Гносеологическая функция приборов

F

Все вещи раскрывают свои свойства через взаимодействия. Очевидно, что первой формой взаимодействия, в результате которого человек получает информацию о реальности, есть взаимодействие объектов через информационного посредника с самими органами чувств.

я

в о

Поскольку органы чувств как механизм приспособления к экологической и социальной среде сложились в результате длительной эволюции человека, то сенсорная информация поступает в сознание на языке «чувственных данных», семантика которого понятна субъекту и в этом смысле не требует никакой особой интерпретации. Будучи исходной и потому не сводимой к какому-либо еще более глубокому уровню, эта первичная семантика может интерпретироваться на зыке более высоких этажей, в частности, на уровне сприятия. Здесь семантика возникает на базе меха-

низма свертывания и предметного истолкования «чувственно данного». Язык восприятий является более богатым и в этом смысле более адекватным действительности. Обычно человек уже в раннем детстве научается истолковывать «чувственно данные» в форме восприятий, используя такие отработанные в предметной деятельности операции, как отождествление, категоризация, классификация, узнавание и др. Следующий уровень интерпретации данных ощущения и восприятия — это описание и объяснение наблюдаемых явлений, осуществляемое на основе системы научных абстракций, в контексте эмпирического уровня функционирования знания.

В каких же случаях возникает необходимость во включении в гносеологическую ситуацию приборов как особого класса посредников? Введение приборов в процесс познания обусловлено целым рядом важных обстоятельств, связанных с необходимостью: 1) преодоления ограниченности органов чувств; 2) преобразования информации об исследуемом объекте в форму, доступную чувственному отражению; 3) создания экспериментальных условий для обнаружения объекта; 4) получения количественного выражения тех или иных характеристик объекта. Таким образом, перед нами особый тип гносеологической ситуации, который коротко можно назвать приборным.

Что же такое прибор? Прибором можно назвать познавательное средство, представляющее собой искусственное устройство или естественное материальное образование, которое человек в процессе познания приводит в специфическое взаимодействие с исследуемым объектом с целью получения о последнем полезной информации.

Очевидно, что тот или иной материальный объект выступает в функции прибора не сам по себе, а лишь тогда, когда он присоединен к органам чувств в качестве особой надстройки над ним и служит специфическим передатчиком информации. Каковы условия этого присоединения? Взаимодействие прибора и объекта должно приводить к такому состоянию реги-

ШТОДЫ научного исследования

сТрирующего устройства, которое может быть непосредственно зафиксировано органами чувств в виде макрообраза. Данное положение подчеркивают многие авторы (Н. Бор, М.А. Марков, В.А. Фок). Оно вытекает, в частности, из того факта, что сам человек «физически, как орудие исследования, представляет собой макроскопический прибор»8.

Все приборы можно условно разделить на два класса — качественные и количественные. Приборы первого класса вводятся в познавательную ситуацию в тех случаях, когда исследователя интересует информация о качественной стороне объекта, причем последняя не может быть получена непосредственно с помощью органов чувств ввиду ограниченности последних.

Важнейшая познавательная функция приборов первого класса состоит в максимальном усилении и расширении познавательных возможностей органов чувств. Однако в зависимости оттого, как тот или иной прибор выполняет данную функцию, все они могут быть разделены на три типа: 1) усилители; 2) анализаторы; 3) преобразователи9. Рассмотрим каждый из этих типов в отдельности.

Приборы-усилители. Приборы данного типа применяются в тех случаях, когда идущие от объекта сигналы остаются в обычных условиях за порогом ощущений или когда особенности среды затрудняют их непосредственное отражение. Очевидно, что воздействие прибора на сигнал изменяет в последнем лишь его характеристики как физического носителя информации. Другими словами, прибор-усилитель (например микроскоп) должен так изменить сигнал, чтобы он стал доступен соответствующему органу чувств, при этом сохраняется инвариантной передаваемая сигналами информация. Во всех случаях техническая задача при- боров-усилителей состоит в том, чтобы доставлять сигналы любым возможным способом от исследуемого

Марков М.А. О природе физического знания. Вопросы философии. 1947. № 2. С. 152.

" Лазарев Ф.В., Трифонова М.К. Роль приборов в познании и их Аассификация // Философские науки. 1970. № 6.

