Динамика взаимодействия естествознания и техники в истории развития научно-технического знания: философско-методологический анализ

Полный текст

О смысле и значении понятий «техника» и «технология»

В научной литературе сложилась ситуация неопределенности, которую желательно преодолеть в научном сообществе.

Так, в англоязычной литературе понятия «техника» и «технология» обычно принимаются как термины близкие по значению и смыслу, причем наиболее употребительным является термин «технология» (technology), а слово technique употребляется как близкое по смыслу термину «методика» в русскоязычной научной литературе. В современных компьютерных автоматических переводчиках термины «техника» и «технология» переводятся как правило одним термином «technology».

В отечественной философской литературе, особенно в названиях работ, как правило, используется термин «философия техники» (хотя в тексте часто именем «техника» обозначают целевые продукты, или артефакты, а именем «технология» — знания о последовательности операций их получения). Показательный пример — одна из последних работ видного отечественного специалиста в области философии техники В.Г. Горохова, которая названа «Технические науки: история и современность». При рассмотрении нанотехнологий автор использует термин «технология» именно в смысле последовательности операций получения артефактов [1, с. 409–481]. В этой же работе автор переводит название англоязычной работы «Philosophy of Technology and Engineering Sciences» как «Философия техники и технических наук» [Там же, с. 19].

Получается, что при восприятии современной историко-научной и философской литературы понимание значения терминов техника и технология может быть достигнуто только при анализе контекста каждой конкретной работы, что затрудняет восприятие материала.

В представленной работе мы используем оба термина — «техника» и «технология», но ввиду охарактеризованных обстоятельств включаем их в контексты так, чтобы избежать неопределенности в их толковании.

Заметим также, что в представленной работе мы основываемся только на фактах истории естествознания, техники и технологии, обязательно включая самые современные данные (обзор концептуальных построений других авторов потребовал бы иного объема и иной научной аналитической направленности работы).

Независимое от естествознания развитие техники и технологии

С древнейших времен до XVII–XVIII вв. вне непосредственного влияния естествознания были изобретены и непрерывно совершенствовались: колесо, плавильные печи и различные сплавы, оборудование кузниц, бытовые, плотницкие и слесарные инструменты, оружие, музыкальные инструменты, ветряные и водяные мельницы, парусные суда, печатный станок, компас, линзы и очки, телескоп. В этот же период алхимиками (мистиками в теоретических представлениях и практиками в разработке методов анализа и получения новых веществ) были также разработаны технологии разделения веществ перегонкой, получения различных стекол, сплавов металлов (и, наоборот, способы выделения чистых металлов), производство кислот и многих других химических продуктов, включая лекарственные препараты. В части создания лекарственных средств алхимики были близки работам ятрохимиков.

Вплоть до наших дней многие технические устройства и технологии создаются не только и не столько на основании теоретических вычислений, а благодаря практическому опыту их создателей. Даже в наши дни создание многих технических и технологических систем невозможно осуществить, если исходить только из предварительных теоретических моделей и математических вычислений. Это связано как с несовершенством исходных моделей, так и с непреодолимыми проблемами аналитических и/или численных решений математических задач, сформулированных на основе этих моделей.

Это действительно так — один из соавторов представленной публикации занимался созданием вакуумных систем и может на основании конкретного опыта констатировать, что далеко не все при их создании основывается на теоретических моделях и соответствующих математических вычислениях.

Сказанное подтверждается и тем, что создание технических устройств и разработка разнообразных технологий — процесс непрерывный на протяжении всей истории человечества. При этом изучение истории естествознания и техники позволяет увидеть заметное различие в динамике их развития. Революционные события в естествознании — редкие явление, интервалы между ними в некоторых направлениях исчисляются десятилетиями или даже столетиями (например, классическую механику с релятивистской механикой и квантовой механикой разделяют двести лет). Революционные события в технике и технологии — события перманентные, они происходят с созданием каждой новой машины, устройства, технологии. Это происходит в некоторых направлениях с интервалами в считанные десятилетия, а в наши дни в некоторых направлениях инженерно-технологической деятельности — в пределах одного года.

Просто говоря, изобретатели новых технических устройств и технологий на протяжении всей истории человечества часто получали практически значимые результаты, не дожидаясь поддержки их творческой деятельности естествознанием и аналитическими методами математики. Словом, полная синхронизация и координация в исторических процессах развития естествознания и техники невозможна

Воздействие естествознания на развитие техники и технологии

Классическая механика Ньютона, или механика макроскопических тел, оказала решающее воздействие на развитие естествознания и техники. Продолжающиеся успехи классической механики в естествознании и технике в XVII–XX вв. явились фактором интенсификации исследовательской деятельности в этой области и инженерных разработок различных машин и механизмов.

