Философия техники

Средневековая культура была культурой канонической. В ремесленном производстве основополагающей была ссылка на авторитет. Изготавливаемые образцы техники должны были быть не хуже эталонного образца, но и не лучше. Изобретения как таковые воспринимались отрицательно, поэтому допускалось внедрять в практику только изобретения, заимствованные из других культур. Кроме того, особенность науки и техники в Средние века определялась христианским мировоззрением.
Так, например, по сравнению с античной культурой, в средние века под этим влиянием изменилось отношение к ручному труду: с позиций христианского мировоззрения труд рассматривался как форма служения Богу. То есть если в античности тяжелый ручной труд приравнивался к труду несвободному, рабскому и считался недостойным свободного человека, то в христианском обществе физический труд, связанный с хозяйственной деятельностью, относится к роду достойных занятий, считается формой служения Богу. В этой связи в средние века возникает стремление облегчить тяжелый и монотонный ручной труд, что потребовало внедрение новых методов и технологий. Как отмечают В.П. Гайденко и Г.А. Смирнов, процесс технического развития эпохи Возрождения берет начало в средние века⁸.
С IX в. начинается медленный подъем в развитии техники, выходящий за рамки достижений античной культуры. Успехи в технике коснулись способов деятельности в сельском хозяйстве, в военном деле, текстильном производстве, металлургии и в ремесленном производстве. Кроме того, успехи в технике также связаны с освоением новых источников энергии: в средние века наряду с мускульной силой человека и животных началось освоение силы воды и ветра, распространяются и усовершенствуются водяные и ветряные мельницы. Так, например, с изобретением кривошипа и маховика можно было заставить воду не только молоть зерно, но и сеять муку, приводить в движение молоты в кузницах, машины в сукновальнях и сыромятнях и т.д.
Этот период охватывает промежуток времени, начиная со второй половины XV века до 70-х годов XIX в. Для него характерно превращение технических знаний в отдельную область научных знаний, имеющих свой предмет, методы и средства исследования. В эпоху Возрождения быстрое развитие государственности и торговли приводит к задачам технического характера, для решения которых, ремесленных навыков было уже недостаточно, поэтому начинает формироваться идея практически ориентированной теории. В это время изменился и социальный статус ремесленников. Постепенно зарождается инженерная деятельность.
Совершенствованию техники может способствовать и опыт, но его значение ограничено, т.к. эмпирически найденные зависимости всегда имеют частное значение, и могут быть применены в ограниченном круге изобретений. Опыт не может дать достоверности в обосновании замысла, в силу того, что он обосновывает замысел, базируясь на законе природы. И для решения практических задач в этот период начинает привлекаться научное знание. Технический объект мог быть теперь представлен как естественный процесс, и теоретическая модель описания технического объекта могла быть почерпнута из естествознания. В науке этого периода начинает складываться экспериментальный метод. Именно на этом этапе, на стыке производства и естествознания и возникает научное техническое знание.
По мере развития промышленности различные конкретные технические задачи, требующие решения, стали возникать систематически. Решение этих задач требовало не только привлечение естественнонаучных и математических знаний, но и переработки этого знания, его приспособления для практического использования в сфере создания и применения техники. Решение этих задач уже не могло быть осуществлено на основе только накопленного опыта и начального обобщения эмпирических данных. Технические науки, таким образом, были вызваны к жизни потребностями инженерии, но идеал технической науки, способной теоретическими средствами решать инженерные задачи, появляется лишь в Новое время. Именно этот идеал, в конечном счете, и привел к возникновению технической науки. Итак, становление научно-технического знания утверждается на базе экспериментальной науки, когда для формирования технической теории оказывается необходимым наличие базовой естественнонаучной теории.
Всякое создаваемое техническое устройство выступает как «естественно-искусственная» система, представляя, с одной стороны, подчиняющееся естественным законам явление природы, а с другой стороны – механизм, которое необходимо создать искусственно. Объекты технических наук являются продуктами человеческой деятельности, но создаются из естественных материалов по естественным законам. Поэтому одной из важных задач научно-технического знания является исследование естественных процессов, в той мере, в какой они определяют технические средства. Естественные науки раскрывали сущность, описывали явления и процессы, применяющиеся в производственной технике, позволяли представить идеальную модель процесса, реализуемого в техническом устройстве. Это становилось отправным пунктом конструирования технических объектов. Познание природы и ее законов является условием, без которого техника невозможна.
Становление технических наук также связано со стремлением придать инженерному знанию научную форму. Это выразилось в создании исследовательских лабораторий и приспособлении математической теории и экспериментальных методов науки к нуждам инженерной деятельности. Кроме того, технические науки дают развернутое описание технических свойств объектов, их структуры и технических процессов, которые детерминируют эти свойства. Таким образом, техническая наука имеет дело не просто с процессами природы, а с искусственными процессами, являющимися продуктом деятельности человека. Поэтому целью технической науки является исследование закономерностей функционирования технических устройств и их создания.
