УДК 528.92

К какой науке ближе метеорология: физике или географии?

Жуков Ю.Н. (ОАО «ГНИНГИ)

Ключевые слова: метеорология, физика, география, классификация наук.

Выполнена группировка наук по типам исследования Виндельбанда. Результаты группировки аргументированы по различиям в свойствах применяемых методов исследования в науках.

 

Классификация научных дисциплин имеет существенное значение. С ней связаны организационная структура научно- исследовательских институтов и лабораторий, система подготовки кадров, важные вопросы планирования и координации научных исследований и, наконец, финансирование. Поэтому вопрос о том, к какой группе наук следует относить метеорологию, во многом актуален. Эта тема не раз обсуждалась в научной литературе, например [1,2]. В основном существует два мнения. Одно, что метеорология относится к группе физических наук, как научно-прикладная область знания о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физико-химических процессах. И другое, что метеорология относится к географическим наукам, понимая под географией систему естественных и общественных наук, изучающих географическую оболочку Земли, природные, производственные и социальные комплексы и их компоненты.

Для нахождения ответа на этот вопрос следует провести группировку множества наук по основанию, смысл которого отграничивал бы «естественным» образом физику от географии. Таким основанием может служить тип познавательной цели исследования в науке. Существует два таких типа: идиографический и номотетический. Их открыл Вильгельм Виндельбанд [3] во второй половине XIX века. Первый тип направлен на исследования индивидуальных особенностей явлений, а второй тип направлен на исследования универсальных (общих) закономерностей явлений.

Бесспорно, что в любой науке эти два типа изучения явлений присутствуют одновременно, но так же бесспорно и то, что какой-то один из типов превалирует, чаще используется, чем другой. Последнее обстоятельство определяется многими явными и неявными факторами. Используя эти два типа исследований можно упорядочить все множество наук на шкале оппозиции «индивидуальное - универсальное». Представим эту шкалу ориентированной в вертикальном направлении, и пусть направление вниз будет означать увеличение роли номотетического типа исследований, а направление вверх будет означать увеличение роли идиографического типа исследований в науке. Каждой науке соответствует точка на такой шкале. Представляется, что такое множество точек можно в достаточно общем виде сгруппировать в три группы: группу «абстрактных» наук, группу «физических» наук и группу «географических» наук (рис. 1).

Рисунок 1 

Рис. 1. Группировка множества наук по типу познавательных целей исследования

К группе «абстрактных» наук относятся математика и логика, к группе «физических» наук относятся физика, химия, электродинамика и т. д., а группа «географических» наук включает такие науки, как метеорология, история, астрономия, биология, геология, гидрография, картография и т. д.

Представляется, что эта схема группировки наук довольно очевидна. Науки группы «географических» наук изучают саму действительность во всей ее неповторимости. Науки из группы «физических» наук схематизируют и идеализируют объекты, в действительности изучают не реальный мир, а логико-математические конструкции, уравнения и т. д. «Физические» науки упускают из виду индивидуальность, и, тем самым, упускают саму действительность и ее разнообразие, и сознательно пересматривают эту действительность в сторону обеднения ее конкретных признаков. «Физические» науки создают картину мира подобную символической географической карте, и эту картину пытаются выдать за саму действительность. Чем более формальны науки, тем более они удалены от действительности, что характерно для группы «абстрактных» наук.

Здесь уместно привести следующую аналогию. Физики и математики, усмотрев ежа у миски с молоком, задумаются и зададутся вопросом: «Что общего у ежа с молоком?». Обобщая свои представления об этих объектах они отвечают «Они оба свертываются». Затем математики создают теорию отображения свертываемости, а физики, введя понятия «силы свертываемости» и «энергии сворачиваемости», просят выделить деньги на создание оружия «сворачиваемости всего в бараний рог». В противоположность этому географ обязан индивидуализировать «свертываемость» не только для каждого вида объекта в отдельности, но и учесть параметры возраста и географического места нахождения конкретного представителя.

Дадим обоснование представленному делению наук. Рассмотрим эпистемологические, познавательно-эмпирические и пространственно-временные свойства для каждой из этих групп наук (табл. 1).

