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).
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 |
Математический – безмасштабная 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.