе, а в их отношении к средствам экспериментального исследования и предмету исследования, то на первый план выступает субъективная сторона, и в этом отношении их следует считать субъективной стороной эксперимента.

К объективной стороне эксперимента относятся как предмет исследования, так и экспериментальные средства (приборы, инструменты, установки и т.п.). В связи с этим целесообразно различать понятие гносеологического объекта и понятие объекта изучения предмета исследования.

В понятие гносеологического объекта входят и предмет исследования и экспериментальные средства, потому что они представляют собой материальные процессы, существующие объективно и действующие по объективным законам природы независимо от того, построены ли они человеком или созданы природой. С этой точки зрения можно (как это делает В. А. Фок, рассматривая гносеологические вопросы квантовой механики) отождествить и прибор, и объект исследования, ибо нелепо было бы считать, что один из них обладает меньшей степенью объективной реальности, чем другой. «Не следует думать, что прибор, – пишет В. А. Фок, имея в виду это обстоятельство, – есть обязательно нечто сделанное человеческими руками. Можно рассматривать как прибор всякий предмет, реализующий определенное взаимодействие с объектом: например, роль прибора играет магнитное поле Земли, влияющее на движение космических частиц; аналогичную роль играют залежи радиоактивных элементов в земной коре, которые являются своеобразными «часами» для определения длительности геологических эпох»2020
  В.А. Фок. Основные законы физики в свете диалектического материализма. Вестн. ЛГУ, 1949, № 4, с. 43.


[Закрыть].

Объединение с этой точки зрения экспериментальных средств и объекта изучения в общее понятие гносеологического объекта имеет существенное значение в связи с тем, что иногда пытаются (особенно при интерпретации роли прибора в квантовой механике) отнести экспериментальные средства к субъективной стороне эксперимента и в случаях, когда возмущения, вносимые прибором в предмет исследования (атомные объекты), весьма значительны, делают незаконные выводы о зависимости объекта от субъекта (познающий субъект при помощи прибора якобы приготовляет или творит объект).

Понятие же гносеологического объекта, как оно было здесь сформулировано, позволяет трактовать любые взаимодействия между прибором и исследуемым явлением как вполне объективные процессы с гносеологической точки зрения, как в равной степени независимые от субъекта, безотносительно к тому, сделаны ли они человеком или существуют естественным образом.

Однако за пределами этой общегносеологической точки зрения (связанной с решением основного вопроса философии) при исследовании структуры эксперимента мы обязаны расчленить понятие гносеологического объекта на понятия: «объект исследования» и «экспериментальные средства исследования», ибо в структуре эксперимента их роль неодинакова.

Объект экспериментального исследования, подобно предмету труда может быть дан природой, как, например, солнечный свет в опытах Ньютона с призматическим разложением света. Однако значительно чаще объект участвует в эксперименте в форме, приданной ему специально либо предшествующим трудом вообще, либо соответствующим экспериментом.

Объект исследования может выступать в эксперименте или в качестве явления, в котором воплощается ожидаемый согласно какой-либо гипотезе эффект (например, дифракция – для гипотезы о волновой природе света или электронов); или – явления, подвергаемого анализу, измерению; или – веществ, из которых синтезируется новое вещество; или – носителя исследуемых свойств, и т.д. Однако, несмотря на все разнообразие аспектов экспериментального изучения объекта, в обычном эксперименте он всегда выступает, так сказать, в своем натуральном виде. Здесь имеют дело непосредственно с самим предметом исследования, а не с его заместителем.

Экспериментальными средствами исследования являются приборы, инструменты, аппараты, экспериментальные установки и другие орудия или вещества, при помощи которых экспериментатор воздействует на предмет исследования или осуществляет другие необходимые операции. Из колоссального разнообразия экспериментальных средств, растущего по мере технического и научного прогресса, можно выделить следующие основные виды:

а) приготовляющие устройства (источники света или электрического тока, генераторы элементарных частиц или волн и т.п.);

б) изолирующие устройства (вакуумные насосы и приборы, защитные экраны и т.п.);

в) устройства, непосредственно осуществляющие воздействие на объект (преломляющие среды, призмы для света, дифракционные решетки, щели, магнитные поля и т.д.);

г) средства усиления и преобразования (микроскопы, ускорители частиц и т.п.);

д) регистрирующие и измеряющие устройства (шкалы, гальванометры, счетчики, самозаписывающие устройства, эмульсионные пластинки и т.п.).