Этот этап развития технических наук расчленяется на два подэтапа. На первом подэтапе (вторая половина XV века – начало XVII века) происходит формирование научно-технических знаний на основе использования в инженерной практике знаний естественных наук. Так как вначале технические науки формировались как приложение естествознания к определенному классу инженерных задач, то нередко технические науки рассматривались как прикладное естествознание. Однако технические науки представляют собой особый класс научных дисциплин, отличающихся от естественных наук и по объекту исследования, и по внутреннему строению.
И теперь основой классического естествознания стал технически подготовленный эксперимент. Известно, что естественнонаучный эксперимент – это, прежде всего идеализированный эксперимент, оперирующий с идеальными объектами и схемами, это попытка создать искусственные процессы и состояния с целью получения новых научных знаний о природе и подтверждения научных законов, и в этом, например, великая заслуга Г. Галилея. Согласно Галилею исследование природы не сводится ни к пассивному наблюдению, ни к чистой теории. Именно с Галилея наука стала опираться на технически подготовленный эксперимент.
На втором подэтапе (начало XVIII в. до 70-х годов XIX в.) создаются предпосылки и появляются первые технические науки. Технические науки сформировались в связи с усложнением технических средств производства в период становления машин и явились своего рода инструментом, кардинально изменившим способ конструирования техники, поэтому естественнонаучное знание только предварительную ступень в создании технических объектов. В силу того, что технические науки формировались, прежде всего, в качестве приложения различных областей естествознания к определенным классам инженерных задач, с начала своего научного развития инженерная деятельность была ориентирована на применение главным образом физики и математики. В технические науки из естествознания были транслированы первые исходные теоретические положения, способы представления объектов исследования и проектирования, основные понятия, идеал научности, установка на теоретическую организацию научных знаний, на построение идеальных моделей, математизацию. Но при этом нужно обратить внимание на то, что технические науки не являются приложением естествознания к предметно-практической деятельности. Развитие естествознания делает лишь возможным соединение технического опыта с научными знаниям, а познание природы и ее законов еще не представляет технику. Только применение этих знаний к целенаправленным изменениям действительности составляет технику. И конечно, при этом речь идет не о преобразовании законов природы, но о приспособлении к ним.
Таким образом, технические науки представляют собой особый класс научных дисциплин, отличающихся от естественных наук, хотя между ними существует довольно тесная связь. На основе естественнонаучных знаний можно было представить идеальную модель процесса, реализуемого в техническом устройстве. Естественнонаучные знания позволяли задать естественнонаучный процесс, который реализуется в инженерных устройствах, а также определить и рассчитать точные характеристики конструкций, обеспечивающих данный процесс.
Но для инженерной деятельности кроме естественнонаучных нужны еще и технологические знания – описание конструкций, технологических операций и т.д. Поэтому заимствованные из естествознания элементы в технических науках претерпели существенную трансформацию, в результате чего возникает новый тип организации теоретического знания.
Важную роль для разграничения естествознания и техники играют понятия «искусственное» и «естественное». Всякое техническое устройство выступает как «естественно-искусственная» система. С одной стороны, она представляет подчиняющееся законам явление природы, а с другой стороны – орудие, механизм, которое необходимо создать искусственно. Технические науки направлены на изучение закономерностей «мира искусственного»: они описывают то, что происходит в технике, и формулируют правила, по которым техника должна функционировать. При этом одной из важных задач технической науки является поиск принципов действия и принципов организации тех или иных технических объектов и технологий. Кроме того, технические науки должны быть ориентированы на описание строения технических систем, на описание протекающих в них технических процессов и параметров их функционирования и эти знания должны также фиксировать методы создания технических систем и принципы их использования. Можно сказать, что техническая теория составляет предписания для оптимального технического действия.
В конце XVIII – первой половине XIX происходит становление технических наук механического цикла – теории машин и механизмов, деталей машин, баллистики, теплотехники и др. К началу XVIII в. был накоплен большой практический опыт по созданию и эксплуатации разнообразных технических средств, созданных на базе механики. Это привело к тому, что технические науки механического цикла появились раньше других наук. Технические науки, представляющие различные разделы механики, складывались под влиянием запросов практики: баллистика удовлетворяла запросам артиллерии; сопротивление материалов появилось в результате развития машиностроения и строительного дела; гидравлика разрешала проблемы, возникающие в процессе строительного дела.
Наиболее ярко соединение теоретических построений естествознания и технического опыта проявило себя при создании паровой машины. Универсальный паровой двигатель Дж. Уатта и многие другие машины «первой волны» промышленной революции были вершиной технического знания, основанного на эмпирическом естествознании. Но их дальнейшее развитие могло быть осуществлено только через посредство теоретического мышления, путем синтеза научных знаний о естественных и искусственно создаваемых технических средствах. Все большее применение паровых двигателей привело к необходимости теоретического исследования действий паровой машины и прежде всего к исследованию процесса превращения теплоты в работу.
