Страница:
Примером такого трансфера знаний между Россией и Германией может служить также Страсбургский университет, находившийся до Первой мировой войны на территории Германии. Профессором, а затем и ректором этого университета был известный германский ученый, лауреат Нобелевской премии Фердинанд Браун. Сторонник развития университетской технической науки, он пытался открыть в Страсбургском университете технический факультет, считая, что с его открытием в рамках университета и с помощью нескольких успешно работающих электротехнических предприятий вне его можно развить экспериментальную и педагогическую практику как новую техническую науку, которую еще предстоит создать, с ясно определенными целями и содержанием обучения. Он ориентировался не на теорию, а на необходимость технических применений и разработал программу модернизации физики как технической физики. К сожалению, этому проекту не было суждено осуществиться. Техническая физика вела в университетах лишь своего рода теневое существование, хотя большинство физиков и работало в области техники78. Эти идеи, однако, оказали влияние не только в Германии, но и в России. Ближайшие сотрудники Брауна из России Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси стали развивать радиотехнику в России в духе идей Фердинанда Брауна.
Леонид Исаакович Мандельштам (1897–1944) учился на физико-математическом факультете Новороссийского университета в России, но из-за участия в студенческих волнениях вынужден был продолжить свое образование в Страсбургском университете, которое окончил в 1902 г. Мандельштам в 1902 г. защитил у Брауна кандидатскую диссертацию, а в зимнем семестре 1906–1907 гг. получил докторскую степень. Он изучал колебания в электрическом контуре и открыл принципы слабых взаимодействий, которые до сегодняшнего дня считаются весьма важными для радиотехники. Мандельштам в течение десяти лет был ассистентом Брауна. Он также работал «несколько недель на почте и в лаборатории фирмы „Сименс“, чтобы изучить технику связи и телеграфии», а в 1911 г. получил постоянное место преподавателя прикладной физики. Позже ему было присвоено звание профессора. Николай Дмитриевич Папалекси (1880–1947) «происходил из богатой семьи российского помещика в Крыму, так что у него не было необходимости работать в Страсбурге, чтобы обеспечить себе пропитание». Он защитил кандидатскую диссертацию в 1904 г. а в 1911 г. – докторскую. Затем он работал приват-доцентом у Брауна. Мандельштам и Папалекси вынуждены были, однако, в начале Первой мировой войны, как российские граждане, покинуть Германию79. В 1914 г. они вернулись в Россию. Работали вместе с 1923 г. в научном отделе Центральной радиолаборатории Электротехнического треста заводов слабого тока в Ленинграде. Мандельштам с 1924 г. стал заведовать кафедрой теоретической физики в Московском университете. Папалекси оставался сначала в Ленинграде как профессор Политехнического университета, а с 1934 г. перешел на работу в Физический институт (и, кроме того, в Электротехнический) Российской академии наук. В 1937 г. Мандельштам также перешел на работу в Физический институт, где проводил исследования в области оптики, радиофизики, радиотехники и теоретической физики (часто совместно с Папалекси). Мандельштам и Папалекси были избраны действительными членами Российской академии наук80. В Страсбурге несколько раньше у профессора А. Кундта учился другой известный российский физик Петр Николаевич Лебедев (1866–1912), который уже в 1891 г. защитил у Ф. Кольрауша (Страсбург) кандидатскую диссертацию, а затем работал в Московском университете сначала ассистентом профессора А.Г. Столетова, а с 1893 по 1911 г. профессором81. Александр Григорьевич Столетов (1839–1896) изучал физику с 1862 по 1866 г. в университетах Гейдельберга, Геттингена, Берлина и Парижа, затем преподавал в Московском университете. В 1871 г. он снова отправляется на полгода в Гейдельберг в лабораторию профессора Кирхгофа, чтобы провести несколько экспериментов для своей докторской диссертации. С 1873 г. он стал профессором физики Московского университета82.
К концу XIX в. именно теоретической подготовке будущих инженеров стало уделяться особое внимание. «Нельзя трактовать политехническую школу, – говорил в своем выступлении в 1871 г. математик A.B. Ледников, которому вместе с инженером В.К. Делла-Восу было поручено реформировать Московское техническое училище, – как училище чисто практическое, имеющее в виду только удовлетворять непосредственным целям мелкой и крупной промышленности, но лишенное научного характера… Изучение прикладных предметов может принести пользу только при высоком теоретическом развитии… Сила действительного практического знания прямо пропорциональна высоте научных сведений, высоте теоретического образования»83. Тем не менее до конца XIX в. между наукой и технической практикой еще сохранялся заметный разрыв. Он усугублялся тем, что в среде инженеров-механиков во второй половине XIX столетия господствовало экспериментальное конструирование машин, поощрялось экспериментирование над большим числом вариантов и частных случаев. Удача конструктора целиком зависела от его чутья и интуиции. В результате такой «экспериментальной доводки» от первоначального проекта ничего не оставалось и строился фактически совершенно новый проект.
