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…".

В теории Галилей действует инженерным путем, тем, которым действовал Архимед на практике, не допуская его в науку. В этой связи Галилей отмечал: "Выводы последнего (Архимеда - Н. М.) я постараюсь подтвердить иными методами и иными средствами…". Здесь речь идет об инженерно организованном опыте, эксперименте с сосудами из воска и с зернышками свинца. Описывая опыт, являющийся равноценным инженерному рецепту и поэтому технически воспроизводимый, Галилей указывал: "Кто хочет произвести подобный опыт с другим удобным материалом, легко принимающим любую форму, может взять чистого воска и сделать из него шарик или другую плотную фигуру и затем прибавить к воску свинца в таком количестве, чтобы эти фигуры с трудом тонули, т.е. чтобы свинца на одно зернышко менее было бы уже недостаточно для их погружения. Придав тому же воску форму сосуда и наполнив его водою, найдем, что без свинца он не пойдет ко дну, а со свинцом опустится с медленностью; в общем, налитая вода не внесет никакого изменения". В результате он заключает: "…доктрина Архимеда истинна, т.к. вполне согласуется с опытами…".

Присутствие такой аргументации в теории Архимеду даже в голову не могло прийти. У Галилея же она, несомненно, навеяна его техническими занятиями. Задача Галилея-ученого - создание строгой понятийной системы, но Галилей, вместе с тем, ученый, который создает язык инженера, его понятийные средства. Как ученый, задавшись вопросом: "Почему в проливах течение быстрее, чем на открытых местах?", Галилей ищет на него ответ, проводя также наблюдение за функционированием таких инженерных сооружений, как каналы, но преследует при этом чисто научные цели. Он пытается "понять причину сильных течений, возникающих в узком проливе", и в конечном счете доказать вращение Земли, перенося полученные при наблюдении искусственных сооружений выводы, на природные процессы.

Галилей использует искусственные средства познания прежде всего как ученый-естествоиспытатель. Он не просто разрабатывает более строгие научные понятия, но и "конструирует" особую идеализированную плоскость рассуждения, идеализированный мысленный эксперимент, как "проект" реального эксперимента, особое идеализированное представление природных объектов, которое затем может быть практически реализовано в эксперименте с помощью устранения побочных явлений.

Таким образом, естественнонаучный эксперимент позволяет ученому проверить достоверность логически удовлетворительно построенной теоретической схемы, объясняющей и предсказывающей ход развития того или иного природного процесса. Используемые при этом научные приборы и инструменты являются искусственными средствами познания естественного процесса, воссозданного инженерным путем в экспериментальных условиях, устраняющих побочные явления. Искусственные средства познания позволяют воспроизводить природный процесс в наиболее "чистом виде", отвлекаясь от его второстепенных черт.

Следовательно, в исследовании научно-экспериментальной деятельности Галилея мы выявили специфические черты экспериментальной науки Нового времени, выражающейся в инженерно-техническом конструировании и изготовлении искусственного средства познания, применяемого для проверки достоверности теоретического знания. С научно-экспериментальной деятельностью Галилея связано изобретение таких искусственных средств познания, как телескопы различных конструкций, которыми, в значительной степени, обусловлен прогресс в развитии экспериментальных исследований в оптике. Создание оптических приборов имело целью обеспечить наблюдение, измерение, контроль, регистрацию и др. виды операций, используемых в экспериментальной деятельности ученого.

Свой первый телескоп, состоящий из двух линз (положительной и отрицательной), Галилей создает на основании дошедших до него сведений об изобретенной в Голландии зрительной трубе. Сам Галилей так описывает в "Звездном Вестнике" свое изобретение: "Месяцев десять тому назад дошел до наших ушей слух, что некий бельгиец построил перспективу, при помощи коей видимые предметы, далеко расположенные от глаз, становятся отчетливо различимыми, как будто они были близкими. Сообщалось об опытах с этим удивительным прибором, одни их подтверждали, другие отрицали. Несколько дней спустя это было подтверждено мне в письме…из Парижа. Это и было просьбой, с которой я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения сходного инструмента. Вскоре после сего, опираясь на учение о преломлениях, я постиг дело и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах коей я поместил два очковых стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло было выпуклосферическим, другое же вогнутым, Помещая за сим глаз у вогнутого стекла, я видел предметы достаточно большими и близкими, именно они казались в три раза ближе и в десять раз больше, чем при рассматривании естественным глазом. После сего я разработал более точную трубу, которая представляла предметы увеличенными больше чем в 60 раз. За сим, не жалея никакого труда и никаких средств, я достиг того, что построил себе орган, настолько превосходный, что вещи казались через него при взгляде почти в тысячу раз крупнее и более чем в тридцать раз приближенными, чем при рассматривании с помощью естественных способностей.".