Разумеется, данное расчленение экспериментальных средств на указанные пять групп не является абсолютным, так как часто трудно бывает отнести прибор или инструмент только к одной из перечисленных групп. Так, например, в ускорителе элементарная частица подвергается и воздействию магнитных полей, в камере Вильсона частица взаимодействует с окружающей средой и т.д. Вообще воздействие прибора на объект не является монополией приборов группы «в», оно фактически в той или иной степени имеется всегда и везде, во всех устройствах – приготовляющих, изолирующих, усиливающих, регистрирующих и измеряющих. В микроскопическом эксперименте это взаимодействие объекта и соответствующего прибора либо несущественно и относительно мало, либо сравнительно легко поддается учету и контролю, между тем как в экспериментах с микрочастицами проблема взаимодействия прибора и частицы представляет известные трудности.

Как бы ни различалась в эксперименте роль тех или иных экспериментальных устройств или приборов, их назначение состоит в том, чтобы служить проводником воздействия человека на изучаемый предмет. Подобно орудию труда, которое рабочий помещает между собой и предметом труда, чтобы воздействовать на предмет труда, обработать его, изменить его форму, экспериментальные средства служат проводниками воздействий экспериментатора на предмет познания. Экспериментальные средства в отличие от непосредственного созерцания, от простого наблюдения опосредствуют отношение человека к предмету исследования. В эксперименте человек имеет дело уже не непосредственно с изучаемыми явлениями, а с экспериментальными установками, приборами, инструментами, которые воздействуют на объект и дают экспериментатору информацию об объекте. Экспериментальные средства являются подлинными посредниками в познавательном, активном отношении человека к природе. Их использование позволяет неограниченно преодолевать биологическую, природную ограниченность органов чувств человека, отражающих окружающий мир лишь в сравнительно узком диапазоне явлений и свойств, обусловленных биологическим приспособлением организма к среде. Экспериментальные средства, как и орудия в процессе труда, углубляют и расширяют область взаимодействия человека, его познавательных способностей (в частности, органов чувств), с явлением окружающего мира, включая в нее по мере развития производства, техники и науки новые и новые «слои бытия», формы материи, закономерности движения.

Маркс писал, что средство труда, сначала данное рабочему самой природой, «становится органом его деятельности, органом, который он присоединяет к органам своего тела, удлиняя таким образом, вопреки библии, естественные размеры последнего»2121
  К. Маркс, Ф. Энгельс, Соч., т. 23, с. 190.


[Закрыть]. Современные средства труда и средства экспериментирования не только количественно увеличивают познавательные возможности, но позволяют осуществлять такие качественные преобразования в объектах исследования, построить такую цепь взаимодействий и превращений, что недоступный предмет становится опосредованно, через прибор доступным косвенно для чувственного восприятия. Опосредованное приборами, оно позволяет видеть невидимое (следы элементарных частиц в камере Вильсона или в толстослойных эмульсионных пластинах), слышать неслышимое и т.д. При этом процесс опосредования достиг в современном эксперименте колоссальной сложности и складывается из множества различных ступеней, каждая из которых может в известном смысле выступать как самостоятельный эксперимент. К числу средств, расширяющих сферу опытного исследования и опосредующих чувственное познание, относятся действующие материальные модели, использование которых представляет собой особую форму эксперимента.

Может показаться, что всякий корректно поставленный эксперимент предполагает использование действующей модели.

В самом деле, поскольку в экспериментальной установке исследуется явление в чистом виде и полученные результаты характеризуют не только данное единичное явление в данном единичном опыте, но и другие явления этого класса, на которые переносятся каким-то способом результаты опыта, постольку данное явление можно считать в известном смысле моделью других явлений этого же класса. Однако это не так, ибо отношение между явлением, которое изучается в данном единичном эксперименте, и другими явлениями этой же области есть отношение тождества, а не аналогии, между тем как именно последняя существенна для модельного отношения.

Поэтому следует выделить особую форму эксперимента, для которой характерно использование действующих материальных моделей в качестве специальных средств экспериментального исследования. Такая форма эксперимента называется модельным экспериментом, или моделированием.

Существенным отличием модельного эксперимента от обычного является его своеобразная структура.

Отличительная особенность структуры модельного эксперимента заключается не в его субъективной стороне, а в объективной, в характере средств исследования и их отношении к объекту исследования. В то время как в обычном эксперименте средства экспериментального исследования так или иначе непосредственно взаимодействуют с объектом исследования, в модельном эксперименте взаимодействия нет, так как здесь экспериментируют не с самим объектом, а с его заместителем. При этом примечательным является то, что объект-заместитель и экспериментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в одно целое. «Моделирование, – пишет академик Л. И. Седов, – это есть замена изучения интересующего нас явления в натуре изучением аналогичного явления на модели меньшего или большего масштаба, обычно в специальных лабораторных условиях. Основной смысл моделирования заключается в том, чтобы по результатам опытов с моделями можно было дать необходимые ответы о характере эффектов и о различных величинах, связанных с явлением в натурных условиях»2222
  Л. И. Седов. Методы подобия и размерности в механике. Гостехиздат, М., 1957, с. 53–54.


