О взаимопроникновении методов различных наук

Одной из наиболее существенных закономерностей развития современной науки вообще и естественных наук в частности является возникновение новых наук и научных направлений на основе взаимного оплодотворения и взаимопроникновения ранее существовавших. В этом процессе зарождения нового большую роль играет взаимопроникновение методов различных наук.

Современная наука представляет собой чрезвычайно сложное образование, развивающееся по своим специфическим законам и многогранно взаимодействующее с самыми разнообразными общественными явлениями. Наряду с методами, общими для всех наук или группы наук, каждая конкретная наука имеет свои специфические методы. Совокупность всех этих методов, имеющих различную степень общности, и структура их проникновения в разнообразные науки в каждом историческом периоде и условиях развития наук в целом образует сложную методологическую систему, свойства и закономерности развития которой еще недостаточно исследованы.

В дальнейшем изложении делается попытка рассмотреть некоторые свойства этой методологической системы путем выборочного изучения взаимодействия наиболее близких автору наук — радиоэлектроники, теории информации и кибернетики, с одной стороны, и путем обобщения полученных результатов для группы наук на всю изучаемую систему в целом.

Прежде всего, уже предварительное изучение методологических связей между различными науками показывает, что степень этих связей весьма неравномерна для различных сочетаний наук. Иначе говоря, имеются научные методы, относящиеся к данной науке, применение которых оказывается весьма плодотворным для многих других наук. В то же самое время существуют научные методы конкретных наук, которые сравнительно слабо проникают в другие науки. Это распределение связей между науками изменяется с течением времени с развитием самих наук. В соответствии с общими законами диалектики в развитии каждой отрасли знания имеются узловые точки, в которых возникают качественно новые методы, существенно продвигающие вперед не только данную науку, но и коренным образом изменяющие другие науки и всю методологическую систему наук. Одной из актуальных задач является анализ этих узловых точек или поворотных пунктов в развитии каждой науки, группы наук и всей науки в целом. Очень важно также проанализировать, на пересечении каких наук и научных направлений, на взаимопроникновении каких методов исследования, относящихся к конкретным наукам и группам наук, можно ожидать крупных качественных скачков в будущем.

Взаимопроникновение методов различных наук, другие формы взаимодействия последних и возникновение таким путем новых наук есть отражение в нашем сознании объективно действующих связей и взаимодействий между различными видами и формами движения реальностей материального мира.

Радиоэлектроника является ярким примером плодотворного взаимодействия самых разнообразных наук, взаимопроникновения их методов и возникновения новых наук, научных направлений и областей техники. Радиотехника, начало развития которой было положено классическими работами А. С. Попова, взаимодействуя с электроникой, исходным пунктом становления которой было изобретение американским ученым Ли де Форестом электронного вакуумного триода, образовала новую науку — радиоэлектронику. Взаимодействие между методами исследования и использования электромагнитных колебаний и волн и методами изучения и применения электронных процессов и электронных приборов явилось важным фактором исключительно быстрого развития радиоэлектроники и многочисленных и разнообразных ее применений. Радиоспектроскопия, радиоастрономия, радиолокация, радиоуправление, электронная микроскопия, электронные вычислительные машины, телевидение — вот далеко не полный перечень наук, научных направлений и областей техники, входящих в радиоэлектронику.

В наши дни трудно назвать такую область науки, техники, производства, культуры и быта, куда в той или иной мере не проникли бы методы и средства радиоэлектроники.

Методы и средства радиоэлектроники оказались чрезвычайно плодотворными в астрономических исследованиях. В результате проникновения этих методов и средств к 1950—1951 гг. возникла радиоастрономия, методы которой стали успешно применяться почти во всех областях астрономической науки. Именно с помощью радиоастрономических методов и средств были получены весьма пенные материалы наблюдений от таких удаленных космических объектов, расстояния до которых имеют порядок десятка миллиардов световых лет. Такое расстояние радиоволны проходят в течение промежутка времени, сравнимого с временем жизни Метагалактики. Поэтому такие материалы явились важными исходными данными для возникновения и последующего развития новой науки — радиокосмологии, которая в наши дни делает лишь свои первые шаги.

