Формування передумов науки та інженерії в епоху Відродження

Для нас істотно те, що в цей період відбувається зміна провідного культурного початку: на перше місце знову виходять раціональні, філософсько-наукові уявлення, з точки зору яких починають переосмисляться середньовічні поняття. Інша важлива особливість ренесансної культури - нове розуміння людини. Людина епохи Відродження усвідомлює себе вже не як тварі Божої, а вільним майстром, поставленим в центр світу, який за своєю волею і бажанням може стати або нижчим, або вищою істотою. Хоча людина визнає своє Божественне походження, він і сам відчуває себе творцем.

Обидві вказані особливості ренесансної культури призводять також до нового розуміння понять природа, наука та людську дію. На місце Божественних законів поступово стають природні, на місце прихованих Божественних сил, процесів і енергій - приховані природні процеси, а природа створена і що чинить перетворюється в поняття природи як джерела прихованих природних процесів, підкоряються законам природи. Наука і знання тепер розуміються не тільки як описують природу, а й виявляють, що встановлюють її закони. У даному разі виявлення законів природи - це тільки частково їх опис, що важливіше, виявлення законів природи передбачає їх конституювання. У понятті закону природи переглядають ідеї створення, а також подібності природного та людського (природа принципово пізнаванності, її процеси можуть служити людині).

Нарешті, необхідною умовою діяльності людини, спрямованої на використання сил і енергій природи, є попереднє пізнання "законів природи". Інша необхідна умова - визначення пускових дій людини, так сказати, що вивільняє, які запускають процеси природи. Аристотелівська ідея визначення останньої ланки, від якого розгортається практична діяльність трансформується в даному випадку в ідею пускових дій людини, після яких природа діє сама ( "автоматично", як писав кілька століть пізніше П. Енгельмейер).

Таким чином закони природи, вважає ренесансний мислитель, може пізнати не тільки святий, а й звичайна людина (вчений). Однак поки що за умови, що він рефлексує свою діяльність, звіряючи її з Божественним зразком. У зв'язку з цим цікаво звернути увагу на подання про "природному мага" (свого роду предтечу інженера), який з'явився в період Відродження. Піко делла Мірандола писав, що маг "викликає на світ сили, як якби з питаннях місць вони самі поширювалися і заповнювали світ завдяки всеблагого Божої. Він не стільки творить чудеса, скільки скромно прислуговує творить чудеса природи. Глибоко вивчивши гармонію Всесвіту і з'ясувавши взаємне спорідненість природи речей, впливаючи на кожну річ особливими для неї стимулами, він викликає на світ чудеса, сховані в затишних куточках світу, в надрах природи, в запасниках і схованках Бога, як якщо б сама природа творила ці дива. Як винороб поєднує в шлюбі берест і вино, так і маг поєднує землю, і небо, тобто нижчі речі він пов'язує з вищими і підпорядковує їм "[138, с. 9-10].

В особі вченого-інженера ренесансний мислитель може використовувати ці закони для творіння потрібної людині "нової природи". У результаті зближуються і переосмисляются: закони природи і античні початку (ідеї, сутності, форми, причини); пізнання, рефлексія і технічні дії (перше і друге як умова третього, третій як момент обгрунтування першого і другого); божественний розум, космос і природа. Однак Відродження - це, образно кажучи, тільки горн, куди потрапили для переплавлення всі перераховані смисли розуміння природи, дорогоцінний ж новий сплав виходить лише в працях філософів Нового часу.

Ключовий фігурою тут, безумовно, є Ф. Бекон. Саме він робить останній крок, оголошуючи природу основним об'єктом нової науки і трактуючи природу повністю в природної модальності. Але, мабуть, не менше значення має трактування Беконом природи як умови практичного (інженерного) дії, яка провадить "нову природу", як джерела природних процесів, однак викликаних (запущених) практичними діями людини. "У дії, -- пише Ф. Бекон, - людина не може нічого іншого, як тільки поєднувати і розділяти тіла природи. Останнє природа здійснює всередині себе "[15, с. 108]. Не менш важливим є встановлена Беконом принципова зв'язок наукового пізнання і практичної дії. "Справа і мета людського могутності, - Пише він, - в тому, щоб породжувати і повідомляти даному тілу нову природу або нові природи. Справа і мета людського знання в тому, щоб відкривати форму даної природи або істинне відміну, або виробляє природу, або джерела походження ... Що в дії найбільш корисно, то в Знаннях найбільш істинно "[15, с. 197, 198, 200]. Тим самим Ф. Бекон закував в один ланцюг все три ланки: уявлення про науковому пізнанні, про інженерний дії і про природі, як умови і об'єкті і перше і друге.