[Закрыть].

Рассмотрим в этой связи более подробно структуру модельного эксперимента на конкретном примере. Возьмем для этого модель движения газов в паровом котле, описанную в работе М. В. Кирпиче-ва и М. А. Михеева2323
  М. В. Кирпичев и М. А. Михеев. Моделирование тепловых устройств. Изд. АН СССР, М., 1936, с. 108-117.


[Закрыть]. Такая модель строится и изучается следующим образом. Промышленные испытания котла-объекта дают некоторые данные и параметры, представленные в виде характеристических величин. При помощи соответствующих теоретических средств (логические правила, математические средства, правила и критерии теории подобия) производится расчет модели, который позволяет решить вопрос об оптимальных условиях конструкции модели (ее размеры, физическая природа моделирующих элементов, выбор материалов, способы и цели ее последующего исследования). Таким образом, первым этапом являются теоретический расчет модели и теоретические соображения о задачах, целях и способах последующего экспериментирования с ней. Этот этап целиком укладывается в субъективную сторону эксперимента, к которой также относится и последующая деятельность экспериментатора по созданию модели, хотя, конечно, этим его деятельность не исчерпывается. Последняя, далее, будет заключаться в наблюдении, измерении, изменении условий, повторении условий работы самой модели.

Например, изучение модели котла состоит в следующем. Не ограничиваясь простым наблюдением, которого явно недостаточно, производят фотографирование, пользуясь специальным освещением (при помощи сильных источников света и рассеивающих экранов), создают штриховые рисунки, «которые, хотя носят отпечаток субъективности, все же отличаются большой простотой и наглядностью». Для улучшения условий наблюдения за движением жидкости по трубкам пользуются различными способами ее подкрашивания. Затем производятся измерения давления или скорости движения воды или газов, расхода жидкости, температуры, количества тепла и т.п.

Таким образом, на новом этапе эксперимента, когда модель построена, субъективная деятельность экспериментатора продолжается, но к ней присоединяются новые моменты, относящиеся к объективной стороне эксперимента: сама модель (т.е. некоторая экспериментальная установка) и технические средства (лампы, экраны, фотоаппараты, химические вещества, термометры, калориметры и другие измерительные приборы), при помощи которых осуществляются наблюдения и измерения. Все эти средства, которыми пользуются при изучении модели, представляют собой материальные средства, характеризующие объективную сторону всякого эксперимента. Но здесь, помимо них, к объективной стороне относится сама модель, в нашем случае – модель парового котла.

Законно поставить вопрос: каково же место модели в эксперименте? Очевидно, что она представляет собой часть гносеологического объекта, как и средства экспериментального исследования, но входит ли она целиком в состав последних или же является чем-то отличным от них?

С одной стороны, очевидно, что модель построена не как самоцель, а как средство изучения какого-то другого объекта, который она замещает, с которым она находится в определенных отношениях сходства или соответствия. Исследователя интересуют свойства модели не сами по себе, а лишь постольку, поскольку их изучение позволяет судить о свойствах другого предмета, получать о нем некоторую информацию. Этот предмет и выступает как подлинный объект изучения, а по отношению к нему модель является лишь средством экспериментального исследования. С другой стороны, в данном эксперименте она является предметом изучения. Изучается режим ее работы в определенных условиях, над ней не только ведутся визуальные наблюдения, но производятся измерения ее параметров при помощи специальных приборов. Она подвергается определенным причинным воздействиям, и экспериментатор регистрирует реакцию данной системы на эти планомерные воздействия и т.п. Словом, в данном эксперименте изучается модель как некий объект исследования, и в этом отношении она является объектом изучения.

Таким образом, обнаруживается двоякая роль, которую модель выполняет в эксперименте: она одновременно является и объектом изучения (поскольку она замещает другой, подлинный объект), и экспериментальным средством (поскольку она является средством познания этого объекта).

Вследствие двоякой роли модели структура эксперимента существенно изменяется, усложняется. Если в обычном, или натурном, эксперименте объект исследования и прибор находились в непосредственном взаимодействии, так как экспериментатор с помощью прибора воздействовал прямо на изучаемый объект, то в модельном эксперименте внимание экспериментатора сосредоточено на исследовании модели, которая теперь подвергается всевозможным воздействиям и исследуется с помощью приборов. Подлинный же объект изучения непосредственно в самом эксперименте не участвует.

Для модельного эксперимента характерны следующие основные операции:

1) переход от натурного объекта к модели – построение модели (моделирование в собственном смысле слова);

2) экспериментальное исследование модели;

3) переход от модели к натурному объекту, состоящий в перенесении результатов, полученных при исследовании, на этот объект.

