Способы воплощения моделей

Отображение, которым является модель, есть отношение между отображаемым и отображающим объектами. В предыдущем параграфе мы обсудили, какие аспекты объекта-оригинала отображаются в модели. Выяснилось, что на отношение отображения весьма существенным образом влияет (точнее, в этом отношении непосредственно участвует) все, что связано с целью, под которую создается модель. Перейдем теперь к рассмотрению того, на чем осуществляется отображение, т.е. из чего строятся модели.

Так как мы обсуждаем (пока) только модели, сознательно создаваемые человеком, то в его распоряжении имеется два типа материалов для построения моделей – средства самого сознания и средства окружающего материального мира. Соответственно этому модели делятся на абстрактные (идеальные) и материальные (реальные, вещественные).

АБСТРАКТНЫЕ МОДЕЛИ И РОЛЬ ЯЗЫКОВ

Абстрактные модели являются идеальными конструкциями, построенными средствами мышления, сознания. Очевидно, что к абстрактным моделям относятся языковые конструкции; однако современные представления о мышлении и сознании утверждают, что языковые модели (т.е. модели, построенные средствами естественного языка) являются своего рода конечной продукцией мышления, уже готовой или почти готовой для передачи другим носителям языка. Установлено, что на более ранних стадиях работы человеческого мозга важную, хотя сейчас во многом неясную, роль играют и неязыковые формы мышления, которые обозначаются терминами “эмоции”, “бессознательное”, “интуиция”, “озарение”, “образное мышление”, “подсознание”, “эвристика” и т.п. Все это, однако, касается механизма мышления, т.е. внутренних моделей нашего мозга. Нас же сейчас интересуют абстрактные модели, предназначенные для общения между людьми. Оставив в стороне иррациональные формы общения (искусство, гипноз, телепатию, сопереживание, мимику и жестикуляцию и пр.), сосредоточим внимание на моделях, создаваемых средствами языка.

На естественном языке мы можем говорить обо всем, он является универсальным средством построения любых абстрактных моделей. Эта универсальность обеспечивается не только возможностью введения в язык новых слов, но и возможностью иерархического построения все более развитых языковых моделей (слово – предложение – текст; понятия – отношения – определения – конструкции...). Универсальность языка достигается, кроме прочего, еще и тем, что языковые модели обладают неоднозначностью, расплывчатостью, размытостью. Это свойство проявляется уже на уровне слов. Многозначность почти каждого слова (см. толковый словарь любого языка) или неопределенность слов (например, “много”, “несколько”) вместе с многовариантностью их возможных соединений во фразы позволяет любую ситуацию отобразить с достаточной для обычных практических целей точностью. Эта приблизительность – неотъемлемое свойство языковых моделей. Человек преодолевает в практике их расплывчатость с помощью “понимания”, “интерпретации” [4]. Иногда эта расплывчатость сознательно используется – в юморе, дипломатии, поэзии; она придает прелесть человеческому общению; в других случаях она мешает выразиться так точно, как хотелось бы (“у меня не хватает слов”, или тютчевское “мысль изреченная есть ложь”).

Рано или поздно практика сталкивает нас с ситуациями, когда приблизительность естественного языка оборачивается недостатком, который необходимо преодолеть на постоянной основе. Такую основу предоставляет выработка “профессионального” языка людьми, связанными общей для них, но частной для всех остальных деятельностью. Например, у северных народов имеется несколько десятков разных слов, обозначающих различные состояния снега; у африканского скотоводческого племени масаев столько разных слов, выражающих различия между коровами, что масай по одному слову может выделить одно животное из огромного стада.