объекта к органам чувств, не меняя при этом качественную определенность выходного сигнала по сравнению с сигналом на входе.

С каким бы типом качественных приборов человек ни имел дело, в конечном счете он получает информацию в виде чувственного образа. Однако в зависимости от используемого типа прибора гносеологический статус названного образа может быть различным. Как известно, любой чувственный образ представляет собой результат наложения двух противоположных процессов и соответственно двух структур — структуры, объективированной в информационном посреднике, и структуры, связанной с характером соответствующей интерпретативной матрицы воспринимающей системы. Аналогично этому «приборные данные», или факты, несут в себе момент двойственности: с одной стороны, они определяются объектом самим по себе и в этом смысле выступают как нечто самодостаточное и первичное по отношению к какой бы то ни было теории, с другой стороны, факты предполагают теоретический контекст их прочтения, и в этом смысле обязательно выступают как «теоретически нагруженные», как нечто такое, что должно быть вписано в концептуальную рамку.

Применяя приборы-усилители в процессе познания, человек получает в каждом конкретном случае образ, который, будучи взятым с точки зрения конечного результата отражения, сохраняет гносеологический статус непосредственного чувственного образа исследуемого объекта. Из сказанного вытекает, что теоретическая картина явления, которую наблюдатель воссоздает с помощью приборов-усилителей, может быть на заключительной стадии описана без всякого упоминания о самом приборе. Другими словами, происходит элиминация прибора из конечного познавательного результата.

Приборы-анализаторы. Необходимость использования приборов-анализаторов связана с особенностями самого исследуемого объекта по отношению к поставленной задаче. В функцию прибора здесь не входит 156 какое бы то ни было изменение сигналов, идущих от

объекта; техническая задача приборов-анализаторов (например спектроскоп, хроматографическая бумага и т. п.) состоит в том, чтобы путем непосредственного воздействия на исследуемый объект (в частности путем механического, физического или химического его разложения) преобразовать его в такую форму, что появляется возможность получить с помощью органов чувств новую дополнительную информацию.

Рассмотрим в связи с этим один конкретный пример. Допустим, требуется определить химический состав вещества спектральным методом. Для этого прежде всего получают спектрограмму — визуально наблюдаемое распределение спектральных линий вещества на пластинке. Расшифровка спектрограммы осуществляется путем сравнения ее со стандартной спектрограммой, на которой против каждой линии указана соответствующая длина волны. Очевидно, что эталонный образец заключает в себе лишь ранее полученное знание и как таковой не может дать экспериментатору никакой новой информации. Сравниваемый образец, взятый сам по себе, также не может доставить интересующую исследователя информацию. Лишь соединение обоих образцов в рамках особой познавательной операции сравнения (и лишь в том случае, когда названная операция позволяет произвести идентификацию образцов) приводит к получению новой информации.

В чем суть идентификации с гносеологической точки зрения? Непосредственно поступающая при сопоставлении образцов сенсорная информация позволяет лишь установить тождество или различие тех или иных сравниваемых линий. То обстоятельство, что две какие-либо линии оказались в результате сравнения отождествлены, ведет, однако, к важным следствиям. Дело в том, что в отношении линий на стандартной спектрограмме наблюдатель располагает дополнительной информацией (ведь каждая линия здесь однозначно связана с соответствующей длиной волны, а длина волны — с соответствующим химическим элементом), о результате идентификации вся дополнительная информация необходимо переносится на опознаваемый

объект. Значит, новая информация возникает в результате переноса (посредством умозаключения) накопленной ранее информации (так называемой априорной информации) на исследуемый объект.

• По существу, идентификация позволяет осуществить выбор из всех возможных линий на эталоне какой-то одной линии и тем самым снять исходную неопределенность. А это значит, что мы можем подсчитать и количество полученной информации. Отсюда ясно, что эталон представляет собой набор интерпретированных элементов некоторого языка, который дан наблюдателю заранее. Таким образом, все возможные ответы, каждый из которых может дать производимый эксперимент на поставленный вопрос, известны заранее и выражены на понятном наблюдателю языке.

