Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Магнитогорский Государственный Технический Университет
им. Г.И. Носова
Иванов Иван Иванович
Аспирант кафедры
Моделирование как метод физической мезомеханики
Научный руководитель
Назаров Олег Викторович,
профессор, д.т.н.
Магнитогорск
2010г
Оглавление
Введение. История моделирования как метода познания
1. Гносеологическая специфика модели и ее определение
2. Классификация моделей и видов моделирования
3. История развития физической мезомеханики
4. Моделирование как средство экспериментального исследования
5. Моделирование и проблема истины
Заключение
Литература
Введение. История моделирования как метода познания
Как прием познания, моделирование тесно связано с развитием знания. Разработку и применение моделей можно назвать одним из эффективнейших способов познания во всех науках об обществе, о живой и неживой природе. Настоящие процессы и объекты как правило на столько многовариантны и сложны, что наилучшим методом их исследования обычно выступает моделирование. Построенная модель воплощает какой-то принцип или закон, и потому более проста и наглядна, чем реальный процесс или объект.
Результативность такого подхода подтверждается на практике огромным опытом развития науки.
Но моделирование как особое средство и форму научного познания нельзя назвать изобретением 19 или 20 века.
Достаточно вспомнить описание атомов Эпикуром и Демокритом, их геометрии, и способов взаимодействия, об атомных ливнях и вихрях, представления о физических свойствах разнообразных веществ, зависящих от круглой и гладкой или крючковатой формы частиц, связанных между собой. Их модели послужили прообразами современных моделей, отображающих ядерно-электронное строение атома [6].
Моделирование как способ отображения реальности возникает в античную эпоху параллельно с зарождением научного познания. Однако в отчётливой форме (хотя без употребления самого термина) моделирование получает широкое распространение в эпоху Возрождения; Микеланджело Буонарроти, Филиппо Брунеллески, Леон Баттиста Альберти, Донато Браманте, Джорджо Вазари, и другие итальянские архитекторы и скульпторы использовали модели проектируемых ими сооружений; а Г. Галилей и Леонардо да Винчи помимо простого применения модели в своих теоретических работах, также находят пределы применимости метода моделирования.
Уже И. Ньютон практикует метод моделирования вполне серьезно, а в 19 веке сложно найти область науки или её приложений, где моделирование не было бы значимо; немаловажную методологическую роль сыграли и разработки Кельвина, Дж. Максвелла, Ф. А. Кекуле, А. М. Бутлерова и других физиков и химиков — именно эти науки позволили методу моделирования развиться до внушительного уровня. [1]
В XX веке моделирование достигло определенных успехов, но также встретило определенные проблемы. С одной стороны, теория относительности, а также, квантовая механика, обнаружили неабсолютный, относительный характер механических моделей, сложности, связанные с моделированием. С другой стороны, прогрессирующий математический аппарат нашел новые перспективы этого способа в обнаружении общих законов и особенностей структуры систем разной физической природы, происходящих из разных уровней организации материи, форм движения.
Использование первых электронных вычислительных машин (Джон фон Нейман, 1947) и формулирование основных принципов кибернетики (Норберт Винер, 1948) позволили многогранно использовать новые универсальные методы — как в абстрактных знаниях, так и в их приложениях.
В нашей стране кибернетика многократно критиковалась в конце 40-х годов. В литературе, в том числе и в учебных пособиях, говорилось, что это реакционная лженаука, поставленная на службу империализму, которая пытается заменить мыслящего, борющегося человека машиной в быту и на производстве, используется для разработки электронного оружия, и т.п.
Возрождение репутации кибернетики произошло, когда целый ряд известных научных умов, таких как А.А. Ляпунов, стали отстаивать правомерность и материалистичность кибернетического взгляда на реальность.[9,13]. Профессиональные философы также поддержали эту идею [15] (Жуков, Баженов, Новик, Бирюков и другие). Это особенно важно отметить, поскольку многие ответвления науки достаточно продолжительно пребывали под идеологическим запретом (например, биология). Одной из важных и передовых областей кибернетики являлась область, осознанная впоследствии как проблематика систем искусственного интеллекта. [7]
Таким образом моделирование обрело общенаучный характер и стало использоваться в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе.