Наиболее ярко это видно на примере языков конкретных наук. Дифференциация наук объективно потребовала создания специализированных языков, более четких и точных, чем естественный. Модели специальных наук более точны, более конкретны, они содержат больше информации. Новые знания аккумулируются в новых моделях, и если старых языковых средств для их построения не хватает, то возникают еще более специализированные языки. В результате приходим к иерархии языков и соответствующей иерархии типов моделей. На верхнем уровне этого спектра находятся модели, создаваемые средствами естественного языка, и так вплоть до моделей, имеющих максимально достижимую определенность и точность для сегодняшнего состояния данной отрасли знаний. Видимо, так и следует понимать известные высказывания Канта и Маркса о том, что любая отрасль знания может тем с большим основанием именоваться наукой, чем в большей степени в ней используется математика. Математические модели обладают абсолютной точностью, но чтобы дойти до их использования в данной области, необходимо получить достаточное для этого количество знаний. Нематематизированность какой-то науки не означает ее “ненаучность”, а есть следствие сложности, недостаточной познанности ее предмета, есть временное явление.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ И ВИДЫ ПОДОБИЯ

Перейдем теперь к рассмотрению материальных (реальных, вещественных) моделей. Чтобы некоторая материальная конструкция могла быть отображением, т.е. замещала в каком-то отношении оригинал, между оригиналом и моделью должно быть установлено отношение похожести подобия. Существуют разные способы установления такого подобия, что придает моделям особенности, специфичные для каждого способа.

Прежде всего это подобие, устанавливаемое в результате физического взаимодействия (или цепочки физических взаимодействий) в процессе создания модели. Примерами таких отображений являются фотографии, масштабированные модели самолетов, кораблей или гидротехнических сооружений, макеты зданий, куклы, протезы, шаблоны, выкройки и т.п. Назовем такое подобие прямым. И прямое подобие может быть иногда лишь отдаленным сходством, но только при прямом подобии возможна трудно обнаружимая взаимозаменяемость модели и оригинала (например, копии произведений искусства, голографические изображения предметов и т.п.) и даже фактическая перемена их местами (натурщик является моделью в работе художника, манекенщица моделирует будущих потребителей одежды, актер является моделью персонажа пьесы). С другой стороны, как бы хороша ни была модель, она все-таки лишь заменитель оригинала, выполняющий эту роль только в определенном отношении. Даже тогда, когда модель прямого подобия осуществлена из того же материала, что и оригинал, т.е. подобна субстратно, возникают проблемы переноса результатов моделирования на оригинал. Рассмотрим, например, испытания уменьшенной модели корабля на гидродинамические качества. Часть условий эксперимента можно привести в соответствие масштабам модели (скорость течения), другая же часть условий (вязкость и плотность воды, сила тяготения, определяющие свойства волн, и т. д.) не может быть масштабирована. Задача пересчета данных модельного эксперимента на реальные условия становится нетривиальной; возникла разветвленная, содержательная теория подобия [19], относящаяся именно к моделям прямого подобия.

Второй тип подобия в отличие от прямого назовем косвенным. Косвенное подобие между оригиналом и моделью устанавливается не в результате их физического взаимодействия, а объективно существует в природе, обнаруживается в виде совпадения или достаточной близости их абстрактных моделей и после этого используется в практике реального моделирования. Наиболее известным примером этого является электромеханическая аналогия. Оказалось, что некоторые закономерности электрических и механических процессов описываются одинаковыми уравнениями; различие состоит лишь в разной физической интерпретации переменных, входящих в эти уравнения. В результате оказывается возможным не только заменить неудобное и громоздкое экспериментирование с механической конструкцией на простые опыты с электрической схемой, перепробовать множество вариантов, не переделывая конструкцию, но и “проиграть” на модели варианты, в механике пока неосуществимые (например, с произвольным и непрерывным изменением масс, длин и т.д.). Роль моделей, обладающих косвенным подобием оригиналу, очень велика. Часы – аналог времени; подопытные животные у медиков – аналоги человеческого организма; автопилот – аналог летчика; электрический ток в подходящих цепях может моделировать транспортные потоки информации в сетях связи, течение воды в городской водопроводной сети; аналоговые вычислительные машины позволяют найти решение почти всякого дифференциального уравнения, представляя собой таким образом модель, аналог процесса, описываемого этим уравнением.