Таким образом, хотя восприятие, полученное с помощью прибора-анализатора, возникает в результате непосредственного воздействия выходного сигнала на соответствующий орган чувств, его соотнесение с исходным объектом оказывается опосредованным.

Из сказанного можно сделать вывод о том, что картина явления, которую воссоздает исследователь с помощью прибора-анализатора, предполагает в известной степени необходимость учитывать тот вклад, который вносит прибор в конечный результат познания (опосредование второго порядка).

Приборы-преобразователи. По существу, любой прибор можно рассматривать как преобразователь входных сигналов, идущих от исследуемого объекта, в выходные сигналы, несущие полезную информацию в форме, удобной для восприятия или технического использования.

Исходя из вышесказанного, целесообразно приборами-преобразователями в собственном смысле слова называть особый тип приборов, предназначенных для изучения класса явлений, объективные свойства которых таковы, что информация о них не может быть в Юо принципе получена непосредственно с помощью ор-

ганов чувств (равно как и с помощью приборов ранее рассмотренных типов) без качественного преобразования носителя информации (например электромагнитное поле, инфракрасное излучение, ультразвук и т. п.). Примером одного из первых приборов-преобразовате- лей служит телескоп, изобретенный Г. Галилеем в начале XVII в.

Для получения информации о таких явлениях, как электромагнитное поле, радиация и т. п., необходимо найти или создать искусственное материальное образование, которое обладало бы свойством характерным образом изменяться под влиянием изучаемого явления. При этом указанное изменение должно обладать следующими свойствами: во-первых, быть непосредственно воспринимаемым органами чувств; во-вторых, по нему можно было бы судить о самом объекте исследования. Частным случаем приборов такого типа являются приборы-индикаторы, функция которых давать сведения о присутствии либо отсутствии искомого явления в исследуемой среде.

При конструировании приборов-преобразователей обычно используют достаточно известные и простые зависимости между физическими величинами, например механическое воздействие электрического тока и магнитного потока, расширение тел при нагревании, упругая деформация материалов под действием силы.

Показания приборов, на основании которых экспериментатор судит об исследуемом свойстве или явлении, представляет собой конечное звено причинно- следственной связи «объект— прибор». При этом предполагается, что связь причины и следствия носит однозначный характер, т. е. изменения в приборе (вторичная структура) строго соотносятся с однозначно определенным классом явлений, вызывающих это изменение (первичная структура). Очевидно, что показания прибора (следствие) интересуют наблюдателя не сами по себе в качестве чувственного образа регистрирующего устройства, а лишь как сигналы, несущие информацию об исследуемом объекте (причине). Так,

Б электроскопе, служащем для обнаружения заряда на

т ^

лах, можно визуально наблюдать по поведению ли-

сточков алюминия или станиоля присутствие или отсутствие электрических зарядов.

Каковы условия использования любого природного объекта в качестве прибора-преобразователя? Взаимодействие прибора и исследуемого предмета может быть эффективно использовано в целях познания лишь при наличии предварительного знания о свойствах и принципе действия прибора так называемых титуль- ныхданных10. Фиксируя изменения, произошедшие в приборе в процессе эксперимента, с помощью наблюдения за регистрирующим устройством, ученый получает такой материал чувственных данных, значение и смысл которого он может расшифровать лишь опираясь на уже имеющуюся у него информацию о тех каузальных связях и закономерностях, которые положены в основу функционирования прибора. Получение информации с помощью прибора-преобразователя связано с «умозаключением» от следствия к причине. Другими словами, информация, которую получает наблюдатель в виде «показаний прибора», носит условный характер. Она предполагает принятие двух посылок:

1. достоверность тех физических гипотез, которые лежат в основе конструкции прибора;
2. техническая исправность прибора.

Вторая посылка, вообще говоря, предполагается во всех случаях применения прибора любого Аипа. Однако для приборов-преобразователей она имеет особое значение. Все дело в своеобразии гносеологического статуса чувственного образа, получаемого посредством прибора данного типа.