Широкое распространение моделирования как метода научного познания в многочисленных исследованиях, возникающие при этом проблемы и противоречия, нуждались в глубоком теоретическом осмыслении этого метода познания, в осознании его значимости для теории познания.
Это объясняет особый интерес к этому вопросу в работах философов по всему миру.
1. Гносеологическая специфика модели и ее определение
На данный момент не существует однозначного общепринятого мнения о месте моделирования в ряду методов познания. Однако совокупность точек зрения исследователей данного вопроса представляет собой определенную область, ограниченную двумя противоположными взглядами. Один из них характеризует моделирование как какой-то вторичный метод, представляющий собой лишь частный случай более общих (более мягкий вариант похожей по сути точки зрения: моделирование выступает в качестве некой разновидности такого эмпирического метода познания как эксперимент). Второй, в свою очередь, наоборот, рассматривает моделирование как «главный и основополагающий метод познания», в подтверждение говорится, что «всякое вновь изучаемое явление или процесс бесконечно сложно и многообразно и потому до конца принципиально не познаваемо и не изучаемо» [5].
Первопричиной появления столь полярных мнений автор считает отсутствие общепринятого и закрепившегося в науке определения моделирования. Ниже предпринимается попытка проанализировать некоторые определения термина «моделирование» и неразрывно связанного с ним термина «модель». Это вполне логично, поскольку в большинстве источников моделирование определяется как «исследование процессов, явлений и систем объектов через построение и изучение их моделей». Другими словами наибольшую трудность представляет проблема определения модели.
Для начала рассмотрим определение, которое предлагает нам Оксфордский Толковый Словарь [29]. В нем присутствуют семь определений термина «модель», среди которых нам наиболее интересны два: «Модель — трехмерное представление субъекта, вещи или структуры; обычно в уменьшенном масштабе» и «Модель — упрощенное описание некоей системы для дальнейших расчетов». Говоря иначе, у авторов не получается выделить существующие важные признаки модели и они предлагают разные определения для разных видов моделей (более подробное рассмотрение классификации моделей приведено ниже, а здесь подчеркнем, что первое оксфордское «определение» описывает достаточно узкий класс предметных моделей, а второе скорее находится где-то в плоскости абстрактно-знаковых моделей). Главная ошибка этих определений — их ограниченность, понятие «модель» гораздо шире, чем представленное авторами словаря.
Похожий вопрос (хоть и не в таких масштабах) появляется и при рассмотрении определения «модели» в Советском Энциклопедическом Словаре (СЭС). Очевидна двойственность рассматриваемого понятия «модель». В первом смысле — это «устройство, воспроизводящее, имитирующее строение и действие какого-либо другого (моделируемого) устройства в научных, производственных или практических целях» [21]. И снова слово «устройство», которое встречается в определении, влечет сужение понятия «модель» в лучшем случае до понятия «материальная модель». Так или иначе, это определение гораздо ценнее, чем первое определение оксфордского словаря, так как содержит внутри себя чрезвычайно важную (как будет видно далее) формулировку, раскрывающую сущность моделирования — «строение и действие».
Второе определение СЭС («Модель — любой образ какого-либо объекта, процесса, явления, используемый в качестве его заместителя или представителя»), является слишком обширным. Тяжело представить, что фотография ядерного взрыва может быть моделью самого взрыва. В этом случае, авторы, пытаясь дать краткое, но емкое определение, пожертвовали самой сущностью понятия «модель». Это определение скорее показывает внешние признаки, которые присутствуют в модели, а не её внутреннее содержание. Правда, толика правды есть и в этом определении — под словом «образ» подразумевается более важное (с философской точки зрения) понятие — «отражение».
Есть ещё одно определение «модели» в учебнике [14]: «Модель является представлением объекта в некоторой форме, отличной от формы его реального существования». Оно очень схоже с «широким» определением СЭС, но и здесь слово «отражение» заменено авторами синонимичным оборотом. Помимо этого, употребление термина «объект» неприемлемо для полного определения в учебнике ВУЗа, хотя и может быть оправдано в рамках школьного. Современная наука изучает не столько отдельные самостоятельные элементы, сколько их взаимодействие. Вот почему более приемлемо использование в определении термина «система», содержащего в себе на ряду с отдельными элементами их отношения и связи.
В общем, последние два определения пригодны для использования.