По образу и подобию

Право на имя

Слово «сегодня» произнесено здесь не случайно. Научные термины, как и слова вообще, несут свою службу, их значение становится то шире, то ýже, а порою и вовсе изменяется. Термин «модель» не исключение из этой истины, а подтверждение ее. Не все, что в обиходе зовут моделью, составляет предмет этой книги. И не все, к чему такое название обычно не применяют, окажется за ее пределами. Мы с вами не попадем ни в Дом моделей, ни в «Москвич» модели 408, ни в цех, занимающийся точным литьем по моделям. Даже на мальчика, запускающего на корде миниатюрный ТУ-124, придется только бегло глянуть издали.

Зато приглядимся к пылинке и электрической схеме, к заводскому плану и основам музыкального слуха, к шахматам и самим себе.

Но хватит пока примеров. Договоримся о терминах — с этого рекомендовали начинать спор еще древние греки. А кто с кем будет спорить? Да прежде всего авторы разных определений самого термина «модель». Предоставим для начала слово более чем авторитетному изданию — Большой Советской Энциклопедии. Там в 28-м томе дается несколько разных значений интересующего нас термина. Темы этой книги касаются, однако, только два из них. Модель это: 1) образец чего-либо и 2) подобие какого-либо предмета в натуральную величину или в уменьшенном, иногда увеличенном виде. (Впрочем, к первому из этих определений я тоже постараюсь не обращаться.)

Если формально следовать последнему определению, эту книжку пришлось бы писать как сборник инструкций с подзаголовком «Сделай сам». А главное — с таким определением не согласится ни один современный ученый. Больше того, не согласна с ним… и сама энциклопедия. Ведь тот же самый том ее рассказывает о моделировании в теплотехнике, гидравлике, электротехнике. А моделирование в целом она характеризует так: «…исследование физических процессов на моделях».

Физических? Да! И только. Правда, в конце раздела, посвященного моделированию в теплотехнике, упоминается о том, что поддаются моделированию при определенных условиях и некоторые химические процессы. Но о моделировании в биологии или экономике вы не найдете здесь ни слова. А разве не было в то время моделей биологических и экономических? Были, конечно, как вы увидите. Этот том БСЭ вышел в 1954 году.

Но в ту пору термин почему-то делали куда более узким, чем он того заслуживал. И определения БСЭ сегодня уже устарели. Но с какой другой характеристикой понятия «модель» согласятся сегодня все ученые? Боюсь, что такой всех устраивающей формулировки не подобрать. Придется привести разные, более широкие и относительно более узкие определения. У всех них, однако, есть общее. В понимании сегодняшних физиков, биологов, кибернетиков модель есть нечто, отражающее некоторые (вовсе не обязательно все или хотя бы большую часть) существенные свойства оригинала, соблюдающее и выполняющее некоторые законы, которым подчинен этот оригинал. А вот насчет того, что же такое данное нечто, взгляды все же расходятся. Знакомый биолог заявил мне, что для этого вакантного места лучше всего подойдет термин «гипотеза». Всякое представление о законе или предмете уже является его моделью. Гипотеза о механизме явления представляет собой модель этого механизма. Потом в одной книге я прочел мнение известного биолога Кэксера, который стоял примерно на той же точке зрения и даже утверждал, что понятия «модель», «гипотеза», «теория» и «закон» в общем тождественны!

Знакомый физик-экспериментатор, чья специальность, по существу, — создание моделей сложнейших явлений действительности, дал сравнительно узкое определение — предложил считать моделью предмета или явления всякую материальную структуру, все равно — двухмерную или трехмерную, отражающую хотя бы некоторые свойства оригинала или подчиняющуюся хотя бы некоторым из законов, коим подчинен оригинал. То есть, говоря попросту, он признавал право на имя модели лишь за объемным предметом или, на худой конец, рисунком, чертежом, графиком (двухмерная материальная структура!).