Таблица 1. Свойства групп наук

Свойства 

Группа «Географических» наук

Группа «Физических» наук

Группа «Абстрактных» наук

Эпистемологические 

Метод 

Индукция-синтез

Индукция-анализ

Дедукция 

Истины 

«Частичные»

Относительные 

Абсолютные 

Объект 

Целое, реальный, единство

Частичное, неопределенно-идеальный

Идеальный 

Суждения 

Единичные, ассерторические

 Общие, аподиктические

Всеобщие 

Познавательно-эмпирические 

Связь явлений

Необходимость И случайность 

Необходимость ИЛИ случайность

Нет явлений

Законы 

Частные 

Всеобщие 

Нет законов

Объект 

Не изолирован

Изолирован 

Нет

Процессы 

Неравновесные

Равновесные

Нет

Метод получения знаний

Наблюдения 

Эксперимент 

Нет

Пространственно-временная изменчивость

Хронология 

Историзм 

Нет

Нет

Многомасштабность 

Иерархия 

Нет

Нет

Перемежаемость 

Масштабная инвариантность

Нет

Нет

Эпистемологические свойства определяют общие принципы научного познания мира, его исходные и всеобщие основания. Этот набор свойств резко отграничивает группу «абстрактных» наук от групп «физических» и «географических» наук. Действительно, только у группы «абстрактных» наук объект изучения является идеальным объектом, то есть воображаемым объектом, полностью лишенным затемняющих и искажающих факторов. Идеальные объекты существуют вне сферы, доступной экспериментальной проверке. Поэтому они полностью соответствуют воле исследователя. Методом исследования таких объектов может быть только дедукция: логический вывод от общего к частному.

Группы «физических» и «географических» наук по эпистемологическим свойствам различаются относительно слабо. Для этих групп наук исходным объектом изучения является реальный мир явлений и общий метод исследования – индукция. Однако в «географической» группе наук тяготеют к синтезу, как восприятию объекта как целого, а в «физической» группе тяготеют к анализу - расчленения целостного явления на составляющие части с целью их всестороннего изучения. Здесь можно привести пример противостояния Гете и Ньютона в проблеме оптики. Ньютон осуществил индукцию-анализ, разложив белый свет, пропустив через стеклянную призму на одноцветные составляющие, при этом заявив, что белый цвет это сумма одноцветных. Гете же написал большую работу «Учение о цвете» (40 лет жизни), в которой доказывал, что белый свет не является суммой других, что он независим от других цветов.

Познавательно-эмпирические свойства и свойства пространственно-временной изменчивости отсутствуют для группы «абстрактных» наук, так как у них нет связи с реальными объектами, с которыми имеют дело «физические» и «географические» группы наук.

Набор познавательно-эмпирических свойств отграничивает группы «физических» и «географических» наук. Основной причиной этого служит возможность проведения эксперимента в группе наук. В группе «географических» наук методом получения знаний является метод наблюдения - описательный исследовательский метод, заключающийся в целенаправленном и организованном восприятии и регистрации поведения изучаемого объекта. В «физических» науках основным методом является эксперимент. Он отличается от метода наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинных связей между феноменами. Выдающийся естествоиспытатель академик В.И. Вернадский (1863–1945) с уверенностью утверждал: «В основе естествознания лежат только научные эмпирические факты и научные эмпирические обобщения». В «физических» науках объект изолируется, помещается в лабораторию, где создаются необходимые (повторяющиеся) условия и исследуется. В географических науках, объекты исследования изолировать принципиально невозможно. Например, атмосферу Земли изолировать в лаборатории несколько неудобно.

Связь явлений определяется посредством двух основных принципов: причинности и случайности. В «географической» группе наук принципы причинности и случайности применяются вместе, одновременно. Например, в метеорологии причинность определяет возможность прогноза, а случайность ограничивает его время действия. В «физической» группе наук принципы причинности и случайности применяются раздельно, например, случайность используется в статистической физике, а причинность в механике.

В «географических» науках все собственные законы являются законами типа ad hoc. Например, к собственным законам метеорологии относятся закон Бейс-Балло (барический закон ветра), закон Воейкова (суточная амплитуда температуры в вогнутых формах рельефа больше, чем на выпуклых), закон вращения ветра Дове. Физический закон действителен сегодня так же, как это было до возникновения нашей планеты. Он остается в силе как на Земле, так и на Марсе. Однако они корректируются со временем, например, закон всемирного тяготения Ньютона «поправлен» теорией Эйнштейна. Физические законы и понятия не применимы без адаптации в исследованиях группы «географических» наук. Например, в метеорологии об этом писал еще в начале 20 века известный метеоролог Клоссовский [4]. Современные исследования это подтверждают. Например, в работе [5] показано, что конвекция в реальном океане существенно отличается от физической конвекции.