В XX в. научные исследования в области физики твердого тела, относящиеся к исследованиям дефектов кристаллической решетки, привели к открытию полупроводников. В результате этого в естествознании возникло новое направление «физика и химия полупроводников», а в технологии начался цепной разветвленный процесс по созданию и совершенствованию элементной базы всех радиотехнических устройств, особенно в направлении их миниатюризации. Революционное изменение в жизни человечества, произведенное открытием полупроводников, вмещается в три понятия: «компьютер», «микрочип», «информационные технологии».

В начале второй половины XX в. увенчались успехом научные работы по созданию источника когерентного электромагнитного излучения (лазера). Слово «лазер» — аббревиатура слов «light amplification by simulated emission of radiation», его синоним — «оптический квантовый генератор» (ОКГ). Всем известно техническое применение лазера в жизни человека: от бытовой техники до инструментов в различных областях научных исследований и промышленных производств. В связи с разнообразными практическими применениями лазера возникло общее понятие «лазерные технологии».

С позапрошлого века химики и биологи в своих исследованиях изучают проблемы и предлагают технологические решения для производства и применения удобрений, средств борьбы с болезнями растений, средств борьбы с сорными растениями и насекомыми, препятствующими высокой урожайности. Кроме того, аграрные науки все больше и больше взаимодействуют с комплексом наук и технологий в области решения экологических проблем. Заметим, что аграрные технологии — это отрасль биотехнологии в полном смысле этого понятия. В XIX–XX вв. энзимология, которая в XIX в. формировалась как раздел биохимии, стала в XX–XXI вв. основой для биотехнологии и вошла в интегративные области технологий органического синтеза, фармацевтической промышленности и бытовой химии.

Активное взаимодействие естественных наук [2] обусловило формирование взаимосвязанной системы знания, в состав которой вошли такие дисциплины, как термодинамика, электродинамика, атомно-молекулярное учение, микробиология, биохимия, геохимия и генетика. Это создало фундаментальный научный потенциал, который определил в XX в. дальнейшую активизацию взаимодействия естественных наук и сопряженный разветвленный процесс инженерно-технологических разработок в областях химической технологии, биотехнологии, генной инженерии (технологии рекомбинантных ДНК), агротехники, радиотехники (включая микроэлектронику и компьютерную технику), ядерных физико-технических систем и информационных технологий.

В заключение этого раздела заметим, что многие видные ученые обращали внимание общественности на важность практических приложений естественно-научных знаний. О значении прикладного естествознания многократно высказывался Д.И. Менделеев, в том числе в знаменитом учебнике «Основы химии». О значимости практических приложений естественных наук написано в работах [см. 3, 4].

Воздействие техники и технологии на развитие естествознания

Создание технических устройств является фактором развития естествознания в той области, которая относится к научному описанию действия этих устройств. Например, создание паровых машин обусловило постановку проблем теплофизики и явилось одной из причин для становления термодинамики в целом. Действительно, во второй половине XVIII в. была создана без подкрепления какой-либо научной теорией работающая и практически применяемая паровая машина. Только после этого (ввиду необходимости научного описания принципов ее работы с целью повышения ее эффективности) Николаем Карно в 1824 г. была предложена теорема о коэффициенте полезного действия тепловых двигателей. Он описал обратимый круговой процесс превращения теплоты в работу или работы в теплоту (цикл Карно), что в свою очередь послужило основанием для развития такой ключевой общенаучной термодинамики, которая определила развитие многих областей естествознания и технологии.

Наряду с этим в истории становления экспериментального естествознания ключевую роль играют инструментальные (по сути — технические) методы исследования [5, с. 291]. Здесь имеет смысл назвать некоторые наиболее значимые исследовательские инструменты (технические устройства): оптические и радиотелескопы, оптические и электронные микроскопы, весы, калориметры; электрические, пьезоэлектрические и лазерные контрольно-измерительные приборы; Уф-, ИК-, ЯМР-, ЭПР- и масс-спектрометры, хроматографы, полярографы, устройства для вольтамперометрии, центрифуги, а также инструменты второй половины XX и XXI веков — томографы, биосенсоры, сканирующие и атомно-силовые микроскопы. Все эти приборы сами созданы на основе синтеза естественно-научных знаний и технических разработок и в свою очередь включаются в восходящее спиралевидное развитие естествознания, техники и технологии.