З цього періоду починає формуватися розуміння природи як нескінченного резервуара матеріалів, сил, енергій, які людина може використовувати при умови, якщо опише в науці закони природи.

Сьогодні ренесансні і що відносяться до XVI-XVII сторіччя уявлення про природу, науці і можливості людського дії, ймовірно, можуть бути сприйняті як цілком очевидні, що відповідають самій суті (природі) цих речей. Але було б помилкою думати, що саме так і сприймали ці уявлення в ту епоху. Навпаки, ці подання були виключно революційними, їх розділяла лише невелика група вчених нової формації. Більш того, в ті часи навіть і для цих учених подібні вистави, частково, сприймалися як гіпотетичне знання. Дійсно, від задуму (реалізувати на основі науки сили природи) до реалізації дистанція була ще досить велика. З сучасної точки зору зрозуміло, що це був саме задум, своєрідний соціальний проект (на зразок платонівського держави) і було невідомо, чи вдасться реалізувати цей задум.

Реалізація задуму новоєвропейської науки в працях Галілея

Необхідно зупинитися на контексті, в якому відбувалося творчість Галілея. Один аспект цього контексту цікавився ситуацією конкуренції коментарів до античних і середньовічним науковим текстам. Інший визначався новим розумінням природи, наукового знання і практичної дії. Як ми вже відзначали, пізнання природи, її законів розглядалося тепер як необхідну умову практичної діяльності, що використовує сили природи. Але як переконатися, що отримане в науці знання є саме тим, яке забезпечує ці умови, адже природу описували і пояснювали по-різному (саме цьому були присвячені середньовічні і Ренесансу коментарі до античної науці і філософії)? Відповідаючи на це кардинальний запитання, вчені Нового часу прийшли до ідеї досвідченого обгрунтування отриманого в науці знання. Вони міркували, ймовірно, наступним чином. Наука повинна описувати і задавати закони природи. З іншого боку, сама природа ставить себе в досвіді. Якщо наука побудована правильно, то закони (теоретичні стану природи) будуть відповідати реальним станів природи, які спостерігаються в досвіді. Природно, що і наука тут розуміється інакше, ніж в античності або в середні віки, і сама природа. Наука починає трактуватися як своєрідна модель природи, а природа - як модельованих в науці (що пізніше виразилося в афоризмі "природа написана на мовою математики "). Досвід же розглядається як спосіб посвідчення відповідності науки (теорії) і природи.

Але хіба можна встановлювати ізоморфізм об'єктів ( "підлягає") і знань? Для Аристотеля немає. Але ідеї Платона, до речі, дуже популярні в епоху Відродження, допускають таку операцію. У філософії Платона, як відомо, як раз і встановлюється відповідність ідей і речей. Подвоєння дійсності (відповідність світу ідей світу речей), проти якого протестував Аристотель, в даному випадку співслужило свою плідну роль. Однак залишається кардинальний питання: яким чином досвід може засвідчити відповідність теорії і природи? Одна справа проголошувати цей принцип, інше - провести його в життя. Перший, кому це вдалося, і був великий Галілей, але для цього йому довелося досвід (їм є безпосереднє спостереження за явищами природи) трансформувати в експеримент, де відповідність теорії і явищ природи встановлювалося технічним шляхом, тобто штучно. Іншими словами, в досвіді природа завжди поводиться інакше, ніж наказує теорія, але в експерименті природа приводиться в стан, що відповідає вимогам теорії, і тому поводиться в відповідно до теоретично виявленими в науці законами.