Набора свойств, представляющих пространственно-временную изменчивость, нет ни у группы «физических» наук, ни у группы «абстрактных» наук. Можно сказать, что этот набор свойств определяет видовое отличие этой группы наук от других.

Свойство хронологии представляет изменчивость объекта во времени. Например, атмосфера Земли меняется со временем, а «сила Ньютона» нет. Последняя всегда остается произведением массы на ускорение. Свойство многомасштабности описывает пространственно-временные масштабы изменчивости процессов. Для реальных процессов, изучаемых «географическими» науками, такая изменчивость присутствует во всем наблюдаемом диапазоне частот. Перемежаемость описывает пространственно-временную структуру неоднородности характеристик, представляющих географические поля явлений. Это свойство описывает наблюдаемую пятнистую структуру полей с резкими скачками-фронтами между пятнами однородности со степенным законом распределения размеров таких пятен.

Представленная группировка наук подтверждается тем, что в последнее время найден единый метод описания и изучения явлений для всех наук, входящих в представленную группу «географических» наук. Действительно, до XXI века в «географических» науках не было собственной формальной методологии описания реального целого «географического» объекта. Были бесконечные бесплодные разговоры о необходимости разработки и использовании единого комплексного, интегрального, системного подхода. Однако, в XXI веке появилась собственная методология описания реального целого «географического» объекта [6,7]. Методология включает логический, математический и физический принципы.

Сейчас в литературе эту методологию называют новой парадигмой группы «географических» наук. Значимость ее для «географической» группы наук сравнивают со значимостью квантовой механики для ядерной физики. Устоявшегося названия для методологии еще нет, а датой ее рождения считается 1998 год. Новая методология уже применяется практически во всех науках «географической» группы. Например, в метеорологии она используется с 2009 года, как основа для долгосрочных прогнозов погоды. Сейчас разрабатываются четыре направления ее применения. В таблице 2 даны основные принципы, на которых построена указанная методология. 

Таблица 2. Принципы методологии «географической» группы наук

Принцип 

Год создания

Автор

Логико-понятийный

80-е годы XX века

Михаил Александрович Розов

Математическийбезмасштабная сетевая структура

1998

Стивен Строгац (Steven H. Strogatz)

Физический – синхронизация

1998 

Дункан Воттс (Duncan Watts)

На основании сказанного можно сделать следующие выводы.

Метеорология является географической наукой.

Объекты исследования группы географических наук обладают специфическими общими свойствами, отличающими их от объектов исследования групп физических и математических наук.

Нельзя использовать методологию, методы и способы исследований математических и физических наук в географических науках без их существенной адаптации.

Необходимо разрабатывать собственные методы и способы исследований в географических науках.

Исследования в географических науках всегда носят более творческий характер по сравнению с физическими или математическими науками вследствие своеобразного характера исследуемых объектов. Пример: исторические исследования.

Исследовательская работа в географических науках ошибочно представляется примитивной, получение результатов в этом аспекте принципиально сложнее. Физик может свободно выбрать условия эксперимента в лаборатории, что облегчает исследование, а метеоролог - нет.

Географические науки - источник проблем и задач для физических и абстрактных наук.

Географические науки - образовались исторически первые, вторые - абстрактные, и последние - физические. Применение физических «познавательных матриц» в географических науках неправомерно.

География – наука будущего!

 

Литература

1.      Федоров Е.К. Некоторые проблемы развития наук о Земле // Взаимодействие наук при изучении Земли. М.: Наука. 1964.

2.      Флемминг Г. Можно ли определять метеорологию как физику атмосферы? // Метеорология и гидрология. 1969. N 5.

3.      Виндельбанд В. Избранное. М.: Юрист, 1995. 687 с.

4.      Клоссовский А.В. Основы метеорологии. – Одесса, Типография Е.И. Фесенко, 1910. – 525 с.

5.      Ингель Л.Х., Калашник М.В. Нетривиальные особенности гидротермодинамики морской воды и других стратифицированных растворов. // Успехи физических наук, т.182, №4, 2012. С. 279 – 406.

6.      Евин И.А. Введение с теорию сложных сетей̆. // Компьютерные исследования и моделирование. - 2010, Том 2, №2. - с. 121-141.

7.      Watts D.J., Strogatz S.H. Collective dynamics of 'small-world' networks. // Nature, v. 393, №4 June, 1998. – p. 440 – 442.