Интегративные области взаимодействия естествознания, техники и технологии

Рассмотрим области познавательной деятельности, в которых естествознание, техника и технология находятся в органичном единстве и, соответственно, развиваются как одно целое.

Так, например, в химических лабораториях разрабатывают методы получения каких-либо целевых веществ. Эти методы уже сами по себе есть не что иное, как технология. Причем в случаях, когда в прикладных целях требуются малые количества вещества (например, для аналитических и/или диагностических инструментов), технология лабораторного уровня является одновременно и промышленной технологией (снимаются проблемы масштабирования при переходе от лабораторных технологий к промышленным).

В последней четверти XX в. произошло открытие новой обширной области естествознания и техники (технологии) в интегративных областях химии, физики и биологии. В этот период были открыты принципиально новые объекты, которые стали предметом новых естественно-научных и технологических дисциплин — супрамолекулярной химии и нанохимии (подробнее об этом написано в [см. 2, 6]. Эти дисциплины стали теоретической и практической основой работ по созданию различных высокоорганизованных систем, оптических и электрических элементов, уникальных материалов, таргетных медицинских технологий и молекулярных машин.

Разработка и распространение аддитивных технологий — технологий послойного создания разнообразных объектов — стали возможны благодаря интеграции естественно-научных и технологических знаний в сочетании с цифровыми технологиями. С этим связано становление технологий получения метаматериалов — композиционных материалов, особые свойства которых определяются не столько свойствами их компонентов, сколько специально созданной структурой (эти процессы подкрепляются аддитивными технологиями).

Создание молекулярных машин — новая область синтеза естествознания и техники. В наноразмерных машинах, состоящих из единичных молекул, были найдены методы запуска и контроля их движения как в целом, так и отдельных их конструктивных составляющих. В таких машинах «молекулы приводятся в движение с помощью электрохимических, фотонных или химических сигналов» [7]. В последнее время ведутся поиски принципиально новых эффективных технологий создания молекулярных машин. Одно из направлений — создание супрамолекулярных конструкторов, в которых в большей или меньшей степени закладывается способность к самосборке [8].

Необходимо также отметить, что начиная с прошлого века происходит активная интеграция разнообразных научных исследований и технологических решений для предотвращения глобальной экологической катастрофы [9].

Другой пример интегративного развития естествознания, техники и технологии — аналитическая химия, которая в ее исходных основаниях представляет собой интеграцию естествознания и технологии. Можно сказать, что технология — ее атрибут. Действительно, целью аналитической химии является разработка и применение методов качественного и количественного определения состава вещества в разнообразных его состояниях и композициях. Аналитическая химия вбирает в свой арсенал практически все достижения химии и смежных естественных наук [см. 10–12]. История и варианты определения понятия «аналитическая химия» рассмотрены в [12–14]. Одно из наиболее значимых приложений аналитической химии — фармакология и фармация. Методы аналитической химии, включая спектроскопию, хроматографию, электрохимические методы, электрофоретический анализ, в системном рассмотрении дают возможность для оптимизации разработки и технологии применения лекарств [12, 15]. Новые возможности для аналитической химии открылись благодаря развитию супрамолекулярной химии [6]. Ключевое свойство супрамолекул — распознавание — является комплементарным для всего инструментария аналитической химии. Высокая селективность (или распознавание объекта анализа) — важная составляющая супрамолекул, ферментных или иммуноферментных систем. Социально значимая область применений высокоселективных систем распознавания — это медицина. Таргетные системы (системы целевой доставки лекарств), по сути, представляют собой автономные аналитические системы, когда процесс транспорта, распознавания и адресной передачи лекарственного вещества делегируется самому молекулярному носителю (таргетной системе), отправленной в живой организм для «свободного плавания».

В наше время повсеместное распространение получили биосенсоры — инструменты биологической природы: ферменты, иммунные тела, иммобилизованные клетки, клеточные органоиды, а также фрагменты ДНК и РНК в диагностических методах ПЦР (методы на основе полимеразных цепных реакций). Различные виды биосенсоров в систематизированном виде описаны в [12, 16]. Биосенсоры дают возможность проводить высокоселективный анализ различных объектов химической и биохимической природы. Взаимодействие биосенсора с анализируемым объектом преобразуется в электрические, оптические или термические сигналы, удобные для дальнейшего преобразования приборами (в наше время, как правило, оснащенными компьютерной техникой). Наиболее распространены электрохимические биосенсоры. Активно разрабатываются ДНК сенсоры и иммунные биосенсоры. Также развиваются аналитические методы, основанные на принципах биомиметики (подражания живой природе), например при мониторинге живых систем для обеспечения химической безопасности [10].