Неисправность приборов первых двух типов часто может быть замечена по характеру самих показаний прибора прежде всего благодаря избыточной информации о получаемых наблюдателем данных. Напротив, в приборах-преобразователях сигналы о тех или иных характеристиках исследуемого объекта хотя и носят чувственно воспринимаемый характер, но не воссоз-

дают никакого чувственного образа самого объекта познания и поэтому не доставляют какой-либо дополнительной информации, на основании которой можно было бы судить об истинности показаний прибора. Чувственные данные по отношению к объекту опосредованы принятыми посылками, что можно было бы назвать опосредованием третьего порядка. Воспринимается не само изучаемое явление, а его изоморфное отображение в виде некоторой структуры. Например, наблюдаемый трек элементарной частицы в камере Вильсона есть не более чем «макрослед» микропроцесса. При анализе показаний прибора экспериментатор исходит из того, что существует известный изоморфизм между структурой следа и самим микрособытием. О структуре следа можно судить по координатам следа, его длине, радиусе кривизны, изменению направления и другим характеристикам. Наличие изоморфизма и представляет собой средство перевода языка чувственных данных на язык теории.

В отличие от приборов-усилителей здесь уровень процесса восприятия и процесса интерпретации качественно различны. На уровне восприятия показания прибора выступают как сама отраженная реальность, на уровне же интерпретации эти показания есть лишь форма кодирования идущей от отображаемого объекта информации. Поэтому перед субъектом возникает познавательная задача — найти с помощью концептуальных средств объективное соответствие между исследуемым явлением и его отображением в виде приборных данных, поскольку такое соответствие не дано субъекту непосредственно. Установив способ перекодировки, субъект может от показаний прибора перейти к самому явлению.

В большинстве случаев при применении приборов- преобразователей мы сталкиваемся с ситуацией, когда нельзя описать сущность изучаемого явления, не упоминая о приборе. Очевидно, анализируя прибор именно этого типа, М.А. Марков писал: «Прибор входит в само определение явления. Например, в само Понятие, в само определение электрического поля входит упоминание о пробном заряде; напряженность

электрического поля есть сила, действующая на единицу пробного заряда...»11. Таким образом, прибор-пре- образователь не может быть элиминирован ни на уровне восприятия (ибо как посредник он никогда не дан «изнутри» по отношению к наблюдателю), ни на уровне интерпретации (ибо упоминание о нем входит в само определение явления).

Приборы-регистраторы. В соответствии с принятой нами классификацией, приборы-регистраторы являются приборами третьего класса. Их основная функция — регистрация и хранение полезной информации в форме, допускающей последующее ее восприятие (в том числе с помощью приборов-усилителей), анализ, сравнение и измерение. Самый типичный пример — фоторегистрация на чувствительной эмульсии.

Регистратор (также, как и измеритель) может быть прибором каждого из рассмотренных выше трех типов. Так, хронограмма является одновременно и анализатором и регистратором. В отличие от приборов первых двух классов регистраторы обязательно предполагают получение показаний прибора в виде документа (фотопленки, магнитофонная лента, перфокарта и т. п.).

В специальной литературе обычно упоминаются два основных способа регистрации исследуемых явлений в виде документов — аналоговый и цифровой. Примером первого способа может служить рычаг- регистратор, царапающий закопченную ленту цилиндра при вращении последнего и воспроизводящий в виде графической кривой эволюцию во времени изучаемого параметра. Для регистрации цифровых данных в последнее время широко используются запоминающие устройства на ферритовых сердечниках.

Кроме двух основных способов регистрации, существует еще один способ, который мы условно называем «аналитическим» (поскольку он связан в первую очередь с приборами-анализаторами). В качестве документов здесь выступают спектрограммы, хроматограм- мы и т. п.

М Марков МЛ. О природе физического знания // Вопросы философии, 1947. № 2. С. 153.

Методы научного исследования

Что нового несут с собой приборы-регистраторы с гносеологической точки зрения? Их отличительная черта состоит в том, что они позволяют многократно воспринимать одно и то же явление, зафиксированное на фотографии, кинопленке, осциллограмме и т. п. Это свойство становится особенно важным, когда возникает задача изучить какое-либо уникально и быстро протекающее событие (падение метеорита, распад элементарной частицы и т. п.). Возможность длительного хранения информации, полученной с помощью регистраторов, создает ряд других преимуществ в восприятии и переработке информации. В частности, прибор-регистратор «преодолевает коренную ограниченность восприятия, состоящую в привязанности образа предмету»12.