С развитием машинного производства положение коренным образом меняется – для конструирования машин и создания прочных строительных сооружений все более настоятельно требуются теоретические расчеты. Однако инженеры-практики продолжали, как и механики-ремесленники, исходить из простого геометрического подобия. Отсутствие же предварительного расчета приводило к частым авариям, например, паровых машин. Отдельным выдающимся инженерам необходимость теоретических расчетов стала ясной уже в первой половине XIX в., как, например, российскому инженеру-кораблестроителю и ученому, члену Петербургской академии наук адмиралу A.C. Грейгу.
Строительство судов в его время велось по старинке, на глазок. Расчеты сводились в основном к кропотливым арифметическим вычислениям и давали положительный результат только при наличии большого личного опыта, накопленного при постройке и испытании судов. A.C. Грейг разработал усовершенствованный метод математического образования поверхности подводной части корпуса, так называемый параболический метод. На основании этого метода был рассчитан и построен 84-пушечный корабль «Императрица Мария», а затем и многие другие корабли российского флота. Большое значение Грейг придавал расчету архитектуры и конструкции судов, применяя самые современные решения. В практику кораблестроения им были введены правила вычисления, например методы пересчета крена корабля на случай сильного ветра и при стрельбе с одного борта. Эти меры увеличили срок службы судов и исключили их частые аварии.
Однако такое положение дел в сфере массовой инженерной практики было тогда исключением из правил. Прикладная механика пока оставалась наукой описательной, создававшей многочисленные атласы чертежей существующих машин, а не разрабатывавшей расчеты и не дававшей теоретические обобщения. В теоретической же механике господствовала излишняя, с точки зрения инженеров, строгость и аналитичность. Прикладные, инженерные исследования велись тогда в основном в технических школах, а теоретические – в университетах, где преподавание даже теоретической механики первоначально рассматривалось как раздел прикладной математики. В конце XIX столетия положение меняется. В России возникает мысль об организации при физико-математических факультетах университетов технических отделений по английскому опыту. Цели классического университетского образования мыслились тогда совершенно отличными от обучения инженеров. Университет должен готовить ученых, поэтому основной акцент в преподавании делался на методах. Для инженера же наука играет важную, но не исключительную роль. Это различие в целях университетов и высших технических школ очень четко выразил В.Л. Кирпичев: «…Дух преподаваниия в технической школе совсем другой, чем в университете, в технической школе нужно часто руководствоваться эмпирикой, и во многих случаях ничего другого нельзя сказать, кроме того, что так делается и выходит хорошо – так и делайте, между тем как в университете это совершенно невозможно. Техническая школа обязана дать решение всех практических вопросов, а университет – только тех, которые получили полное научное решение»84. Такое положение не могло продолжаться слишком долго, инженерная практика сама начинает настоятельно требовать теории. Чем ближе к концу XIX столетия, «тем все большее число инженерных задач предварительно подвергается более или менее глубокому теоретическому исследованию. Начинают появляться и отрасли техники, которые были бы вообще немыслимы, если бы предварительно не было выполнено научное исследование»85. Но для этого нужно было видоизменить и сами научные исследования, приспособить их к нуждам стремительно развивающейся инженерной практики.
Без науки в образовании получается средний техник, с использованием науки, в частности математики, – образованный инженер. Математика в приспособленном для использования инженерами виде постепенно проникает в сферу технической практики. По образному выражению В.Л. Кирпичева, математика – «это есть царский путь в науке, это легкий способ образовать голову и сделать хорошего инженера»86. Но математические формулы могут быть использованы лишь после того, как они согласованы с опытом и в соответствии с ним откорректированы. Если это сделано, наука становится мощным фактором развития инженерной практики. Такую мощь и силу теоретической науки, научного знания, приспособленного к инженерной практике, продемонстрировал, например, «отец русской авиации» Н.Е. Жуковский.
До работы Жуковского в российских университетах теоретическая механика даже рассматривалась не как самостоятельная научная дисциплина, а как одна из прикладных ветвей математики. Кроме того, в университетской механике господствовал аналитический метод, главное внимание в ней уделялось точности и строгости изложения, практическим приложениям придавалось второстепенное значение.
