Лекция 9 (2 ч.). Естественные и технические науки

Классификация естественных и технических наук:

Первый класс наук составляют естественные науки. Науки о природе представляют собой тот простейший неразвёрнутый случай первого класса наук или первую группу наук этого класса. Повторим ещё раз применительно к данному случаю, что в итоге естественнонаучного познания из его содержания должно быть полностью элиминировано всё привнесённое от самого исследователя (субъекта) в процессе познания, в ходе научного открытия; закон природы или естественнонаучная теория только в том случае оказываются правильными, если они объективны по содержанию. Однако элиминировать полностью субъективный момент можно и должно лишь в отношении содержания научного познания, но не его формы, поскольку последняя несёт на себе неизбежный отпечаток познавательного процесса. К этой же первой группе первого класса наук примыкают математические и абстрактно-математизированные науки, относящиеся к числу таких наук, которые различаются между собой по своему объекту (предмету).

Ко второму классу наук относятся науки, различающиеся по методу исследования, который, в конечном счёте определяется природой изучаемого объекта (предмета), но в который дополнительно вкраплена известная доля субъективного момента. Ибо речь тут идёт не просто об объекте (предмете), существующем вне и независимо от нашего сознания, а о применённых нами приёмах и способах его изучения, т.е. о том, каким образом он последовательно, шаг за шагом фиксируется в нашем сознании.

Третий класс наук составляют прикладные, практические, в том числе технические, науки. Здесь субъективный момент при сохранении детерминирующего значения объективного момента возрастает в наибольшей степени при определении практической значимости научных достижений, практической целенаправленности научных исследований. Если при выработке и применении метода исследования субъективный момент носит как бы переходящий, временный характер, то в практических науках он органически входит в качестве реализованной цели в конечный результат. Все практические, прикладные науки основаны на сочетании объективного момента (законы природы) и субъективного момента (цели технического использования этих законов в интересах человека).

Технические науки занимают лидирующее положение в системе наук. Это лидерство подтверждается не только тем, что большинство ученых развитых стран заняты в области технических наук, но и тем, что они поглощают большую часть расходов этих стран на науку и, в свою очередь, дают наибольший и непосредственный экономический эффект.

Второе обстоятельство, характеризующее положение технических наук в научном мире связано c тем, что эти науки выполняют роль своеобразного интегратора всех других областей научного знания и об этом следует сказать особо.

Связи, которые возникли между техническими и другими науками, имеют не случайный, а вполне обоснованный характер.

Технические науки занимают ключевое положение между естественными и общественными. Это обстоятельство Б.М. Кедров охарактеризовал следующим образом: "Техническая наука - двусторонняя, ибо одной своей частью она ориентирована на определенные отрасли человеческой деятельности, а другой - на особый тип природных форм движения, используемых технически. В одном случае накладывает большой отпечаток отрасли естествознания, а в другом - определенная отрасль человеческой деятельности, например, конкретная экономика. Поэтому-то технические науки и выступают как связующее звено между естественными и общественными науками, и са­ми они носят на себе определенный теоретический отпечаток"

Выявление специфики технических наук осуществляется обычно следующим образом: технические науки сопоставляются с естественными (и общественными) науками и параллельно рассматривается соотношение фундаментальных и прикладных исследований. При этом могут быть выделены следующие позиции:

1. технические науки отождествляются с прикладным естествознанием;

2. естественные и технические науки рассматриваются как равноправные научные дисциплины;

3. в технических науках выделяются как фундаментальные, так и прикладные исследования.

Технические науки нередко отождествляются с прикладным естествознанием. Однако в условиях современного научно-технического развития такое отождествление не соответствует действительности. Технические науки составляют особый класс научных (научно-технических) дисциплин, отличающихся от естественных, хотя между ними существует достаточно тесная связь. Технические науки возникали в качестве прикладных областей исследования естественных наук, используя, но и значительно видоизменяя заимствованные теоретические схемы, развивая исходное знание. Кроме того, это не был единственный способ их возникновения. Важную роль сыграла здесь математика. Нет оснований также считать одни науки более важными и значимыми, чем другие, особенно если нет ясности, что принять за точку отсчета.