Методами оптической астрономии не удалось решить проблему установления структуры нашей Галактики и, в частности, проникнуть в ее центральную часть — ядро. Этому препятствовало сильное поглощение света космической пылью. С помощью радиоастрономических методов, вследствие «прозрачности» Галактики для радиоволн, удалось в значительной мере раскрыть ее структуру, включая и ядро, с такой степенью подробности, которая была недоступна для обычной оптической астрономии.

С помощью радиоастрономических методов, основанных на изучении приема радиоволн с длиной 21 см, были открыты скопления межзвездного водорода, найдено распределение его в Галактике и, в частности, установлено наличие радиальных течений от центра Галактики наружу. Радиоастрономические методы исследования дали также много ценного для изучения Солнца и планет солнечной системы.

Методами радиолокационной астрономии, разработанными советскими учеными под руководством В. А. Котельникова, были успешно решены такие важные задачи, как измерение астрономической единицы, т. е. условной единицы расстояния, приблизительно равной большой полуоси земной орбиты, с высокой точностью, превышающей точность прежних астрономических методов более чем в 50 раз. Этими методами была также проведена оценка периода вращения Венеры вокруг ее оси и разрешен ряд других трудных задач.

Методы современной радиоэлектроники сыграли весьма большую роль в освоении космического пространства. Сложные и трудоемкие математические расчеты траекторий полета космических кораблей и межпланетных станций при помощи быстродействующих электронных математических машин, обеспечение высокой точности вывода их на заранее рассчитанные орбиты, точное измерение их местоположения и скоростей полета, передача разнообразной телеметрической информации с борта корабля на Землю, автоматическое управление бортовыми приборами кораблей с Земли, передача телевизионных изображений из космоса, радиотелеграфная и радиотелефонная связь — таковы далеко не все разнообразные области применения методов и средств радиоэлектроники при проведении космических исследований.

Наряду с освоением космоса методы и средства радиоэлектроники успешно применяются в исследованиях атомного ядра, элементарных частиц материи, мира вирусов и бактерий. Без сверхмощных радиоэлектронных инструментов физики высоких энергий — ускорителей протонов и других частиц были бы невозможны замечательные открытия многих свойств атомных ядер и элементарных частиц материи. Без электронной микроскопии были бы невозможны многие достижения в изучении свойств разнообразных вирусов и бактерий. Радиоэлектронные методы, приборы и устройства уже сыграли большую роль в развитии медицинской науки и в улучшении здравоохранения.

Важными узловыми точками в развитии методов и средств радиоэлектроники являются квантовая и полупроводниковая радиоэлектроника. Методы квантовой и полупроводниковой радиоэлектроники не только стали поворотными пунктами, определяющими начало новых плодотворных направлений в развитии самой радиоэлектроники, но и имеют весьма большое значение для ускорения развития самых разнообразных наук, научных направлений и областей техники.

Одним из важнейших аспектов влияния квантовой радиоэлектроники на многие современные науки является создание квантовых генераторов электрических колебаний, отличающихся исключительно высокой стабильностью частоты. В частности, водородный квантовый генератор обладает стабильностью частоты порядка 10^—12 и 10^—13, а теоретический предел этой стабильности оценивается величиной порядка 10^—14. Это дает возможность производить измерения различных величин с чрезвычайно высокой степенью точности, что в свою очередь приведет в будущем к фундаментальным открытиям в самых разнообразных областях естественных и технических наук. Подобно тому как в свое время знаменитый опыт Майкельсона по точному измерению скорости света в различных направлениях по отношению к Земле при ее движении по своей орбите вокруг Солнца явился исходным пунктом для создания теории относительности, так и методы весьма точных измерений квантовой радиоэлектроники позволят сделать открытия, которые, несомненно, явятся исходными пунктами создания новых теорий, новых наук, научных направлений и новых областей техники.