Галілей показав, що для використання науки з метою опису природних процесів природи годяться не будь-які наукові пояснення і знання, а лише такі, які, з одного боку, описують реальну поведінку об'єктів природи, але, з іншого -- це опис припускає проектування на об'єкти природи наукової теорії. Іншими словами, природничо-наукова теорія повинна описувати поведінку ідеальних об'єктів, але таких, яким відповідають певні реальні об'єкти. Яка ж ідеалізація цікавила Галілея? Та, яка забезпечувала оволодіння природними процесами: добре їх описувала (у науковій теорії) і дозволяла ними управляти (передбачати їх характер, створювати необхідні умови, запускати практично). Установка Галілея на побудову теорії і одночасно на інженерні програми змушує його проектувати на реальні об'єкти (падаючі тіла) характеристики моделей і теоретичних відносин, тобто уподібнювати реальний об'єкт ідеальному. Однак оскільки вони різні, Галілей розщеплює в знанні реальний об'єкт на дві складові. Одна складова точно відповідала ідеального об'єкту (конкретно в дослідженні Галілея мова йшла про вільному падінні тіла в порожнечі, описуваному законом рівномірного приросту швидкості цього тіла), інша відрізнялася від нього. Ця друга складова розглядається Галілеєм як ідеальну поведінку, спотворене впливом різних факторів - середовища, тертя, взаємодії тіла і похилої площини і т.п. Потім ця друга складова реального об'єкта, що відрізняє його від ідеального об'єкта, елімінується (точніше, зменшується настільки, щоб її можна було не враховувати) в експерименті технічним способом.

До Галілея наукове вивчення завжди мислилося як отримання про об'єкт наукових знань за умови константності, незмінності самого об'єкта. Нікому з дослідників не спадало на думку практично змінювати реальний об'єкт (у цьому випадку він мислився б як інший об'єкт). Вчені йшли в іншому напрямку, намагаючись так удосконалити модель і теорію, щоб вони повністю описували поведінку реального об'єкта. Розщеплення реального об'єкта на дві складові і переконання, що теорія задає справжню природу об'єкта, яка може бути проявлена не тільки в знанні, але й у досвіді, що подається знанням, тобто експерименті, дозволяє Галілею мислити інакше. Він замислюється над питанням про можливість так змінити сам реальний об'єкт, практично впливати на нього, щоб вже не потрібно було змінювати його модель, оскільки об'єкт стане відповідати їй. Саме на цьому шляху Галілей і досяг успіху. Отже, на відміну від дослідів, які проводили багато вчених і до Галілея, експеримент припускає, з одного боку, виокремлення в реальному об'єкті ідеальної складової (при проектуванні на реальний об'єкт теорії), а з іншого - переклад технічним шляхом реального об'єкта в ідеальний стан, тобто повністю сторінці нових теорії [77, с. 129-145]. Цікаво, що досвідченим шляхом Галілей зміг перевірити лише той випадок, де можна було не враховувати дію основних сил опору. У реальній практиці подібна ситуація не мала місця, вона була ідеальною, обчисленої теоретично, реалізованої технічним шляхом. Але виявилося, що майбутнє саме за такими ідеальними ситуаціями; вони відкривали нову епоху в практиці людини - еру інженерії, що спирається на науку.

Відзначимо ще, що галілеївських експеримент підготував грунт для формування інженерних уявлень, наприклад уявлення про механізм. Дійсно, фізичний механізм містить не тільки опис взаємодії певних природних сил і процесів (наприклад, у Галілея вільне падіння тіл включає в себе процес рівномірного збільшення швидкостей падаючого тіла, що відбувається під впливом його ваги), але й умови, що визначають ці сили і процеси (на падаюче тіло діє середу - повітря, що створює дві сили - Архімедова виштовхуючі силу і силу тертя, що виникає тому, що при падінні тіло розсовує і відштовхує частинки середовища). Важливо й така обставина: серед параметрів, характеризують ці умови, фізик, як правило, виявляє і такі, які він може контролювати сам. Так Галілей визначив, що такі параметри тіла як його обсяг, вага, обробка поверхні він може контролювати; можна, виявилося, контролювати навіть швидкість тіла, сповільнивши на похилій площині його падіння. У результаті Галілею вдалося створити такі умови, в яких падаюче тіло вело себе строго у відповідності з теорією, тобто збільшення його швидкості відбувалося рівномірно і швидкість тіла не залежала від його ваги. (В звичайних, неексперіментальних, умови спостерігаються випадки, коли тіла в середовищі падають рівномірно і важке тіло швидше, ніж легке. Галілей визначив, що ці випадки мають місце при певному співвідношенні ваги і діаметра тіла) [77; 13].