Но сам этот физик тут же сделал оговорку, что все уравнения, которые можно изобразить в виде графика, тоже подходят под его определение. Значит, границы определения стираются, хотя весьма значительная часть математических описаний тоже попадает в разряд «материальных структур». Хорошо это или плохо? Во всяком случае, любое определение нуждается в точности. Мнению Кэксера в точности не откажешь. Беда в том, что понятие «модель по Кэксеру» оказывается попросту всеобъемлющим. Всякая группировка фактов с выводом подпадает под нее. Моделирование растворяется в познании, как щепотка соли в стакане воды. Впрочем, это сравнение даже и неполно. В некотором смысле слово «моделирование» оказывается чуть ли не тождественно познанию. Чуть ли не каждый способ познания получается «сóлон» уже — включает в себе моделирование. Однако у этой точки зрения есть сторонники, которые отнюдь не считают такую постановку проблемы доведением ее до абсурда. Но хочется более четкой формулировки. И тогда на помощь приходит кибернетика. Вот определение, которое дает модели доктор физико-математических наук В. В. Чавчанидзе: «Система мыслей в форме образов, представлений, понятий, материальных структур, материалистических соотношений, соответствий и т. п.… Они объединяются в единое целое тем, что отражают в совокупности свойства изучаемого объекта». Определение тоже достаточно широкое! А если вам все-таки кажется сомнительным право математической записи на имя модели, вот простой пример. Закончили когда-то матч великие Капабланка и Алехин. Как промоделировать партию из этого матча? Можно, конечно, посадить за стол двух шахматистов и заставить их разыграть эту партию по записи. Однако зачем же два шахматиста? Достаточно одного — ведь ходы известны. Впрочем, не нужно и разыгрывать партию, чтобы получить модель той, давней встречи — она у вас уже есть, это та самая запись, по которой повторяют ходы. Гроссмейстер — да даже и третьеразрядник — вполне обойдется без шахматной доски, только этой записью.

Так и для ученого или инженера математическое уравнение служит моделью явления и без того, чтобы быть воплощенным в материальную структуру.

Это не значит, конечно, что материальные модели не нужны, просто бывают случаи, когда они не необходимы.

Вот сравнение. Сейчас во многих театрах есть театральные художники-виртуозы. Зрители начинают порой аплодировать, едва занавес успеет подняться — так хороши и натуральны декорации. В театре «Глобус», где ставили пьесы Шекспира, ничего подобного и быть не могло. Там аплодировали только после спектакля, да еще иногда во время действия. Вместо декорации стоял столбик с дощечкой; на дощечке было написано: «Лес», «Замок» и т. п. И все. Я даже сомневаюсь, можно ли это назвать «моделью леса». Скорее, символом. Но ведь актеры-то вели себя рядом, скажем, со столбиком «Лес», как в настоящем лесу! И зритель, не избалованный декорациями зритель того времени, тоже соглашался с тем, что здесь лес.

А французский король Людовик XIV приказывал иногда давать представления на фоне специально врытых в землю деревьев.

Так вот, выходит, что и при королевском дворе, и в театре «Глобус», и в нынешних театрах были и есть свои модели леса. В одном случае это живые деревья, в другом — деревья, изготовленные из фанеры, в третьем — голая информация, указание считать, что здесь лес. И во всех трех случаях, лучше или хуже, но модель выполняет свое назначение. На основе слова «лес» можно создавать модели, декорации с большим или меньшим приближением к подлиннику. Будь «Глобус» побогаче, Шекспир, наверное, тоже не удовлетворился бы столбиками да дощечками. А ученые, когда нужно и можно, заменяют свои математические модели иными. Как, по каким законам они это делают, вы прочтете дальше, в главе «Слава аллегории!». Здесь же я хотел показать на примере самую возможность и естественность таких превращений.

Ну, еще две философские характеристики понятия «модель» и процесса моделирования.

«Моделирование — важная и исключительно широкая форма опосредования, при которой с данным объектом теоретически или практически оперируют через посредство промежуточного звена — модели» (И. Б. Новик).

«…в качестве модели объекта служит любой другой имитирующий его объект, служащий своего рода заместителем его в процессе исследования» (А. И. Зиновьев и И. И. Ревзин).

В общем, как видите, существеннейшим свойством модели называют ее способность заменять в том или ином отношении свой прототип. Ее можно изучать или изменять, вместо того чтобы проделывать это с ним. Надо отметить еще два свойства, которыми обладает любая модель, какое бы из определений мы ни взяли за основу. Модель всегда есть уподобление одного (того, что служит моделью) другому; модель всегда уподобление приближенное, упрощенное, отказывающееся повторять детали, которые в данном случае представляются ее создателям второстепенными. Собственно, всякая физическая теория, всякое физическое понятие, по существу, является приближенным — так считает академик В. А. Фок. Он отмечает, что уравнения теоретической физики «никогда не бывают, да и не могут быть абсолютно точными… При выводе их всегда пренебрегают теми или иными второстепенными фактами». И именно такое пренебрежение и делает модели удобнейшим инструментом познания мира.