Инженеры используют не столько готовые научные знания, сколько научный метод. Кроме того, в самих технических науках постепенно формируется мощный слой фундаментальных исследований, теперь уже фундаментальные исследования с прикладными целями проводятся в интересах самой техники. Все это показывает условность проводимых границ между фундаментальными и прикладными исследованиями. Поэтому следует говорить о различии фундаментальных и прикладных исследований и в естественных, и в технических науках, а не о противопоставлении фундаментальных и прикладных наук, неизменно относя к первым из них - естественные, а ко вторым - технические науки.

Сегодня все большее число философов техники придерживаются той, по нашему мнению, единственно верной точки зрения, что технические и естественные науки должны рассматриваться как равноправные научные дисциплины. Каждая техническая наука - это отдельная и относительно автономная дисциплина, обладающая рядом особенностей. Технические науки - часть науки и, хотя они не должны далеко отрываться от технической практики, не совпадают с ней. Техническая наука обслуживает технику, но является прежде всего наукой, т.е. направлена на получение объективного, поддающегося социальной трансляции знания.

Технические и естественные науки имеют одну и ту же предметную область инструментально измеримых явлений. Хотя они могут исследовать одни и те же объекты, но проводят исследование этих объектов различным образом.

Технические явления в экспериментальном оборудовании естественных наук играют решающую роль, а большинство физических экспериментов является искусственно созданными ситуациями. Объекты технических наук также представляют собой своеобразный синтез "естественного" и "искусственного". Искусственность объектов технических наук заключается в том, что они являются продуктами сознательной целенаправленной человеческой деятельности. Их естественность обнаруживается прежде всего в том, что все искусственные объекты в конечном итоге создаются из естественного (природного) материала. Естественнонаучные эксперименты являются артефактами, а технические процессы - фактически видоизмененными природными процессами. Осуществление эксперимента - это деятельность по производству технических эффектов и может быть отчасти квалифицирована как инженерная, т.е. как конструирование машин, как попытка создать искусственные процессы и состояния, однако с целью получения новых научных знаний о природе или подтверждения научных законов, а не исследования закономерностей функционирования и создания самих технических устройств. Поэтому, указывая на инженерный характер физического эксперимента, не следует при этом упускать из вида тот факт, что и современная инженерная деятельность была в значительной степени видоизменена под влиянием развитого в науке Нового времени мысленного эксперимента. Естественнонаучный эксперимент - это не столько конструирование реальной экспериментальной установки, сколько прежде всего идеализированный эксперимент, оперирование с идеальными объектами и схемами. Так, Галилей был не только изобретателем и страстным пропагандистом использования техники в научном исследовании, но он также переосмыслил и преобразовал техническое действие в физике. Быстрое расширение сферы механических искусств "обеспечило новые контролируемые, почти лабораторные ситуации, в которых он мог одним из первых наблюдать естественные явления... нелегко различимые в чистом состоянии природы". Цель физики - изолировать теоретически предсказанное явление, чтобы получить его в чистом виде. Вот почему физические науки открыты для применения в инженерии, а технические устройства могут быть использованы для экспериментов в физике.