Але підкреслимо ще раз, що для цього необхідно було охарактеризувати не тільки природні взаємодії та процеси, не тільки визначити умови, детермінують їх, а й контролювати в експерименті ряд параметрів цих природних процесів. Контролюючи, змінюючи, впливаючи на ці параметри, Галілей зміг в експерименті підтвердити свою теорію. Надалі інженери, визначаючи, розраховуючи потрібні для технічних цілей параметри природних взаємодій, навчилися створювати механізми і машини, які реалізують дані технічні цілі.

Інженерне творчість Х. Гюйгенса. Дослідження Г. Галілея створили всі необхідні умови для здійснення останнього вирішального кроку - створення перших зразків інженерної діяльності. Розробка (винахід) експерименту дозволила Галілею задати технічним шляхом відповідність між теорією і станами природних явищ (процесів). Точніше, треба було б говорити про відповідність (ізоморфізму) станів ідеальних об'єктів теорії станів експериментально виділеного реального природного процесу. Встановлення подібного ізоморфізму відкривало дорогу для широкого використання теорії, для прискореного отримання знань, для точного визначення параметрів реального об'єкта, який забезпечував запуск і використання сил і енергій природи. Якщо ізоморфізм теорії та реального процесу має місце, то ми отримуємо ситуацію, подібну до тієї, з якій працювали античні філософи-техніки (Архит, Евдокс, Архімед).

Галілей не ставив собі за спеціальною метою отримання знань, необхідних для створення технічних пристроїв, для визначення параметрів реальних об'єктів, які можна покласти в основу таких пристроїв. Коли він вийшов на ідею використання похилій площині і далі визначив її параметри, то він вирішував це завдання як одну з побічних стосовно основної - побудови нової науки, описує закони природи. Гюйгенс ж своїм основним завданням ставить завдання, яка по відношенню до галілеївських виступає як зворотна. Якщо Галілей вважав заданим певний природний процес (вільне падіння тіла) і далі будував знання (теорію), що описує закон протікання цього процесу, то Х. Гюйгенс ставить перед собою зворотну задачу: по заданому в теорії знання (співвідношенню параметрів ідеального процесу) визначити характеристики реального природного процесу, що відповідає цьому знання. Насправді, як показує аналіз роботи Гюйгенса, завдання, яке він вирішував, була більш складна: визначити не тільки характеристики природного процесу, що описується заданим теоретичним знанням, а також отримати в теорії додаткові знання, необхідмі для з'ясування механізму явища, витримати умови, що забезпечують відношення ізоморфізму, визначити параметри об'єкта, які може регулювати сам дослідник. Крім того, виявлені параметри потрібно було конструктивно пов'язати з іншими, що визначаються на основі рецептурних міркувань так, щоб у цілому вийшло чинне технічний пристрій, в якому б реалізувався природний процес, що описується початково заданим теоретичним знанням. Іншими словами, Х. Гюйгенс намагається реалізувати мрію і задум техніків і вчених Нового часу: виходячи з наукових теоретичних міркувань запустити реальний природний процес, зробивши його наслідком людської діяльності. І треба сказати, це йому вдалося. Конкретно інженерна завдання, що стоїть перед Гюйгенсом, полягала в необхідності сконструювати годинник з ізохронний хитанням маятника, тобто підпорядковується конкретної фізичної співвідношенню (час падіння такого маятника від будь-якої точки шляху до самої його низької точки не повинно залежати від висоти падіння). Аналізуючи рух тіла, яке задовольняє такому співвідношенню, Гюйгенс приходить до висновку, що маятник буде рухатися ізохронний, якщо буде падати по циклоїди, повернутого вершиною вниз. Відкривши далі, "що розгортка циклоїди є також циклоїда", він підвісив маятник на нитці і помістив по обох її сторонам ціклоідально-вигнуті смуги так, "щоб при гойданні нитка з обох сторін прилягала до кривим поверхонь. Тоді маятник дійсно описував циклоїди "[32, с. 12-33, 79, 91].