Особенности аналогий, ограничения на перенос результатов, полученных моделированием, на сам оригинал оживленно обсуждались в период дискуссий о кибернетике (см., например, [7; 23]). Мы еще вернемся к вопросу о силе аналогий, а пока отметим, что роль аналогий (моделей косвенного подобия) в науке, технике, практике вряд ли можно переоценить: они просто незаменимы, альтернативой модели может быть только другая модель*.

Третий, особый класс реальных моделей образуют модели, подобие которых оригиналу не является ни прямым, ни косвенным, а устанавливается в результате соглашения. Назовем такое подобие условным. Примерами условного подобия служат деньги (модель стоимости), удостоверения личности (официальная модель владельца), всевозможные и разнообразные сигналы (модели сообщений), рабочие чертежи (модели будущей продукции), карты (модели местности) и т.д.

С моделями условного подобия приходится иметь дело очень часто, поскольку они являются способом материального воплощения абстрактных моделей, вещественной формой, в которой абстрактные модели могут передаваться от одного человека к другому, храниться до (иногда очень отдаленного) момента их использования, т.е. отчуждаться от сознания и все-таки сохранять возможность возвращения в абстрактную форму. Это достигается с помощью соглашения о том, какое состояние реального объекта ставится в соответствие данному элементу абстрактной модели. Такое соглашение принимает вид совокупности правил построения моделей условного подобия и правил пользования ими.

ЗНАКОВЫЕ МОДЕЛИ И СИГНАЛЫ

Эта общая схема конкретизируется и углубляется в ряде конкретных наук, в которых используются или непосредственно изучаются модели условного подобия. Например, теория связи, теория информации, радиотехника, теория управления и ряд других наук имеют дело со специфическими моделями условного подобия, которые применяются в технических устройствах без участия человека; они получили название сигналов. В этих науках правила построения и способы использования сигналов, названные кодом, кодированием и декодированием, сами стали предметом углубленных исследований (например, возникла очень развитая теория кодирования).

С иных позиций рассматриваются модели условного подобия в науках, изучающих создание и использование этих моделей самим человеком. У предназначенных для этого моделей имеется своя специфика, позволяющая дать им специальное название – знаки – и требующая специальных методов для ее исследования. Возникшая в связи с этим область знаний получила название семиотики (от греч. “знак”). Семиотика изучает знаки не в отдельности, а как входящие в знаковые системы, в которых выделено три основных группы отношений:

синтаксис (греч. “построение, порядок”), т.е. отношения между различными знаками, позволяющие отличать их и строить из них знаковые конструкции все более высокой сложности;

семантика (греч. “обозначение”), т. е. отношения между знаками и тем, что они обозначают, или вложенный, изначальный смысл знаков;

прагматика (греч. “дело, действие”), т. е. отношения между знаками и теми, кто их использует в своей деятельности, или понятый, воспринятый смысл знаков.

Существуют и другие многочисленные аспекты исследования моделей условного подобия (языкознание, картография, криптография, графология, техническое черчение, нумизматика, информатика, литературоведение и т.д.).

Не вдаваясь в другие подробности, отметим в заключение, что хотя условное подобие в принципе не требует фактического сходства, но оно должно строиться с учетом особенностей человека – создателя и потребителя моделей условного подобия. В разных множествах реальных объектов мы будем искать “сырье” для знаковых моделей, предназначенных для слепых, глухонемых и обычных людей. Выбор символики для обозначения цифр только на первый взгляд кажется произвольным: в практике вычислений арабская символика в конце концов вытеснила римскую из-за существенного различия в удобстве ручного выполнения операций над знаками чисел. На ЭВМ двоичная символика вытеснила арабскую по подобным соображениям. Такие примеры можно множить.