Естественные науки. Окружающие нас объекты природы имеют внутреннюю структуру, т.е. в свою очередь сами состоят из других объектов (яблоко состоит из клеток растительной ткани, которая сложена из молекул, являющихся объединениями атомов и т.д.). При этом естественным образом возникают различные по сложности уровни организации материи: космический, планетарный, геологический, биологический, химический, физический. Представители естественных наук, занимающиеся изучением объектов какого-либо уровня могут достичь их полного описания лишь основываясь на знаниях более “низкого” (элементарного) уровня (невозможно понять законы жизнедеятельности клетки, не изучив химизм протекающих в ней реакций). Однако реальные возможности каждого отдельного исследователя весьма ограничены (человеческой жизни недостаточно не только для того, чтобы плодотворно заниматься изучением сразу нескольких уровней, но даже заведомо не хватает на сколько-нибудь полное освоение уже накопленных знаний о каком-то одном). Из-за этого возникло деление естественно научных знаний на отдельные дисциплины, примерно соответствующие вышеперечисленным уровням организации материи: астрономию, экологию, геологию, биологию, химию и физику. Специалисты, работающие на своем уровне, опираются на знания смежных наук, находящихся ниже по иерархической лестнице. Исключение составляет физика, находящаяся на “самом нижнем этаже” человеческих знаний (“составляющая их фундамент”): исторически сложилось так, что в ходе развития этой науки обнаруживались все более “элементарные” уровни организации материи (молекулярный, атомный, элементарных частиц...), изучением которых по-прежнему занимались физики.

Естественные науки различных уровней не обособлены друг от друга. При изучении высокоорганизованных систем возникает естественная потребность в информации о составляющих их элементах, предоставляемой дисциплинами “более низких” уровней. При изучении же “элементарных” объектов весьма полезны знания о их поведении в сложных системах, где при взаимодействиях с другими элементами проявляются свойства изучаемых. Примером взаимодействия наук разных уровней может служить разработка Ньютоном классической теории тяготения (физический уровень), возникшей на основе законов движения планет Кеплера (астрономический уровень), и современные концепции эволюции Вселенной, немыслимые без учета законов гравитации.

Естественные науки, находящиеся на нижних этажах иерархической лестницы, несомненно проще вышестоящих, поскольку занимаются более простыми. Однако, именно из-за простоты изучаемых объектов науки нижних уровней сумели накопить гораздо больше фактической информации и создать более законченные теории.

Обсуждавшаяся выше структура естествознания не содержит математики, без которой невозможна ни одна из современных точных наук. Это связано с тем, что сама математика не является естественной наукой в полном смысле этого понятия, поскольку не занимается изучением каких-либо объектов или явлений реального мира. В основе математики лежат аксиомы, придуманные человеком. Для математика не имеет решающего значения вопрос, выполняются ли эти аксиомы в реальности или нет (напр. в настоящее время благополучно сосуществует несколько геометрий, основанных на несовместных друг с другом системах аксиом).

Если математика заботит лишь логическая строгость его выводов, делаемых на основе аксиом и предшествующих теорем, естествоиспытателю важно, соответствует ли его теоретическое построение реальности. При этом в качестве критерия истинности естественнонаучных знаний выступает эксперимент, в ходе которого осуществляется проверка теоретических выводов.

В ходе изучения свойств реальных объектов часто оказывается так, что они приближенно соответствуют аксиоматике того или иного раздела математики (напр. положение небольшого тела можно приближенно описать, задав три его координаты, совокупность которых можно рассматривать как вектор в трехмерном пространстве). При этом ранее доказанные в математике утверждения (теоремы) оказываются применимыми к таким объектам.

Кроме сказанного, математика играет роль очень лаконичного, экономного и емкого языка, термины которого применимы к внешне совершенно разнородным объектам окружающего мира (вектором можно назвать и совокупность координат точки, и характеристику силового поля, и компонентный состав химической смести, и характеристику экономико-географического положения местности).

Очевидно, что более простые объекты нашего мира удовлетворяют более простым системам аксиом, следствия из которых математиками изучены более полно. Поэтому естественные науки “низших” уровней оказываются более математизированными.

Опыт развития современного естествознания показывает, что на определенном этапе развития естественно научных дисциплин неизбежно происходит их математизация, результатом которой является создание логически стройных формализованных теорий и дальнейшее ускоренное развитие дисциплины.