Таким чином, виходячи з технічного вимоги, пред'явленого до функціонування маятника, і знань механіки, Гюйгенс визначив конструкцію, яка може задовольняти даній вимозі. Вирішуючи цю технічну задачу, він відмовляється від традиційного методу проб і помилок, типових для античної та середньовічної технічної діяльності, і звертається до науки. Гюйгенс зводить дії окремих частин механізму годин до природних процесів і закономірностям і потім, теоретично описав їх, використовує отримані знання для визначення конструктивних характеристик нового механізму. Такому висновку передували дослідження з механіки, що йдуть в руслі ідей "Бесіди ...". Не забуває Гюйгенс при цьому і своєї кінцевої мети. "Для вивчення його (маятника) природи, - пише він, - я повинен був провести дослідження про центр гойдання ... Я тут довів ряд теорем ... Але всьому я предпосилаю опис механічного пристрої годин ... "[32, с. 10].

Іншими словами, Гюйгенс спирається на встановлені Галілеєм відносини між науковим знанням (ідеальними об'єктами) і реальним "експериментальним" об'єктом. Але якщо Галілей показав як наводити реальний об'єкт у відповідність з ідеальним і, навпаки, перетворювати цей ідеальний об'єкт в "експериментальну" модель, то Гюйгенс продемонстрував, яким чином отримана в теорії та експерименті відповідність ідеального та реального об'єктів використовувати в технічних цілях. Тим самим Гюйгенс і Галілей практично здійснили то цілеспрямоване застосування наукових знань, яке і складає основу інженерного мислення і діяльності. Для інженера будь-який об'єкт, щодо якого стоїть технічна задача, виступає, з одного боку, як явище природи, що підкоряється природним законам, а з іншого - як знаряддя, механізм, машина, споруда, які необхідно побудувати штучним шляхом ( "як іншу природу "). Поєднання в інженерної діяльності "природною" і "штучної" орієнтації змушує інженера спиратися і на науку, з якої він черпає знання про природні процесах, і на існуючу техніку, де він запозичує знання про матеріали, конструкціях, їхні технічні властивості, способи виготовлення і т.д. Поєднуючи ці два роду знань, інженер знаходить ті "точки" природи і практики, в яких, з одного боку, задовольняють вимоги, що пред'являються до даного об'єкту його вживанням, а з іншого - відбувається збіг природних процесів і дій виробника. Якщо інженеру вдається в такий двошаровою "дійсності" виділити безперервний ланцюг процесів природи, що діє так, як це необхідно для функціонування створюваного об'єкту, а також знайти в практиці кошти для "запуску" та "підтримки" процесів в такій ланцюга, то він досягає своєї мети. Так Гюйгенс зміг показати, що ізохронний рух маятника може бути забезпечено конструкцією, яка представляє собою розгортку циклоїди. Падіння маятника, видозмінений такою конструкцією, викликало природний процес, відповідний як наукових знань механіки, так і інженерним вимогам до механізму годин.

В своєму трактаті Гюйгенс перераховує завдання, які йому необхідно було вирішити: довелося розгорнути вчення Галілея про падіння тіл, довівши ряд нових теорем, вивчити розгортки кривих ліній (в результаті Гюйгенс створив теорію еволют і евольвент), провести дослідження про центр хитання маятника і, нарешті, втілити отримані знання в конкретному механічному пристрої годин. З робіт Гюйгенса природничо-наукові знання (механіки, оптики та ін) починають систематично використовуватися для створення різноманітних технічних пристроїв. Для цього в природному науці інженер-вчений виділяє або будує спеціальну групу теоретичних знань. При цьому саме інженерні вимоги і характеристики створюваного технічного пристрою впливають на вибір таких знань або формулювання нових теоретичних положень, які потрібно довести в теорії. Ці ж вимоги і характеристики (у разі дослідження Гюйгенса -- це була вимога побудувати ізохронний маятник, а також технічні характеристики створюваних в той час механічних конструкцій) показують, які фізичні процеси і фактори необхідно розглянути (падіння і підйом тіл, властивості циклоїди та її розгортки, падіння вагомого тіла по циклоїди), а якими можна нехтувати (опором повітря, тертям нитки про поверхню). Нарешті, дослідження в теорії дозволяє перейти до перших зразків інженерного розрахунку.