Аналоговый способ регистрации явления в виде графической кривой позволяет исследователю непрерывно следить за динамикой процесса и переводить воспринимаемую картину на теоретический язык. При аналитическом способе документ представляет собой набор статистических образов (спектрограмм), для расшифровки которых используется описанная выше операция сравнения. Что касается цифрового способа, то он с самого начала позволяет регистрировать явление на концептуальном языке количественных данных.

Приборы 4-го класса. Особый (четвертый) класс приборов составляет так называемые измерительные информационные системы (ИИС).

Традиционные качественные приборы предназначены, как правило, для одновременного измерения установившегося значения одной величины. Эти приборы поэтому оказывается непригодными/когда требуется быстрое получение информации. Все чаще ИИС используются также в случаях, когда объект, от которого экспериментатор желает получить информацию, находится в недоступной для человека среде — глубинах океана, на другой планете, в космосе и т. п. Так, был создан, например, ракетный спектрограф, предназначенный для фотографирования коротковолновой области спектра солнца.

12

Георгиев Ф.И., Дубовской В.И., Коршунов A.M., Михайлова И.Б. h Чувственное познание. М, 1965. С. 127.              *|цЗ

Использование ИИС имеет целью получение метрической информации непосредственно от объекта исследования и, как правило, сочетает в себе операции измерения и контроля. Обе эти операции можно описать теоретико-информационными методами13. Так как получение результатов при измерении или контроле включает в себя элемент случайности, их правомерно рассматривать как случайные события, а сам эксперимент — как ситуацию, в которой они осуществляются. Как известно, в теории информации анализируются такие ситуации, в которых проявление того или иного возможного события не может быть однозначно предсказано. Дать более полное описание такой ситуации — значит охарактеризовать вероятность появления каждого из событий.

Обязательное условие получения результатов измерения (контроля) — выполнение операции сравнения (когда значение функции входной величины и погрешности сопоставляют со значениями заранее выбранной величины). Количество информации здесь позволяет определить, насколько полно можно судить о значениях входной величины по результатам данного эксперимента. Для вычисления количества информации используются законы распределения вероятностей, с помощью которых описываются вероятностные свойства входной величины и погрешности. В формуле количества информации учитываются также диапазон прибора и цена деления шкалы.

Во многих случаях ИИС сигналы одной физической природы преобразует в сигналы другой физической природы. Основными элементами ИИС являются устройства обработки, хранения и выдачи информации. В зависимости от познавательной задачи, то есть нужд потребителя, информация на выходе может выступать в самых различных формах — в виде графиков, наименований чисел и т. п. С этим связано своеобразие познавательного статуса чувственного образа, получаемого с помощью ИИС. Выходные устройства ИИС, как

13 Рабинович В.И., ЦапенкоМ.П. Информационные характерис- 1{5Д тики средств измерения и контроля. М.: Энергия, 1968.

правило, бывают двух видов — индикаторы и регистраторы. Наиболее типичными индикаторами являются электрический звонок, светящееся пятно, цифровое табло, телевизионный экран. Примером регистратора могут служить печатающие устройства, ленточные перфораторы, магнитные диски и т. п.

Приборы в квантовой механике. Проникновение науки в микромир и применение измерительных приборов для изучения микроявлений привело к выявлению новых аспектов в понимании прибора как средства познания. Первый из этих аспектов связан с некоторой нераздельностью прибора и микрообъекта. По словам Н. Бора, фундаментальное отличие анализа явлений в классической и квантовой физике состоит в том, что в первом случае взаимодействием между объектами и измерительными приборами можно пренебречь или его можно компенсировать, тогда как во втором случае это взаимодействие составляет существенную часть явления. Этот факт связан с существованием глубокого различия между классическими и квантовыми объектами. Классический объект может быть описан средствами классической механики. Напротив, поведение квантового объекта существенно определяется наличием квантовой постоянной h и для своего описания требует особой теории. При этом величиной возмущения, вносимого наблюдением в квантовый объект и связанной с существованием кванта действия, уже нельзя пренебречь.