Несмотря на то, что естественные науки часто называют точными, практически любое конкретное утверждение в них носит приближенный характер. Причиной этого является не только несовершенство измерительных приборов, но и ряд принципиальных ограничений на точность измерений, установленных современной физикой. Кроме того, практически все реально наблюдаемые явления столь сложны и содержат такое множество процессов между взаимодействующими объектами, что их исчерпывающее описание оказывается не только технически невозможным, но и практически бессмысленным (человеческое сознание способно воспринять лишь весьма ограниченный объем информации). На практике исследуемая система сознательно упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

Основные этапы развития естествознания могут быть выделены, исходя из различных соображений. По мнению автора, в качестве основного критерия следует рассматривать доминирующий среди естествоиспытателей подход к построению их теорий. При этом оказывается возможным выделение трех основных этапов.

Естествознание древнего мира. Завершенного деления на дисциплины не существовало, создаваемые концепции в своем большинстве носили мировоззренческий характер. Экспериментальный метод познания в принципе допускался, но роль решающего критерия истинности эксперименту не отводилась. Верные наблюдения и гениальные обобщающие догадки сосуществовали с умозрительными и часто ошибочными построениями.

Классический период развития естествознания берет свое начало с экспериментальных работ Галилея (18 век) и длится до начала нашего столетия. Характеризуется четким разделением наук на традиционные области и даже несколько гипертрофированной ролью эксперимента в их развитии (“понять- значит измерить”). Эксперимент рассматривается не только как критерий истинности, но и как основной инструмент познания. Вера в истинность экспериментально добытых результатов столь велика, что их начинают распространять на новые области и проблемы, где соответствующей проверки не производилось. При обнаружении расхождений так создаваемых концепций с реально наблюдаемыми явлениями неизбежно возникало недоумение, граничащее с попытками отрицания самой возможности познания окружающего мира.

Современное естествознание характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных. Резкое удорожание науки, особенно экспериментальной. Как следствие - возрастание роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в области, где обнаружение новых явлений более вероятно. формулировка новых эвристических требований к создаваемым теориям: красоты, простоты, внутренней непротиворечивости, экспериментальной проверяемости, соответствия (преемственности). Роль эксперимента, как критерия истинности знания, сохраняется, но признается, что само понятие истинности не имеет абсолютного характера: утверждения, истинные при определенных условиях, при выходе за границы, в рамках которых проводилась экспериментальная проверка, могут оказаться приближенными и даже ложными. Современное естествознание утратило присущую классическим знаниям простоту и наглядность. Это произошло главным образом из-за того, что интересы современных исследователей из традиционных для классической науки областей переместились туда, где обычный “житейский” опыт и знания об объектах и происходящих с ними явлениях в большинстве случаев отсутствуют.

Без сомнения, технические науки с самого начала развивались в тесных взаимосвязях с естественными науками. Однако уже первые проявления технических наук были не только творческим переложением естественнонаучных данных. Они раскрывали также научное содержание технических проблем и указывали на необходимость их естественнонаучного изучения. Таким образом, уже ранняя техническая мысль стимулировала развитие естественных наук. Термодинамика, возникшая в первой половине 19 века, является типичным примером сказанному. Необходимо также учесть и то, что естественные науки не могли и не могут обходиться без арсенала технико-экспериментальных средств, постоянно расширяемых техническими науками.

В условиях научно-технической революции эти традиционные связи между естественными и техническими науками приобретают существенно новые черты. Раньше проблема познания законов была прерогативой фундаменталных наук, а выявление возможностей конструирования артефактов - предметом технических наук. В новых научных направлениях эти два ряда исследований находятся в тесной связи. Это, к примеру, характерно для бионики где процесс познания биологических систем непосредственно детерминирован инженерными задачами. Развитие в области полупроводников и микроэлектроники, лазерной и ядерной техники, криофизики, космонавтики или фармацевтики также выявляет зависимость естествоиспытателей от технических наук и технических условий их научной деятельности.