Преимущества модели перед простым описанием можно продемонстрировать еще на одном шахматном примере. Длинный и подробный рассказ о ходе шахматной партии оказывается не в состоянии заменить листок с записью ходов. В частности, потому, что в листке легко найти допущенные ошибки, а в рассказе — не всегда. Если вы читали замечательную книгу Франсуа Рабле «Гаргантюа и Пантагрюэль», то помните, наверное, имеющееся там описание шахматной партии, разыгранной в огромном зале живыми фигурами. Описание, казалось бы, подробное. Но когда эту партию пробовал восстановить гроссмейстер Юрий Авербах, то он обнаружил не только неполноту рассказа, но нашел в нем и явные ошибки. С такими же странными недочетами он столкнулся и при анализе поэмы польского классика Кохановского «Шахматы». В центре поэмы — партия, а автор путает при описании позиции коня и слона!

Вот в таком же соотношении, как рассказ о партии и запись ее, находятся общее предположение и конкретная модель.

Однако за всеми этими примерами пришлось отвлечься вот от какой вещи. Надо уяснить, зачем нужно то широкое представление о модели, о котором говорит сейчас большинство ученых, почему им понадобился этот термин там, где, по словам Кэксера, можно обойтись старыми верными словами «гипотеза», «теория» и «закон».

Какая уж новизна, коли выходит, по мнению многих биологов, что модель и гипотеза — одно и то же. Однако советский биолог Н. А. Бернштейн видит во введении широкого понятия о модели по крайней мере два ценных преимущества, двоякую новизну. Во-первых, при описании модели принято пользоваться языком символов, цифр и обозначений — при всех условиях точным и ясным языком. Во-вторых, модель, все равно, осуществлена она в виде материальной структуры или нет, всегда содержит в себе элемент уподобления, упрощенного повторения внутренних связей своего объекта. По этим причинам гипотеза-модель позволяет легче себя проверить. У нее виднее слабые места. Возможность (если не во всех случаях, то в большинстве их) перевести такую модель в материальную тоже облегчает возможность проверки ее верности. Однако разве биологическая наука раньше не создавала упрощений? Разве не было гипотез, которые говорили бы как раз о внутренних закономерностях явлений? Разумеется, были. Только наука здесь в каком-то смысле уподоблялась герою пьесы Мольера «Мещанин во дворянстве». Она говорила прозой, не зная этого.

Но ведь в отличие от мольеровского героя биологи хотят совершенствоваться в употреблении этой «прозы». Значит, им надо знать законы ее использования.

Как видите, определений термина «модель» много. Здесь же, в книге, главным критерием для права одного явления называться моделью другого будет служить сходство в их поведении в определенных условиях. Бегло поглядим, что и в каком отношении может быть тогда, например, моделью человека?

Для исследователя дифтерита — это морская свинка. Она, бесспорно, трехмерная материальная структура и, не менее бесспорно, болеет дифтеритом. Для исследователя глубин, ищущего способ без вреда опускать человека под воду в легкой маске, моделью становится обычно козел. Понижение давления при подъеме с глубины, так называемую декомпрессию, он переносит примерно так же, как человек, и, как и человека, его поражает порой кессонная болезнь.

Для великого Павлова, изучавшего условные рефлексы, моделью человека служила собака. Для французского физиолога Клода Бернара ту же роль играла лягушка. Лайка и Стрелка в космосе тоже были моделями человека.

Но моделью человека является и самый обычный манекен в магазинной витрине. Морскую свинку объединяло с человеком одинаковое отношение к дифтериту. Манекен — модель человека потому, что костюм на нем сидит так же, как на оригинале (если не лучше). Психика обезьяны часто служит моделью психики человека — есть законы, общие для работы мозга всех приматов.

Модель человека и электронно-вычислительная машина. Есть законы, общие и для нее и для нас. Недаром один большой научный труд получил название «Мозг как вычислительная машина». Только не надо слова «модель человека» понимать в том самом первоначальном смысле, по которому право на имя модели грузовика имеет только грузовичок игрушечных размеров. Машины, как и морские свинки, уподобляются человеку лишь в немногих и строго определенных отношениях. (Но о том, как устанавливаются законы такого уподобления, опять-таки чуть дальше.) Список можно продолжить. Но сейчас лучше обойтись без этого.

Вот дальше вы познакомитесь еще с несколькими моделями человека. Теперь же нам важно было договориться о терминах и принципах изложения.

Собственно, уже можно было бы начать рассказывать об основах метода моделирования и его роли в современной науке, а затем перейти к любопытнейшим из тех моделей, которыми располагают разные научные области. Так я и сделаю, но только после еще одного отступления. Пусть это отступление послужит своего рода шутливой моделью последующих глав и всей книги в целом, упрощенным уподоблением ей.