Чтение онлайн

Характерным признаком того, что модель представляет собой не просто техническое понятие той или иной науки или же частный прием исследования, а именно гносеологическую категорию подобно понятиям опыта, гипотезы, образа и т.п., является борьба различных философских направлений вокруг этой категории.

Прослеживая основные этапы почти никогда в последние сто лет не прекращавшейся дискуссии о роли моделей в познании, можно обнаружить, как менялись аспекты обсуждаемых проблем и сдвигались центры внимания спорящих сторон в связи с теми конкретными задачами и проблемами, которые возникали на пути научного познания в течение рассматриваемого периода. Если вначале обсуждалось значение мысленных, воображаемых моделей, то в последнее время интерес переместился к многим аспектам практического моделирования, модельного эксперимента в связи с теми общими философскими проблемами, которые были порождены развитием кибернетики. На этом этапе в обсуждение философских вопросов моделирования включились и химики, и биологи, и экономисты, и социологи, и языковеды, и психологи, и логики. Но как бы ни изменялись аспекты споров, круг и интересы их участников, в этих спорах явно или неявно прослеживаются две основные линии гносеологических исследований: это линия материализма и линия идеализма.

Модель как одно из важных средств познания наиболее широко использовалась в физике. Хотя этот термин получил всеобщее признание и широкое распространение только в XIX в., но уже с самого начала возникновения физики как науки модель выступает в качестве важного и весьма эффективного вспомогательного средства построения теории, разработки гипотез, как орудие открытия и в связи с этим как своеобразная форма знания. У Галилея, который по праву считается основоположником классической физики, мы находим использование мысленных моделей в числе основных логических и методологических приемов. Галилею удалось в единстве использовать физические принципы, выражающие природу механического движения, математические методы выведения закономерных следствий из этих принципов и экспериментальную проверку того, свойственны ли эти выведенные таким образом законы природе, подтверждаются ли выдвинутые гипотезы. И хотя в отличие от физиков XIX в. он нигде не употребляет термин «модель», это средство познания им используется на каждом шагу 1 .

Модели – это мысленные идеализированные системы, в которых отражаются реальные объекты и выполняются исходные принципы и выведенные из них законы (принцип инерции, закон ускоренного движения или закон падения и т.п.). Модель использовалась как абстрактный образ исследуемого реального объекта, как промежуточное звено между теорией и действительностью, как идеализированная система, в которой выполнение законов, сформулированных в теории, не нарушается и не затемняется никакими случайностями. Примером такого использования модели являлось представление о движении тела по наклонной плоскости без трения, сопротивления среды, приуроченное к определенным условиям пространства и времени. Подобный же характер мысленных моделей, абстрактных образов-идеализаций носят представления о математическом маятнике и т.д. В методе Галилея мысленное моделирование обнаруживало ряд функций моделей, таких как способ идеализации, орудие мысленного эксперимента, средство наглядного выражения существенных отношений. Но условием выполнения этих функций было рассмотрение модели как своеобразного образа действительности, как промежуточного звена между ней и абстрактной теорией. Мы не найдем у Галилея подобных оценок и даже соответствующих терминов, но таково гносеологическое и методологическое значение метода моделей, который он так успешно применял. Но Галилей не только обнаружил понимание роли модели как своеобразной формы абстрактного воспроизведения изучаемого объекта, но один из первых сформулировал принципы теории подобия этой количественной основы физического моделирования.

В послегалилеевской физике метод моделей нашел широкое применение. Модели строятся и применяются главным образом тогда, когда физическое познание не ограничивается собиранием и описанием отдельных изолированных фактов или эмпирической индукцией, как в теории Ф. Бэкона, а опирается на творчески поставленный эксперимент, переходит в область гипотез, стремится утвердить объясняющую и предсказывающую теорию, обращается за помощью к научной фантазии, смело ищет новые формы связей, законы, структуры.

Не удивительно, что модели мы находим не только у рационалиста Декарта, который, хотя и «идет от общих принципов к частным, но для него и те, и другие воплощены в кинетических наглядных моделях» 2 . Моделями, по сути дела, широко пользовался и Ньютон, для того чтобы предметно, содержательно исследовать природу таких явлений, как свет, электричество, тяготение.

Дискуссии физиков XVII–XVIII вв. о фундаментальных теориях и гипотезах относительно природы света и других физических явлений показывают, насколько широко использовались в то время мысленные модели, различного рода модельные представления. Но если в механике Галилея и Ньютона модель выступала главным образом в своей функции идеализирующей абстракции в сочетании с наглядностью, то впоследствии все больше обнаруживаются эффективность и плодотворность использования моделей-аналогов, что приводит, в конце концов, к четкой формулировке Максвеллом метода физической аналогии, обобщенного в дальнейшем как метод математического моделирования.

XIX в. ознаменовался не только дальнейшим распространением мысленного моделирования в физике и химии, но и начавшимся процессом осмысливания и обобщения этого метода как с общих философско-методологических позиций, так и в плане его математической разработки (теория подобия).