Жуковский с детства мечтал стать инженером и, как его отец, учиться в Петербургском институте корпуса инженеров путей сообщения. Но в силу различных обстоятельств он вынужден был окончить физико-математическое отделение Московского университета. Тяга к инженерному делу, несомненно, сыграла положительную роль в научной работе Жуковского. После окончания университета он год учился в Институте корпуса инженеров путей сообщения, где стремился постичь прежде всего техническое черчение и геодезию, но не очень в этом преуспел и должен был бросить обучение. Изобретательские упражнения Жуковского также не принесли ему славы и скоро были отброшены, так как, по его собственному признанию, ему недоставало практического знания и умения. Наконец, он четко определяет свой жизненный путь: «Механиком-теоретиком я сделаюсь хорошим, тогда как практиком едва ли могу быть»87. Он тем не менее, может быть, как никто другой, ясно сознавал необходимость синтеза этих двух направлений: инженерно-практического и научно-теоретического. Неслучайно Жуковский преподавал механику не только в университете, но и в Московском высшем техническом училище, с удовольствием консультировал инженеров и проводил экспертизу многих инженерных проектов. И все же он был прежде всего теоретиком. Но почему тогда инженерная общественность в начале XX в. провозгласила его инженером высшего ранга, а Московское высшее техническое училище в 1911 г. присвоило ему звание инженера-механика и выдало золотой нагрудный знак инженера? Причем нужно иметь в виду, что это было еще до его основополагающих работ по аэродинамике.
Стиль мышления Жуковского был инженерно-научным. Он был теоретиком нового склада, теоретиком зарождающейся технической науки. Это хорошо видно на примере решения им важной практической инженерной задачи, связанной с частыми поломками водопроводных труб. В 1897–1898 гг. Жуковский принял на себя руководство опытами над ударами воды в водопроводных трубах. В результате им были разработаны теоретические основы механизма гидравлического удара и решена сложная техническая задача ограждения водопроводов от гидравлических ударов. Но и решая инженерную задачу, он идет теоретическим путем. «Инженеры, которые занимались этой задачей, – писал Жуковский, – не обратили внимания на то, что при весьма быстром закрытии задвижки вода останавливается и давление повышается только при задвижке, и это состояние воды передается по трубе по закону распространения волнообразного движения. Я полагаю, что упомянутое обстоятельство было упущено из виду потому, что наблюдение не делалось над длинными трубами; в коротких же трубах при громадной скорости распространения ударной волны поднятие давления представляется происходящим вдоль всей трубы одновременно»88. Найденное Жуковским решение давало возможность теоретически определять место аварии водопровода, не дожидаясь, пока течь обнаружится, даже не выходя из помещения насосной станции. Для этого производится легкий гидравлический удар, снимается диаграмма гидравлических давлений, и по формулам Жуковского легко определяется расстояние до разрыва трубы. Как показали опыты, расчетные результаты неплохо согласовывались с действительностью. Таким образом, «расчеты стали играть роль своеобразных сосудов, хранящих фиксированные формализованные знания и позволяющих совершенствовать процесс создания орудий производства, зачастую предваряя эксперимент и изготовление опытного образца»89.
К началу XX в. механика, бывшая до середины XIX в. в основном описательной наукой, начинает пользоваться аналитическими, графическими и экспериментальными методами исследования. И это сближение теоретической науки с инженерной практикой и инженерной практики с теоретической наукой было делом рук профессоров от инженерии, или профессоров инженерных наук, подобных Жуковскому. Расширение сети высших технических учебных заведений потребовало и новых профессорских кадров, особенно по специальным предметам, поэтому в конце XIX – начале XX в. развивается институт подготовки кандидатов на профессорскую должность, основной деятельностью которых помимо преподавания становятся научно-инженерные исследования.