Квантовая радиоэлектроника, появившаяся в результате взаимодействия радиотехники, электроники, оптики, кристаллографии и ряда других разделов современной физики и техники, в свою очередь, в процессе своего развития оказывает плодотворное влияние не только на те науки и научные направления, из которых она выросла, но и на многие области, весьма далекие по своему профилю от областей, ее породивших.

Передача огромного количества информации с помощью когерентных оптических лучей, повышение быстродействия современных электронных математических машин, значительное снижение уровня собственных шумов в устройствах для приема электромагнитных волн, значительное повышение дальности передачи сигналов в космическом пространстве, разнообразные применения в сверхпрецизионной технологии, медицине и биологии — вот далеко не полный перечень возможных направлений воздействия квантовой радиоэлектроники на развитие различных наук.

Полупроводниковая радиоэлектроника, получившая особенно быстрое развитие после изобретения полупроводникового триода—транзистора, а в последнее время — в связи с разработкой миниатюрных и сверхминиатюрных радиоэлектронных устройств, в которых используются в качестве их элементов тонкие пленки и твердые схемы, уже начинает оказывать плодотворное влияние не только на саму радиоэлектронику, но и на многие другие науки и области техники. Не будет преувеличением сказать, что в развитии радиоэлектроники наступает «эра твердого тела». При использовании твердых или интегральных схем, представляющих собою, например, пластинки из полупроводника, отдельные участки которых выполняют функции электрических сопротивлений, емкостей, индуктивностей, диодов, транзисторов, соединительных переходов и других элементов, удается не только значительно снизить количество контактных соединений, но и обеспечить весьма существенное повышение плотности компоновки элементов, а следовательно, добиться значительного уменьшения габарита и веса конструкции.

Значительное уменьшение габаритов и весов радиоэлектронных устройств открывает неисчерпаемые возможности плодотворного применения радиоэлектронных методов в самых разнообразных областях научных исследований. Эти возможности вытекают не только из тривиальных соображений, связанных с большой экономией материалов и электроэнергии, получаемой при микроминиатюризации, но и из принципиально новых применений, открывающихся на определенных этапах процесса уменьшения габаритов и весов. Характерным примером в этом отношении являются сконструированные несколько лет тому назад в СССР радиоампулы, предназначенные для исследования процессов внутри живых организмов, в частности для исследования процессов пищеварения. Такая радиоампула представляет собою по существу микроминиатюрную передающую радиостанцию, размеры которой доведены почти до размеров обычной пилюли. Именно потому, что удалось все элементы такой радиостанции разместить в столь малых габаритах, стало возможным указанное выше применение радиоэлектронных методов для физиологических и медицинских исследований. Не приходится сомневаться в том, что по мере уменьшения габаритов и весов радиоэлектронной аппаратуры в дальнейшем будут иметь место такие и значительно большие по своей значимости скачки в применениях методов радиоэлектроники во многих областях научных исследований.

Широкие возможности использования физических методов исследования как для развития самой физической науки, так и для смежных и более отдаленных наук хорошо иллюстрируются рассмотрением возможностей метода, вытекающего из эффекта Мессбауэра, представляющего собою эффект чрезвычайно острого резонансного взаимодействия гамма-квантов электромагнитного излучения с атомными ядрами химических элементов. Острота этого резонанса достигает величин порядка 10^—14—10^—16.

С помощью методов, основанных на эффекте Мессбауэра, успешно исследуются: внутренние напряжения и деформации внутри твердых тел; механизм химических превращений; содержание в полезных ископаемых различных химических элементов, в частности олова. В связи с использованием этих методов возникла новая область химии — химическая гамма-резонансная спектроскопия, существенно дополняющая обычную оптическую и радиоспектроскопию.