Зрительные трубы впервые были созданы голландскими мастерами-оптиками. Однако, будучи еще несовершенными, они имели отрицательные отзывы о возможности их использования. Галилей признавал приоритет голландских мастеров, но указывал на то, что "фламандская перспектива" была результатом традиционного для ремесленной технической деятельности метода проб и ошибок. Телескоп же, изобретенный ученым, был результатом сознательного применения уже открытых и известных к началу ХУ11в. научных знаний в оптике и предстал таким искусственным средством познания, которое позволило в корне изменить все имевшиеся к тому времени представления о Вселенной.

Галилею стало ясно, что голландский изобретатель телескопа был простым мастером, изготовлявшим обыкновенные очки. Случайно перебирая стекла разных сортов, он взглянул сразу через два стекла - одно выпуклое, другое вогнутое - находившиеся на разных расстояниях от глаза, и при этом увидел и наблюдал возникший эффект и, таким образом, открыл оптический инструмент. "Я же, - подчеркивал Галилей, - движимый вышеупомянутым известием, нашел инструмент путем рассуждения" [8, c.61]. Следовательно, предпосылками инженерного изобретения Галилеем искусственного средства познания Вселенной, явились его рассуждения, построенные на основании известных теоретических знаний оптики. "Рассуждение мое, - писал Галилей, - было таким: это сооружение состоит или из одного стекла, или более чем из одного. Оно не может состоять только из одного. Фигура стекла или выпуклая, т.е. толстая в середине, чем к краям, или вогнутая, т.е. более тонкая в середине, или же ограничена параллельными поверхностями; какое стекло совсем не изменяет видимых предметов увеличением или уменьшением, вогнутое их уменьшает, а выпуклое их значительно увеличивает, показывает очень неотчетливыми и искаженными. Посему одного стекла недостаточно для получения эффекта. Я перешел затем к двум стеклам и, зная, что стекло с параллельными поверхностями ничего не изменяет, как сказано, заключил, что эффект не может также произойти от сочетания его с каким-нибудь из двух остальных. Посему я захотел испытать, что получается из соединения двух остальных, т.е. выпуклого и вогнутого, и увидел, что при этом искомое получается. Таков ход моего открытия." [8, c. 19-20].

Эти рассуждения приводят к последующему решению инженерной задачи, где предварительно заданы технические требования к искусственному средству, создаваемому вначале инженерным способом, а затем получившему техническое изготовление в соответствии с этими требованиями. Галилей в "Звездном Вестнике" в марте 1610 г. сообщил, что за два месяца астрономических наблюдений, производимых с помощью изготовленного им телескопа, он открыл неровности поверхности Луны, четыре спутника Юпитера, установил, что Млечный путь представляет собой скопление звезд [9, c.42].

Если телескоп Галилея позволял проводить астрономические наблюдения, то благодаря его усовершенствованию, произведенному Кеплером, появилась возможность проведения измерений с помощью телескопа. В своей "Диоптрике" Кеплер объяснил принцип действия телескопа. Там же ученый предложил тип телескопа, отличный от телескопа Галилея. Вогнутую окулярную линзу он заменил выпуклой, благодаря чему поле зрения телескопа увеличилось. Указал он и на то, что диаметр объектива должен быть всегда больше диаметра окулярной линзы, в противном случае надо диафрагмировать окуляр. Кеплеру принадлежит еще ряд предложений относительно конструкций различных телескопов, называемых в то время зрительными трубами. По идее Кеплера была построена патером Шейнером зрительная труба, которая постепенно вытеснила из употребления для астрономических наблюдений трубу Галилея. Зрительная труба Кеплера обладала еще одним достоинством: в отличие от телескопа Галилея она давала действительное изображение, позволяющее применить крест нитей и окулярный микрометр, благодаря чему стало возможно проведение измерений с помощью телескопа [9, c.43].

Совершенствование искусственных средств познания, используемых для изучения астрономических объектов, обусловлено такими конструктивными изменениями телескопа, когда при изготовлении объектива, вместо стекол стали использовать зеркала, что привело к появлению отражательного телескопа. В этом плане привлекательна судьба предложения известного английского математика Джеймса Грегори. Неудобство работы с длинными зрительными трубами, а также плохое качество стекол побудили ученого обратиться к телескопу с зеркалом. Чтобы избежать влияния сферической аберрации, Грегори предложил применить вместо сферического зеркала (рефлектора) - параболическое зеркало. Но и рефлектор, в представлении ученого, имеет недостатки, в сравнении с рефрактором - он уступает, если выражаться современной терминологией, в светосиле из-за многочисленных отражений. Выход Грегори увидел в сочетании зеркал и линз, и в этом - новизна и оригинальность его предложения [9, c.44]. Однако осуществить свой проект Грегори не удалось по причине сложности изготовления параболического зеркала требуемого качества. Для ученого это обстоятельство оказалось решающим, своим телескопом он больше не занимался. Вспомнил он о нем только тогда, когда узнал о телескопе, построенном Ньютоном.