Одной из первых технических наук была термодинамика. Задачу создания теории поставил перед собой французский инженер Сади Карно (1798–1832). Карно, впервые сформулировавший начала термодинамики, отмечал, что явление получения движения из теплоты не было рассмотрено с достаточно общей точки зрения. Для того, чтобы рассмотреть это во всей полноте, согласно С. Карно, надо изучить это явление независимо от какого-либо конкретного механизма, изучить работу паровой машины как естественный процесс. Для описания теоретического процесса, совершающегося в техническом объекте, Карно абстрагируется от конкретных конструкций паровых двигателей. Он создает теоретическую модель паровой машины – идеальную паровую машину. Подход Карно требовал уже не только знаний об устройстве, возможностях и способах функционирования паровой машины, но и теоретического анализа физических принципов, реализуемых в конструкции. Таким образом, разработка идеальной модели становится отправным пунктом конструирования технических объектов. Однако С. Карно не сумел развить достаточно полную теорию превращения теплоты в работу, так как придерживался теории теплорода. В дальнейшем, когда теплоту стали рассматривать как движение, этот вопрос был решен. Но это произошло только после того, как был открыт закон сохранения и превращения энергии в 1842 г. Ю.Р. Майером.
В XIX в. появляется целый ряд новых технических дисциплин механического цикла (статика, гидростатика, динамика твердого тела, гидродинамика, развивается учение о трении, сопротивлении материалов и др.). Таким образом, конец XVIII в. – середина XIX в. являются периодом возникновения технических наук.
Во второй половине XIX в. происходит формирование технических наук электротехнического цикла. Электротехника возникла под воздействием нужд производства в тесной связи с развивающейся технической деятельностью общества. Но в отличие от технических наук механического цикла предмет научно-технического знания в области электротехники сформировался не в процессе длительной практической деятельности, а в результате развернувшихся в XVIII–IX вв. экспериментальных исследований магнетизма и электричества.
Принципиальное значение для становления электротехники имело открытие действия электрического тока на магнитную стрелку датским физиком Х.К. Эрстедом (1820 г.). До этого открытия электричество и магнетизм считались хотя и похожими, но имеющими различную природу явлениями. И следующим важным шагом в развитии электротехники было открытие М. Фарадеем электромагнитной индукции (1831 г.). Эти работы стали основой последующих достижений в этой области – развития электрических машин, других отраслей электротехники, включая средства связи.
В период становления электротехники на первом плане находилась проблема создания электрического двигателя, способного конкурировать с паровой машиной. Задача создания двигателя с лучшими, чем у паровой машины техническими и технико-экономическими характеристиками вытекала из реальных запросов промышленности, поэтому изобретения в этой области следовали одно за другим. Только во второй половине XIX веке в результате работ ряда ученых и изобретателей появился электродвигатель, который начал широко применяться в технике.
В последней четверти XIX веке теория электротехники стала общепризнанным разделом науки и научно-технической деятельности. Роль теории в техническом прогрессе электротехники становится тем более важной, что к этому времени насчитывалось уже множество разновидностей конструкций машин, обладавших различными индивидуальными характеристиками. Назрела задача установления обобщающих показателей электрических машин, выработку таких теоретических знаний, которые можно было положить в основу инженерных методов расчета конструкций новых технических средств. В этот период появляются электрические машины постоянного тока и создаются основы электротехники.
Однако развитие передачи электроэнергии постоянным током встречало серьезные препятствия – большие потери при передаче постоянного тока низкого напряжения. Электротехника в то время еще не располагала ни научными знаниями, ни техническими средствами для успешного использования постоянного тока высокого напряжения. Поэтому вполне правомерной стала растущая заинтересованность ученых и инженеров в переменном токе.
В 1883-1886 гг. начался новый подъем развития электротехники. Он был связан с внедрением в промышленность переменного тока. Для развития системы переменного тока принципиальное значение имело не только изобретение генератора и трансформатора переменного тока, но и теоретические исследования научно-технического характера.
Следует отметить, что общей особенностью всех технических наук является то, что совершенствование конструкций и повышение эффективности технических средств не может быть оторвано от технической практики. Как и в технических науках механического цикла, в электротехнике теории формируются на базе экспериментальных исследований и описаний конкретных явлений и конструкций реальных технических устройств путем теоретического обобщения и прямой ассимиляции полученных из практики данных и наблюдений посредством математики и специально создаваемого понятийного аппарата. При этом научные знания о физических свойствах и явлениях, используемые при создании электротехнических устройств с заранее заданными эксплуатационными характеристиками, включаются в целостную систему специализированных научных знаний различных уровней общности, образуя ее фундаментальное ядро.
В электротехнических устройствах, таким образом, опредмечиваются не только научные знания об электричестве и законах движения мате­риальных тел, здесь, как и в науках механического цикла, оказались необходимыми также знания о материалах и их физических свойствах, способах их обработки и т.д. Научно обоснованная конструкция электротехнических устройств предъявляла свои требования и к технологии производства. Буквально с первых шагов электротехники ее развитие определялось не только естественнонаучными и научно-техническими знаниями, но и технико-экономическими факторами. Цикл электротехнических наук оказал огромное влияние, как на производство, так и на дальнейшее развитие всех технических наук.