Современное понятие «высокие технологии» хорошо выражает единство естествознания, техники и технологии как в их становлении, так и в практических применениях.

Замечание о степени достоверности знаний в естествознании и технике

Что касается извечной проблемы достижения истинного, или объективного, знания о мире, надо сказать, что в этом вопросе приоритеты естествознания и техники принципиально различны. Этот вопрос мы анализировали ранее и пришли к заключению: «В естествознании любой объект познается только в некоторой мере, часто даже без выявления его сущности. В технике сущность — это исходная идея технического созидательного творчества, она предшествует целевому объекту, поэтому, когда он сотворен человеком, сущность присутствует в нем и известна его творцу — человеку. В связи с этим отметим еще преимущество технического знания с экзистенциально-психологической точки зрения. Человек стремится жить в известном ему мире, и технология дает человеку такую возможность. Действительно, естественно-научное знание может быть опровергнуто, фальсифицировано… В силу этого технические знания ценны для нас не только в материально-практическом отношении, но и в психологическом — они окружают человека известным ему миром вещей и знаний о них. Колесо было и останется колесом в нашем знании, а паровая машина — паровой машиной» [2, с. 264–265].

Мир технических артефактов — это мир, который мы создали сами на основании собственных идей. Природа — безбрежный мир, в котором мы изучили только некоторые области. Причем естественно-научные знания, принимаемые даже всем научным сообществом, в какой-то период развития науки могут быть существенно изменены или опровергнуты. История науки демонстрирует нам непрерывный процесс изменений и опровержений знаний практически во все ее областях. В естествознании мы наблюдаем многократные трансформации теорий: строения и происхождения Вселенной, пространства и времени, микромира, строения и истории Земли, генетики и молекулярной биологии, строения химических соединений.

В заключение обратим внимание на общее для естествознания и техники осложнение — это непреодолимая проблема восприятия даже предельно общих и концентрированных знаний одним человеком. В связи с этим при всем прогрессе естественных, технических и гуманитарных наук каждый из наших современников по отдельности способен освоить на уровне личностного знания и понимания только отдельные области из все увеличивающегося объема знаний об естественном мире природы и искусственном мире техники.

Становление институтов технологического образования и формирование технологического мировоззрения

Формирование технологического мировоззрения не могло бы активно распространяться в обществе без технологического образования.

Прежде, как и во всем мире, в России многие профессии, в которых имели место те или иные технологии, осваивались в процессе личной передачи знаний и умений от мастера к подмастерью, от наставника к ученику. В данном случае речь идет и о технологии, т. е. не только о некой способности создания чего-либо благодаря неосознанным умениям, полученным в результате опыта совместной работы с учителем. Любой ученик (подмастерье) осваивал ремесло во все времена не только путем подражания видимым действиям мастера, но и слушая его наставления о последовательности операций получения готового изделия, т. е. он осваивал ремесло не только на основании практики, но и технологии. В средневековой Западной Европе сформировался и прообраз современной выпускной (дипломной) работы. Так, подмастерье при завершении своего профессионального обучения должен был представить образцовое ремесленное изделие — шедевр, после одобрения которого мастерами подмастерье получал звание мастера. Мастер становился полноправным членом цеха, т. е. профессионального объединения ремесленников: сапожников, пекарей, мясников, плотников, жестянщиков. Так поддерживались и развивались технологические знания и умения ремесленников.

Начиная с XIX века видные ученые постоянно выделяют вопросы профессионального образования в качестве ключевого фактора прогресса цивилизации. Задача подготовки специалистов с углубленным владением инженерно-технологическими знаниями привела к необходимости учреждения профессиональных училищ, а также технологических специализаций в вузах.

Здесь уместно привести слова выдающегося химика А.Е. Арбузова в речи 16 мая 1930 г., произнесенной в Казанском государственном университете: «В заслугу основателям кафедры технической химии надо поставить то, что они правильно понимали значение и место технической химии в системе университетского образования того времени. Организация практических лабораторных занятий со студентами, широкое введение методов технического анализа, знакомство с заводами и фабриками, причем не только находящимися вблизи Казани, но и в отдалении, организация прекрасных музеев с многочисленными экспонатами как отечественными, так и заграничными и много других мероприятий организационно-педагогического характера отмечают деятельность кафедры химической технологии Казанского университета» [17, с. 50–51].