Методологические дискуссии о роли моделей как орудий познания возникли на базе успешного использования модельных представлений Фарадеем, проводившим свои экспериментальные исследования по электричеству с помощью наглядных геометрических образов силовых линий и многочисленных механических моделей эфира 3 . Эти образы и модели не только помогли Максвеллу интерпретировать его знаменитые уравнения электромагнитного поля, но и сыграли известную роль в их открытии. Мысленные механические модели были чувственно-наглядной и методологической опорой и при разработке теории теплового движения и создании теории химического строения А. М. Бутлеровым и А. Кекуле. Изобретателями механических моделей для объяснения электромагнитных процессов были В. Томсон (Кельвин), Г. Лоренц и многие другие физики и химики. «Балтиморские лекции» 4 Томсона полны описаний моделей, состоящих из шаров, маховых колес, пружин, тяг, гироскопов и других составных частей, свойственных механическим устройствам. Не менее широко пользовался механическими моделями и Максвелл при построении своей электромагнитной теории. Выведенные им основные уравнения электромагнитного поля опирались на гипотезу молекулярных вихрей, в которой эфир или материальная среда как носитель электромагнитных явлений изображался в виде модели следующим образом. Расположенные вдоль магнитных силовых линий молекулярные вихри (оси которых касательны к силовым линиям), вращаясь в одну и ту же сторону, взаимодействуют друг с другом посредством круглых частичек, проложенных между вихрями. Эти частицы, поступательное движение которых создает электрический ток, находятся постоянно в соприкосновении качения (без трения скольжения) с обоими вихрями, которые они разделяют.

Таким образом, для английских физиков модель представляет собой не буквальное описание природы, не что-то абсолютно тождественное оригиналу или отличное от него лишь в количественном отношении. Они рассматривали модель как некоторый упрощенный, огрубляющий образ объекта или как его аналог, позволяющий от известного идти к неизвестному и облегчающий построение объясняющей теории. Ведь об этом свидетельствуют уже вышеприведенные слова Томсона, из которых видно, что модель помогает лишь понять неизвестное при помощи известного.

Еще более отчетливо методологическая роль и гносеологическое значение моделей как упрощенных образов и аналогов изучаемых явлений действительности охарактеризованы в работах Максвелла, которому принадлежит заслуга не только разработки и применения метода физических аналогий, или в современной терминологии, метода математического моделирования, но и его формулировки как одного из общих методов познания.

Центральная идея этого метода состоит в том, что для развития теории необходимо сначала достроить упрощенную модель изучаемого явления, в которой наглядно представлены внутренние связи, аналогичные связям уже изученного другого явления. Благодаря этой аналогии, которая сводится к сходству законов разных областей природы, модель может выступать не только как иллюстрация, раскрывающая возможный физический смысл новой разработанной теории, но и как эвристическое средство построения самой теории. В различных формулировках и описаниях метода моделей как метода физических аналогий Максвелл выступает против двух крайностей: против абсолютизации математического формализма в физическом познании, т.е. сведения теоретической физики к оперированию математическими формулами, и против односторонности, связанной с абсолютизацией физического содержания той или иной конкретной гипотезы.

Метод моделей, или физических аналогий, должен преодолеть эти ошибочные крайности. Вот как описывает Максвелл предлагаемый им метод: «Для составления физических представлений без принятия специальной физической теории следует освоиться с существованием физических аналогий. Переходя от наиболее общей аналогии к специальной, мы находим сходство в математической форме явлений двух различных областей природы, которое послужило, например, основой физической теории света» 5 .

Таким образом, и Максвелл не приписывает мысленным моделям характера абсолютно тождественных с оригиналом копий или значения буквальных описаний. Это лишь аналоги, причем в значительной степени упрощенные. Но, будучи аналогом, т.е. системой, обладающей сходством в некотором лишь отношении (структурном, функциональном) с изучаемым объектом, модель выступает и его отображением, познавательным образом. В этом гносеологическая суть понимания моделей и Томсоном, и Максвеллом. Более того, Максвелл никогда не заботился о том, чтобы построить единую, непротиворечивую механическую модель электромагнитных явлений. Рассматривая модели в качестве идеализации и аналогов, он пользовался одновременно несколькими моделями, иногда даже противоречащими друг другу.

Конечно, нельзя закрывать глаза на тот факт, что в XIX в. метод моделей применялся в рамках механистического мировоззрения, которое абсолютизировало механическое движение и соответствующую форму законов природы. И хотя Максвелл действительно не придавал своим моделям буквального значения, тем не менее он использовал их как механический способ взаимодействия между материальными частицами, существующий в природе. Он писал по поводу одной из своих моделей эфира: «Попытка, которую я тогда сделал, не должна приниматься за большее, чем она есть на самом деле, а именно наглядное доказательство, что может быть придуман механизм, способный установить связь, механически эквивалентную фактическому соединению частей электромагнитного поля. Проблема механизма, необходимого для установления данного рода связи между движениями частей системы, всегда допускает бесконечное число решений. Из этих решений некоторые могут быть более грубы или более тонки, чем другие, но все они должны удовлетворять общим условиям механизма как целого» 6 .