Использование эффекта Мессбауэра дало возможность английским физикам обнаружить, что «ядерные часы», установленные на краю быстро вращающегося диска диаметром всего лишь в 15 см, идут несколько медленнее, чем в центре диска, что находится в соответствии с одним из основных положений общей теории относительности. Оказалось возможным также с помощью эффекта Мессбауэра измерять скорости движения порядка десятитысячных долей сантиметра в секунду. В частности, было установлено, что барабанная перепонка человеческого уха колеблется с амплитудой порядка двух десятых долей миллимикрона.

Рассмотренные здесь некоторые возможности современных методов физики и радиоэлектроники, позволяющие осуществлять измерения различных величин с исключительно высокой степенью точности, убедительно показывают, что эти методы, проникая во многие другие области науки и техники, являются одним из существенных моментов, характеризующих современную научно-техническую революцию. Как это имело место в истории науки, так и в наши дни весьма точные измерения различных величин, малейшие отклонения хода различных процессов в экспериментах от их протекания, предсказываемого существующими теориями, явятся очень важным источником многих новых открытий в науке и технике.

Ярким примером плодотворного взаимодействия наук являются электронные математические машины, которые представляют собою результат взаимного оплодотворения математики и электроники. Большое значение методов, основанных на использовании электронных математических машин, для ускорения развития различных наук и областей техники общеизвестно. С их помощью существенно ускоряется процесс математизации наук и, в частности, общественных наук, связанных с экономическими исследованиями, научной организацией труда и управлением народным хозяйством.

Процесс математизации наук является процессом двусторонним. Иначе говоря, при взаимодействии математики с какой-либо другой наукой видоизменяется и совершенствуется не только эта наука, но и сама математика, в ней появляются новые разделы, которые дальше развиваются по своим внутренним законам, в известной мере не зависящим от той науки, которая вызвала к жизни эти новые разделы. Такая же картина имеет место, вообще говоря, и при взаимодействии двух других наук и взаимодействии большей группы наук.

В связи с математизацией наук следует отметить научное направление, получившее название теории информации. Эта теория возникла из потребностей электро- и радиосвязи и, в частности, в связи с проблемой борьбы с различными помехами, в том числе взаимными помехами при работе многих радиостанций, и внутренними флуктуационными процессами в радиоприемных устройствах. Возникнув из потребностей практической радиоэлектроники, теория информации формировалась в значительной мере в результате логического развития самой теории, в известной степени независимо от потребностей практики, путем абстрагирования от тех разнообразных конкретных объектов, в которых происходят процессы передачи, приема, хранения, распределения и преобразования информации. Развиваясь таким образом, теория информации в то же самое время оказывает свое влияние на развитие многих наук и областей техники. Установленные в ней общие законы передачи информации находят свое применение для тех объектов и систем, в которых существенную роль играют информационные процессы.

Типичным примером науки, взаимодействующей со многими другими естественными и общественными науками, является кибернетика, изучающая, согласно определению А. И. Берга, явления и законы целенаправленного управления сложными динамическими системами. Кибернетика представляет собою новый этап в развитии автоматики, характеризующийся тем, что в отличие от прежних ее этапов, где в основном изучались и совершенствовались процессы материально-производственной деятельности человека, здесь в числе основных выдвигается проблема автоматизации умственного труда.

Одним из основных методов кибернетики является информационное моделирование объектов исследования, в котором свойства моделируемого объекта отображаются в виде системы взаимосвязанных понятий, выраженных в том или ином информационном языке. Исследование информационных моделей живых организмов и их элементов, включая и человеческий мозг, рассмотрение моделей сложных динамических систем большого масштаба, в частности систем управления различными отраслями промышленности и народным хозяйством в целом, изучение законов передачи и преобразования информации в структурно сложных системах и установление специфических свойств этих систем, являющихся результатом возрастания их структурной сложности и повышения уровня организации,— вот некоторые проблемы, характеризующие современную кибернетику.

Широкое развитие и плодотворное применение таких наук и научных направлений, как теория информации и кибернетика, к самым разнообразным объектам материального мира, в том числе и к объектам современной техники, объясняется тем, что в этих объектах, несмотря на их коренные различия, имеются и общие свойства.