Необходимо сказать о значительном вкладе в этот процесс Д.И. Менделеева, который постоянно выступал за развитие в России реального образования (в современных терминах — за естественно-научное и инженерно-технологическое образование). В его время приоритетным было гимназическое, т. е. классическое, образование. Менделеев аргументированно выступал за то, чтобы реальное образование было равноценным классическому гимназическому образованию и давало выпускникам те же права на поступление в высшие учебные заведения, что и выпускникам гимназий. Деятельность ученого в этом направлении обстоятельно описана И.С. Дмитриевым в главе «Принцип абсолютного преобладания реального (неклассического) многоступенчатого образования» [18, с. 291–298].

Усилия великого ученого окончательно увенчались успехом только в XX веке, но без таких подвижников реального образования все случилось бы позже (общенаучный, исторический и философский анализ феномена «технологический университет» проведен нами в работе [19]).

Заключение

Связи естественно-научных, технических и технологических знаний — многомерный исторический процесс. В различные периоды и в различных областях связи между названными знаниями (и соответственно, взаимодействие) могут отсутствовать. Взаимоотношения естественно-научных, технических и технологических знаний могут быть не взаимодействием, а иметь направленность только в одну сторону — от области донора в область акцептора. Эти взаимоотношения могут происходить по встречным направлениями, т. е. быть собственно взаимодействием. Есть особые области научно-технического знания, которые возникли и развиваются как связная целостная система, т. е. естественно-научные технические и технологические знания в ней неразделимы.

В историческом процессе взаимодействия естественно-научных, технических и технологических знаний можно наблюдать развитие по возрастающей спирали. Каждый виток такой спирали включает последовательность исторических эпизодов: новые естественно-научные знания, их синтез с техническими разработками при создании нового исследовательского инструмента, новые экспериментальные возможности, обусловливающие получение новых естественно-научных знаний, и далее по восходящей траектории к следующему витку. Получение насыщенной фактами картины циклического восходящего процесса развития научно-технического знания на протяжении длительного исторического периода — открытая область для философии науки и техники.

Синхронность и координация процессов развития естествознания и техники в их истории наблюдается только эпизодически, поэтому есть основания предполагать, что развитие техники и технологии даже в далеком будущем не будет полностью обусловлено развитием естествознания.

Многие области современного естествознания становятся все более и более технологичными, а современные промышленные технологии — все более и более научными. Более того, в настоящее время в ряде направлений развития научно-технического знания происходит взаимопроникновение естествознания, техники и технологии, вплоть до полного их слияния в единую целостную систему. Личное общение авторов с современными представителями естественных наук, инженерами и технологами показывает, что в некоторых областях они в своей деятельности воспринимают естествознание, технику и технологию как нечто единое. Особенно такое восприятие характерно для тех, кто работает в областях нанохимиии и нанотехнологий, аналитической химии, супрамолекулярной химии и разработках таргетной системы доставки лекарств, биотехнологии и технологии рекомбинантных ДНК, молекулярной микроэлекторники. При этом всегда особо выделяется проблема внедрения научно-технических разработок в промышленное производство — особая тема согласования производственно-экономической целесообразности и интересов корпоративной конкуренции.

В связи с этим целесообразно сказать о состоянии современной интеллектуальной культуры в целом. Обращают на себя внимание области взаимосвязи технологических знаний практически со всеми областями знания. Здесь достаточно назвать уже сложившиеся интегративные направления, такие как информационные технологии, политические технологии, PR-технологии, технологии управления большими системами, технологии обработки и хранения больших массивов данных. Как отклик на активизацию интеграции научно-технической деятельности в наше время был выделен новый предмет научно-философского осмысления, названный «НБИКС-революция» (современный феномен конвергентного развития нанотехнологий, биотехнологий, информационных, когнитивных и социальных технологий) и «нанонаука» [20].

Техника и технология были в большей или меньшей степени фрагментом картины мира с античности до промышленно-технологической революции XVIII–XIX веков. При этом XX–XXI века революционно отличаются от предыдущих именно тотальным проникновением технологии во все сферы жизни человека. Технологические знания с необходимостью распространяются во многих сферах системы современного образования. Технология стала всеобъемлющей, она проникла почти во все области интеллектуальной, индустриальной, информационной, гуманитарной и социально-экономической жизни общества. Технологический стиль мышления все больше и больше включается в ментальность современного человека и его мировоззрение.

Об авторах

Владимир Игнатьевич Курашов

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: v.kurashov@mail.ru

доктор философских наук, профессор, заведующий кафедрой философии и истории науки, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, Россия

Россия, Казань

Ярослав Владимирович Курашов

Казанский федеральный университет

Email: yakurashov@gmail.com

инженер, Казанский федеральный университет, Казань, Россия

Россия, Казань

Список литературы

Дополнительные файлы