Розрахунок в даному випадку, правда, передбачав не тільки застосування вже отриманих в теорії знань механіки, оптики, гідравліки і т.д., але і, як правило, їх попереднє побудова теоретичним шляхом. Розрахунок - це визначення характеристик технічного пристрою, виходячи, з одного боку, із заданих технічних параметрів (тобто таких, які інженер ставив сам і міг контролювати в існуючій технології) і, з іншого - з теоретичного опису фізичного процесу, який потрібно було реалізовувати технічним шляхом. Опис фізичного процесу бралося з теорії, потім певним характеристикам цього процесу додавалися значення технічних параметрів і, нарешті, виходячи з співвідношень, що зв'язують в теорії характеристики фізичного процесу, визначалися ті параметри, які цікавили інженера. У трактаті про годинники Гюйгенс провів кілька розрахунків: довжини простого ізохронний маятника, способу регулювання ходу годинника, центрів гойдання об'ємних тел. Фактично вже теорії Архімеда містили своєрідні розрахунки (наприклад, стійкості плаваючих тіл), і, можливо, великий вчений античності розраховував з їх допомогою технічні конструкції. Однак для Архімеда розрахунок - діяльність, що лежить за межами науки. Розрахувати технічна споруда в розумінні Архімеда, ймовірно, ні що інше, як визначити один з окремих випадків існування математичної ідеї (сутності). Для вченого такого калібру як Архімед подібні завдання цілком можна було вирішити, і, судячи з створеним ним механізмам, він їх вирішував (і не раз).

Дослідження Гюйгенса цікаво ще в одному відношенні: в його роботі наводяться не тільки опису відповідних математичних кривих і рухаються по цих кривим тел (тобто ідеальні об'єкти математики і механіки), але також зображення конструкції годин або їх елементів (наприклад, ціклоідально-вигнутих смужок). Таке поєднання в одному дослідженні описів двох різних типів об'єктів (ідеальних і технічних) дозволяє не тільки аргументувати вибір і побудова певних ідеальних об'єктів, але й розуміти всі дослідження особливим чином: це і не чисто наукове пізнання, і не просто технічне конструювання, а саме інженерна діяльність. На її основі складається і особлива інженерна реальність. У рамках цієї реальності в XVIII, XIX і на початку XX століть формуються основні види інженерної діяльності: інженерне винахідництво, конструювання, інженерне проектування.

Винахідницька діяльність являє собою повний цикл інженерної діяльності (ми його розглянули на прикладі роботи Гюйгенса): винахідник встановлює зв'язки між всіма основними компонентами інженерної реальності - функціями інженерного пристрої, природними процесами, природними умовами, конструкціями (при цьому всі ці компоненти знаходяться, описуються, розраховуються).

Конструювання - Це неповний цикл інженерної діяльності: зв'язки між основними компонентами інженерної реальності вже встановлені в винахідницької діяльності. Завдання конструювання інша - спираючись на ці зв'язки, визначити (в тому числі і розрахувати) конструктивну будову інженерної споруди. Конструювання -- це такий момент створення інженерного об'єкта, що дозволяє інженеру, з одного боку, задовольнити різні вимоги до цього об'єкта (призначенням, характеристиками роботи, особливостям дії, умов і т.д.), а з іншого -- знайти такі конструкції і так їх поєднати, щоб забезпечувався потрібний природний процес (з потрібними параметрами), щоб цей процес можна було запустити і підтримати в інженерному пристрої. І винахід, і конструювання, і які входять до них розрахунки потребували, з одного боку, в спеціальних знакових засобах інженерної діяльності (схемах, зображеннях, кресленнях), з іншого - у спеціальних знаннях. Спочатку це були знання двоякого роду - природничі (відібрані або спеціально побудовані) і власне технологічні (описи конструкцій, технологічних операцій і т.д.). Пізніше природничо-наукові знання були замінені знаннями технічних наук.

В інженерному проектуванні подібна завдання (визначення конструкції інженерного пристрою) вирішується інакше - проектним способом: у проекті без звернення до досвідченим зразкам імітуються і задаються функціонування, будова і спосіб виготовлення інженерного устаткування (машини, механізму, інженерного споруди).

Оскільки інженерний етап розвитку техніки істотно пов'язаний з розвитком і технічних наук, і проектування, розглянемо послідовно і те, і інше.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.philosophy.ru/