Модель входит в эксперимент, не только замещая объект исследования, она может также замещать и условия, в которых изучается некоторый объект обычного эксперимента.

А. И. Китов и Н. А. Криницкий следующим образом описывают новый метод моделирования путем сочетания реального образца аппаратуры управления объектом с интегрирующей машиной: «Интегрирующая машина заменяет управляемый объект. Она решает уравнения движения объекта и подает в аппаратуру управления электрические сигналы, характеризующие движение объекта: скорость, ускорение, характеристики колебательного движения и т.д. Таким образом, аппаратура управления получает от интегрирующей машины те же сигналы, какие она получала бы от измерительных элементов, определяющих положение объекта во время реального движения. Таким образом, в лабораторной обстановке создаются условия для экспериментальной проверки и отработки любой аппаратуры управления движущимися объектами. Этот метод имеет большое значение, в частности, при отработке систем управления реактивных снарядов, самолетных автопилотов и других объектов»2424
  А. И. Китов и Н. А. Криницкий. Электронные цифровые машины и программирование. Физматгиз, М., 1959, с. 15.


[Закрыть].

В описанных экспериментах объектом исследования является сама аппаратура управления, а то, что здесь называется объектом, во взаимодействии с которым изучается работа аппаратуры, представляет собой, с точки зрения структуры эксперимента, условия, в которые ставится объект изучения. Таким образом, модель (в данном примере интегратор) замещает условия, в которых проводится обычный эксперимент. Указанный метод является примером сочетания обычного эксперимента с модельным.

Хотя здесь моделируется не объект изучения, а условия, в которых этот объект изучается, осуществляются те же операции и возникают аналогичные проблемы. Этими операциями являются:

1) построение модели условий, т.е. переход от некоторых реальных условий (натуры) к их заместителю;

2) экспериментальное изучение взаимодействий объекта изучения с моделируемыми условиями;

3) переход к естественным условиям, состоящий в перенесении результатов изучения объекта во взаимодействии с моделью условий на случай, когда объект взаимодействует с реальными условиями. Отсюда видно, что при таком комбинированном «натурно-модельном» эксперименте, поскольку в нем употребляется модель, возникают такие же вопросы, а именно: основание для замещения натурных условий моделью и экстраполяция результатов эксперимента на натурные условия.

Ответы на эти фундаментальные вопросы теории и практики моделирования потребовали специальных исследований, в результате которых выяснилось, что решение вопросов об основаниях моделирования различается в зависимости от особенностей разных групп материальных моделей.

Независимо от окончательного вывода о познавательных возможностях модельных экспериментов следует сразу же обратить внимание на то, что в структуре этих экспериментов значительно усилена роль теоретической стороны исследования. Теория становится необходимым звеном, связывающим постановку опыта и его результаты, с объектом исследования. Если обычный эксперимент предполагает наличие теоретического момента в начальной стадии опыта – выдвижение гипотезы, ее оценку, выведение следствий, теоретические соображения, связанные с конструкцией экспериментальной установки, а также на завершающей стадии – обсуждение и интерпретацию полученных данных, их обобщение, то в модельном эксперименте, кроме того, необходимо теоретически обосновать отношение подобия между моделью и натурным объектом и возможность экстраполировать на этот объект полученные данные. Без этого обоснования модельный эксперимент теряет свое специфическое познавательное значение, ибо он перестает быть источником информации о действительном, или натурном, объекте. Таким образом, в модельном эксперименте теоретическая сторона представлена значительно сильнее, чем в обычном, он в еще большей степени является соединением теории и практики.

Хотя модельный эксперимент расширяет возможности экспериментального исследования ряда объектов, в отмеченном только что обстоятельстве нельзя не заметить некоторой слабости этого метода по сравнению с обычным экспериментом. Включение теории (сознательной деятельности субъекта) в качестве звена, связывающего модель и объект, может стать источником ошибок, что снижает доказательную силу модельного эксперимента. Однако неограниченные возможности практического исследования свойств, поведения, закономерностей объектов, недоступных по каким-либо причинам для обычного непосредственного экспериментирования, возможности открытия новых способов расширения сферы человеческого познания путем применения модельного эксперимента свидетельствуют о том, что его роль, значение и место в структуре научного познания будут неуклонно возрастать.

Поскольку в модельном эксперименте непосредственному исследованию подвергается модель, а результаты исследования экстраполируются на моделируемый объект, то теоретическое обоснование права на эту экстраполяцию является обязательным условием и составной частью такого эксперимента. Поэтому характеристика теоретических средств, при помощи которых обеспечивается перенос результатов исследования модели на действительный объект изучения, является необходимой составной частью описания сущности всякого модельного эксперимента.