Природа микроявлений такова, что изучение их свойств может быть осуществлено лишь во взаимодействии с классическим объектом. Последний может выполнять функцию прибора, если он удовлетворяет следующим требованиям:

1. с              достаточной точностью допускает классическое описание;
2. может взаимодействовать с микрообъектом и реагировать на его воздействие, изменяя свое состояние;
3. характер и величина этого изменения, таким образом, зависят от состояния микрообъекта, и могут служить его количественной характеристикой. По-

скольку требование «с достаточной точностью» определяется характером конкретной цели исследования, то в ряде случаев функцию прибора в некотором смысле может выполнять и микрообъект. Известно, например, что в камере Вильсона движущийся электрон оставляет туманный след, толщина которого велика по сравнению с размером атомных объектов; при такой степени точности определения траектории электрон выступает как достаточно классический объект14. Получение информации об объекте с помощью любого прибора всегда процедура материальная. Если между объектом и субъектом отсутствует связывающий их информационный поток ( хотя бы в виде единичного сигнала), то такой объект оказывается замкнутой для наблюдения системой. Всякое опытное познание поэтому требует установления взаимодействия между наблюдателем и системой, что неизбежно ведет к известному возмущению этой последней. Указанное в общем возмущение нельзя свести к нулю: для взаимодействия необходимо, чтобы в нем участвовал хотя бы один квант

энергии.              ~

Установив информационную связь с наблюдаемым объектом, субъект оказывается элементом некоего неделимого целого, в рамках которого ввиду квантовой природы взаимодействия теряется четкое разграничение между наблюдением и исследуемой системой. Поскольку соединяющее объект и субъект квантовое взаимодействие принадлежит взаимно и неделимо обоим элементам познавательной ситуации, то субъект лишается возможности узнать, какая часть результата наблюдения вызвана им самим и какая относится к собственно объекту. Но тем самым оказывается невозможным и всякое научное познание.

Парадокс информационной связи субъекта и объекта, который здесь возникает, решается простой констатацией того, что любое реальное наблюдение, как подчеркивает Д. Бом, обязательно включает в себя, по крайней мере, одну классически описываемую стадию.

А Ландау ЛД., Лифшиц ЕМ. Квантовая механика. М., 1972. С. 12.

Например, изучая квантовые свойства вещества, мы должны располагать аппаратурой, способной усилить влияние отдельного кванта до классически описываемого эффекта. Таким образом, в рамках информационной цепи, связывающей субъект и объект, должна обязательно подключаться система-усилитель. Роль последней, однако, не сводится к простому количественному усилению. Усилить квантовый процесс нельзя иначе, как преобразовав его качественно. В основе такого качественного усиления лежит «развязывающий механизм». «Существенно отметить, — пишет Блохинцев, — что измерительный прибор должен быть нестабильной макроскопической системой: только такую макроскопическую систему микроявление способно вывести из состояния неустойчивого равновесия и тем самым породить развитие макроскопического явления. Это макроскопическое явление и может быть использовано для измерения состояния микросисте-

15

мы» .

Развязывающий механизм переводит информационную связь на классически описываемую стадию опыта. Переход от одной такой стадии к другой протекает в соответствии с обычными для макроскопического уровня схемами информационного процесса. Чувственный образ, который при этом возникает у субъекта (например, наблюдаемый трек в камере Вильсона, пятно на экране, щелканье счетчика и т. п.) не является наглядной копией изучаемого микропроцесса. Экспериментатор наблюдает явление, которое хотя и не относится непосредственно к самому квантовому объекту, не является тем не менее и простым закодированным сигналом. Правильнее будет сказать, что перед нами «макропроекция» микрообъекта. С помог Щью такой проекции можно судить, опираясь на теоретические посылки, и о свойствах самих объектов атомных масштабов. Теоретическое истолкование «приборных данных» приобретает характер особой теоре- тико-познавательной проблемы. Теоретическая карти-

15 Блохинцев Д.И, Пространство и время в микромире. М., 1970. С 55.

Тема 4

на проблемы, которую наблюдатель воссоздает с помощью прибора, в принципе не может быть описана без учета вносимого прибором вклада.

В классической физике прибор вскрывает существующее состояние объекта. В квантовой же физике прибор, как правило, участвует в создании самого состояния частицы. При этом, разумеется, ни один прибор не может создать такого состояния частицы, которое было бы ей не свойственно.