Причины широкого проникновения методов и средств радиоэлектроники в самые разнообразные области науки и техники заключаются в том, что радиоэлектронные приборы, устройства и системы обладают такими ценными свойствами, как быстродействие, гибкость и универсальность, точность и чувствительность, малогабаритность, легкая возможность построения сложных устройств и систем из сочетаний большого количества первичных деталей или элементов. Многие из этих свойств обусловлены гибкостью электрической энергии вообще и особо высокой гибкостью ее в области высоких и сверхвысоких частот электромагнитных колебаний. А что касается быстродействия, то оно обусловлено, тем, что работа радиоэлектронных приборов и систем основывается на использовании электромагнитных процессов, скорость протекания которых в конечном счете определяется скоростью распространения электромагнитной энергии — самой высокой скоростью, существующей в природе.

Выборочное рассмотрение взаимопроникновения методов различных наук позволяет сделать некоторые заключения о его путях и формах, а также о свойствах изучаемой методологической системы в целом. Эти заключения в основном сводятся к следующему.

Во-первых взаимопроникновение методов различных наук, и вообще взаимодействие между науками, имеет место как между смежными, так и отдаленными друг от друга науками. В результате этого взаимодействия появляются новые науки и научные направления, которые в свою очередь взаимодействуют между собою и с другими науками, образуя опять новые науки и т. д.

Во-вторых, взаимодействие между науками и формирование новых наук происходит через осуществляемое методом абстракции изучение определенной группы одних и тех же свойств, присущих самым разнообразным видам и формам движения материи.

В-третьих, образование новых наук и научных направлений происходит благодаря развитию научного приборостроения и машиностроения и совершенствованию методов точных и весьма точных измерений.

Четвертый путь взаимодействия и возникновения новых наук осуществляется через технику и производство. Например, в такой области техники, как транспорт, благодаря взаимодействию самых разнообразных наук и областей техники возникают специфические задачи и проблемы, в процессе решения которых появляются новые науки и научные направления. Эти последние дальше развиваются в известных пределах самостоятельно, по своим внутренне присущим им законам, и, в свою очередь, взаимодействуют с другими науками, другими отраслями производства и областями техники.

И, наконец, пятый путь взаимодействия и образования новых наук — исследование законов развития самой науки и различных ее сторон, или, иначе говоря, создание метанауки. В частности, одной из важных в этой области является проблема, которой посвящена настоящая статья, т. е. проблема анализа взаимопроникновения методов различных наук и установления основных свойств и закономерностей сложной методологической системы.

В соответствии с общими положениями материалистической диалектики, в формировании новых научных направлений и областей техники, связанном с взаимопроникновением методов и средств ранее существовавших наук, существенную роль играют узловые точки развития наук — научные открытия, новые теории, новые методы исследований и крупные технические изобретения. Очень важно для улучшения планирования научных исследований предвидеть, на пересечении каких направлений исследований можно ожидать коренных поворотов и крупных качественных скачков в развитии науки. Нам представляется, что одним из таких плодотворных «пересечений» является сочетание исследований в области теории структурно сложных систем с большим числом элементов и высоким уровнем организации, с одной стороны, и физических и технических исследований в области микроминиатюризации радиэлектронных схем, с другой. Не исключена возможность, что именно в результате взаимопроникновения методов и средств исследований в этих направлениях будут синтезированы ранее неизвестные виды и формы движения материи, саморазвивающиеся по своим внутренним специфическим законам и по своим свойствам в корне отличающиеся от всех ранее известных видов и форм неживой природы, живых организмов и человека. При этом генеральные направления такого саморазвития и самосовершенствования будут задаваться человеческим обществом согласно социальным законам его развития. Эти генеральные направления будут соответствовать и способствовать более полному удовлетворению постоянно растущих материальных и культурных потребностей членов общества, в частности и потребности вести научные исследования.