Взаимосвязь естественных и технических наук становится столь органичной, что во многих случаях оказывается затруднительным, а иногда и просто бессмысленным попытаться ответить на вопрос, к каким наукам отнести данное исследование - естественным или техническим. Это видно хотя бы из того, что в некоторых странах лазерную технику по традиции причисляют к физике, а в других странах - к техническим наукам.

Рассмотрим сначала отношения между естественными и техническими науками.

Без сомнения, технические науки с самого начала развивались в тесных взаимосвязях с естественными науками. Однако уже первые проявления технических наук были не только творческим переложением естественнонаучных данных. Они раскрывали также научное содержание технических проблем и указывали на необходимость их естественнонаучного изучения. Таким образом, уже ранняя техническая мысль стимулировала развитие естественных наук. Термодинамика, возникшая в первой половине 19 века, является типичным примером сказанному. Необходимо также учесть и то, что естественные науки не могли и не могут обходиться без арсенала технико-экспериментальных средств, постоянно расширяемых техническими науками.

Для современного развития взаимосвязи естественных и технических наук большое значение имеет естественнонаучная и математическая обработка технических проблем. Объем и содержание этой обработки приобретают новое качество. Технические науки в ходе своего развития наряду с исторически первоначально преобладавшими данными эмпирико-описательного характера стали давать выводы теоретико-поясняющего свойства. Теоретическое объяснение существующей или возможной техники все сильнее превращается в условие конструктивных и технологических решений, позволяющих создавать как комплексные технологические процессы, так и соответствующие машины и оборудование. Естественнонаучное и математическое обоснование технических наук вносит существенный вклад в создание теоретических предпосылок. Этот процесс осуществляется разными путями и на разных уровнях. Он предъявляет новые требования как к естественным и техническим наукам, так и к их взаимосвязи. Некоторые моменты этого процесса, столь важного для развития науки и находящегося во многих сферах исследования еще в начальной стадии, следует подчеркнуть особо.

Естественнонаучное и математическое обоснование технических наук вносит вклад в совершенствование технических средств и процессов путем использования новых принципов, которые сейчас, как правило, основываются на целесообразном применении современных данных естественных наук и математики.

Естественнонаучное и математическое обоснование технических наук продвигается вперед также за счет того, что немало современных технических средств и технологий берут свое начало непосредственно в познании и технологическом применении физических, химических либо биологических эффектов. В этом отношении показательна продукция микроэлектроники, интегральные схемы и технология их изготовления и применение в блоках управления и мини-ЭВМ, которые в значительной мере основа­ны на последних достижениях естественных наук и математики. Аналогичный характер имеют исследования способов получения и применения тонких пленок, которые уже используются в микроэлектронике, информационной технике и для улучшения металлических поверхностей.

Взаимосвязь технических наук с естественными и общественными нисколько не отменяет их специфики. Специфические черты технических наук лежат в русле специфики технического знания вообще, о котором уже шла речь. Однако здесь имеются определенные особенности, определяемые своеобразием технических наук как одним из видов технического знания.

Технические науки - это сложный комплекс наук, который классифицируется по различным основаниям. Так, технические науки выделяются по отраслям знания, производства, техники. В этом случае речь идет о прикладных исследованиях, опытно-конструкторских разработках и научном обслуживании производственных процессов. Иногда технические науки делятся по предмету знания на науки о материалах, энергии и технических устройствах. Технические науки расчленяются также на науки изучающие структуры, функции и процессные признаки технических объектов. Наконец, выделяются науки, исследующие законы и принципы построения новых технических устройств и представляющие собой теорию использования природных закономерностей в технических устройствах удовлетворяющих общественную практическую потребность, и науки изучающие технологические принципы массового производства и использования технических устройств. В этом случае говорят о технических и тех­нологических науках и утверждают, что первые имеют функции поиска и материализации технических идей, в вторые - поиск путей скорейшего производства техниче­ских устройств и их наилучшего использования для практики.