Еще в студенческие годы, занимаясь астрономическими наблюдениями звездного неба Ньютон знакомится с "Диоптрикой" Декарта, написанной как руководство для оптиков-практикантов. В согласии с рекомендациями Декарта Ньютон строит станок для шлифования линз, пытается придавать им не только сферическую, но и более сложную форму.

Эксперименты с призмой привели Ньютона к открытию неодинаковой преломляемости лучей различного цвета и, как результат, - к пониманию того, что не столько сферическая аберрация, но и, в первую очередь, хроматизм изображения является главным препятствием на пути улучшения качества телескопов. Более того, результаты опытов с призмами убедили Ньютона если не в принципиальной, то, во всяком случае, в практической невозможности избавиться от хроматизма изображения с помощью линзовых систем. При отражении же, как проверил Ньютон, дисперсии не наблюдается [9, c.45].

Итак, вопрос о постройке рефлектора предстал перед Ньютоном в совершенно новом свете. К этому времени ученый был уже знаком с книгой Грегори "Высшая оптика". Создавая свой проект, Ньютон в значительной степени отталкивался от схемы Грегори. Однако эта схема не удовлетворяла Ньютона как по причине больших потерь при отражении света от малого вогнутого зеркала, чем от плоского, так и из-за ошибок, дополнительно вносимых вогнутым зеркалом, если ему только не придать гиперболическую форму, что практически было невозможно.

Ученый неоднократно утверждал, что причиной, побудившей его обратиться к постройке отражательного телескопа, явилась, обнаруженная им на опыте, неодинаковая преломляемость лучей разного цвета. Причем всегда из факта дисперсии света у него следует невозможность создать диоптрическую систему, которая бы позволяла хотя бы уменьшить вредное влияние хроматизма.

Сообщая впервые членам Королевского общества о своей новой теории света, Ньютон отмечает, что результаты его экспериментов свидетельствуют о том, что "свет состоит из лучей различной преломляемости", и продолжает: "Поняв это, я оставил мои работы со стеклом, ибо увидел, что усовершенствование телескопов ограничивалось до сих пор не столько отсутствием стекол правильной формы, соответствующей предписаниям оптических авторов…сколько тем, что свет является разнородной смесью лучей различной преломляемости…" [10, c.127].

Таким образом, создание экспериментальной ситуации и наблюдение в этих условиях за поведением, созданных инженерным способом, искусственных оптических средств познания привело Ньютона к формулировке теоретического положения о том, что свет состоит из лучей различной преломляемости. Отсюда вытекала и направленность его внимания на дальнейшее совершенствование телескопов, в частности, к созданию отражательного телескопа.

Таким образом, можно утверждать, что искусственное средство познания, используемое учеными Нового времени в экспериментальной ситуации выступает в роли искусственного объекта, в котором оказались стянутыми в тугой узел научная теория и инженерная практика.

экспериментальная наука новое время

Литература

1. Макеева Н.М. Познавательные функции искусственного средства первобытной эпохи // Материалы юбил. научн. конференции Токмокского технического ин-та (19-20 окт. 2001г.) - Бишкек, 2002. с.269-278.

2. Veltman K.N. Visualisation and Perspective // In: Leonardo e l,Eta della Region a cura di Eurico Bellone e Paolo Rossi. - Milano, 1982.

3. Эстетика Ренессанса. - М.: Искусство, 1981. - Т.2.

4. Горохов В.Г. Знать, чтобы делать (история инженерной профессии и ее роль в современной культуре). - М.: Знание, 1987.

5. Архимед. Соч. - М.: Физматгиз, 1962.

6. Галилей Галилео. Избр. Труды: В 2-х т. - М.: Наука, 1964. - Т.2.

7. Гуриков В.А. Становление прикладной оптики ХУ-Х1Хвв. - М.: Наука, 1983.

8. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. - М.: Наука, 1981.

9. Погребысская Е.И. Оптика Ньютона. - М.: Наука, 1981.

10. Ньютон И. Новая теория света и цветов. - УФН. - 1927. - №7.

Размещено на Allbest.ru