Специфичны и технические теории. Они используют понятие теоретического естествознания и вырабатываю свои собственные, являются эмпирически проверяемыми и представляют собой идеализированные модели действительности. Поскольку технические теории призваны описывать связи между характеристиками элементов структуры артефактов и их функционированием, они используют особую идеальную модель объекта - модель структуры объекта. Создается конструкция объекта, составленная из идеальных элементов, которые реализуют идеальный физический процесс. Здесь содержание модели фиксирует существенные черты артефакта и служит основанием теории для определенного типа технического устройства. Задача конструктора сводится к реализации в наибольшей степени свойств идеального объекта в конструктивных элементах. В концептуальном плане технические теории беднее, чем теории "чистой" науки, поскольку менее глубоки так как нацелены главным образом на конкретные конечные результаты.

Что касается законов технических наук, то они также имеют свою специфику. По своей сущности технические законы фиксируют устойчивые, необходимые, существенные и повторяющиеся при наличии определенных условий связи материальных образований технической области человеческой деятельности. В них реализуются строго заданные параметры материальных процессов, позволяющие создавать технические устройства. Законы технических наук являются феноменологическими и динамическими законами, выражающими количественные отношения технических объектов. Базируясь на экспериментальных данных, эти законы не столь точны как законы фундаментальных наук, отражают реальные связи объективного мира лишь приблизительно. Наконец, технические законы имеют ограниченный характер, они не универсальны и всегда имеются причины, ограничивающие сферу их действия.

Следует сказать и о специфике результатов технических наук, которые выступают не только в логических формах фиксации полученного знания, но и в виде конструктивных и технологических решений, практических рекомендаций, инженерно-справочного материала. То, что в других науках проходит идеализацию, в технических науках реализуется путем моделирования. Но постепенно (и довольно быстрыми темпами) технические науки из эмпирически сложившихся наук превращаются в систему теоретического знания.

Все элементы технических наук как системы знаний имеют свою специфику. В технических науках основным источником знания служит эксперимент, непосредственное наблюдение, сбор опытных данных. Главную роль здесь играют методы со значительным преобладанием содержательных средств исследования над формальными. Если в естественных науках образование новых понятий определяется успехами аналитического исследования и обобщением их в теории, то в технических науках новое понятие образуется на основе опыта, результатов естественных наук и использования математического аппарата. В первом случае мысль движется от анализа объективно существующего предмета к понятию, во втором - от знания законов природы к понятию а затем уже к материальному предмету. В последнем случае понятие формируется как образ будущего, еще не существующего предмета.

Однако в большинстве случаев обычно выделяют общетехнические науки, дающие общую теорию технических систем (теоретическая механика, электротехника, сопротивление материалов, теплотехника, гидравлика, теория механизмов и машин, технология машиностроения и др.) и частные технические науки (технология сварочного производства, станки и инструменты, автоматизация производственных процессов, приборы точной механики, технология литейного производства, робототехника, мехатроника, информатика и др.). Эту структуру технических наук можно считать общепринятой.

Таким образом, как специфическая область технического знания технические науки представляют собой определенную систему научных знаний, отличную от других областей человеческого знания. Основная ее особенность - нацеленность на практику, на технику. Именно через технические науки осуществляется связь всего корпуса научных знаний с техникой на протяжении всей истории науки и техники.

Контрольные вопросы:

1. В чем отличие между естественными и техническими науками?

2. Назовите основные этапы развития естествознания.

3. Каковы место и роль математики в естественных и технических науках?

4. В чем заключается специфика технических наук?

5. Какие общетехнические науки вам известны?

Список литературы

Основная литература

1. Бегинин, В.И. История и методология науки: учебно-метод. пособие для аспирантов, магистров, и студ. всех спец. [Текст] – Саратов: ФГБОУ ВПО "Саратовский ГАУ", 2012. – 56 с.