Рациональная организация инженерного образования оказывается в центре внимания инженерного сообщества именно в начале XX столетия как в России, так и в Германии. «По мнению германского инженера Ридлера, задача высшей технической школы заключается не в том, чтобы готовить только химиков, электриков, машиностроителей и т. д., т. е. таких специалистов, которые никогда не покидали бы своей тесно ограниченной области, но чтобы давать инженеру многостороннее образование, предоставляя ему возможность проникать и в соседние области»90. Для решения этой задачи, как считает Ридлер, требуется реформа инженерного образования. Но чтобы она была успешной, важно учитывать специфику инженерной деятельности и мышления и вытекающую из нее особенность инженерного образования в отличие от университетского. «Технические задачи требуют иного отношения к себе, чем чисто математические. Весь комплекс условий надо брать таким, каким природа дает его, а не таким, каким он подходил бы для точного решения. Если он не дает возможности решения, следует изменить его сознательно в известных или приблизительно оцениваемых пределах ошибки. Из-за слишком высокой оценки точных решений начинающий не понимает необходимости только приблизительно оценивать; он не понимает, что оценивание гораздо труднее, чем „точное“ вычисление с „пренебрежением“ неудобными условиями. Оценить – значит принимать во внимание границы познания и вероятности и сообразно с этим сознательно изменять основы вычисления. В этом заключается дело, здесь лежит трудность»91.
Инженеру не требуется такая математическая строгость и точность вычислений, которая необходима ученому. Поэтому в технической науке и самой инженерной деятельности формируется новый научно-инженерный метод приближенных вычислений. Для инженера применение математических методов имеет лишь служебное значение, его цель заключается в достижении нужного результата с помощью простейшего математического аппарата. Эту особенность применения математики в инженерном деле отмечал и российский ученый-инженер А.Н. Крылов в своей теории корабля: «…полное игнорирование, а порой и превратное толкование этого вопроса в средних и высших учебных заведениях создают то, что одни с почти суеверным страхом относятся к возможности какого-либо сокращения в процессе расчета и ведут его „на всякий случай“ с добросовестностью, достойной лучшего применения, и умопомрачающей (к тому же фиктивной совершенно) точностью, другие, более или менее уяснившие себе сущность расчета, а порой выработавшие себе собственные приемы сокращенного вычисления, не решаются их применять на практике из боязни быть заподозренными в небрежности расчета лицами, которым этот расчет попадет в руки»92.
Еще одна особенность инженерного мышления – «умение применять знание в частном случае и при многочисленности практических условий». «Техническое учение само должно вступить на путь исследования ради результата там, где имеющихся знаний недостаточно; там, где результаты достижимы только в области технических приложений, где необходимы особенные средства исследования в связи с практическим применением и т. д. Это громадное и важное поле для таких исследований и применений, при которых приходится принимать во внимание все практические условия. Познание природы должно возвыситься до полного и цельного воззрения на все процессы природы в их совокупности. Самое основательное знание частностей недостаточно для творческой технической деятельности: все причины и действия должны быть видимы и, так сказать, почувствованы, как общий процесс, должны быть соединены в наглядную и полную картину. В последних словах сформулирован также еще один важный принцип инженерного мышления – принцип наглядности. Ридлер предостерегает от господствующей в науке переоценки аналитических методов. По его мнению, зло коренится в „лишенной реальных представлений общности, излишестве отвлеченных методов“. Поэтому так важно для инженера „обучение видеть“ и „изобразить в чертеже или наброске“ развитие „способности созерцания“»93.
Технический стиль мышления близок художественному. И техника, и искусство, как отмечал Энгельмейер, – объективирующие деятельности, т. е. воплощающие некоторую идею, осуществляющие некоторый замысел. По мнению выдающегося российского инженера В.Л. Кирпичева, настоящий инженер должен сочетать в себе задатки ученого, практика и художника, что «указывает состав инженерного образования: нужно начинать с чистой науки и на ней основывать прикладные знания, но в то же время не оставлять без внимания и художество»94.
С художественным мышлением инженера сближает и широкое использование графических средств для выражения своих идей. «Чертеж, – писал Ридлер, – важнейшее, часто единственное средство выражения, необходимейшее орудие творчества инженера; это его язык – язык богатый и международный. Чертеж в машиностроении есть средство выразить мысль конструктора, выразить так, как того требуют обстоятельства, например чтобы ее мог усвоить исполнитель-рабочий»95. Для подготовки таких «ученых-рисовальщиков» для заводов в России еще в 1825 г. было основано Строгановское училище технического рисования. Но чертеж для инженера – это не только средство коммуникации с исполнителями и коллегами, это идеализированная, но в то же время поставленная в четкое соответствие с практикой, реальностью плоскость выражения его мысли. Именно поэтому инженеры предпочитают чертить схемы, а не писать формулы или тексты. Мышление инженера разворачивается в этой графической идеализированной плоскости, в ней он материализует первоначально свою инженерную идею, замысел, чтобы потом воплотить ее в производстве. В отличие от художника это графическое идеализированное пространство служит инженеру не для художественного отображения окружающего мира с целью вызвать эстетическое наслаждение, а для детализации и конкретизации предварительной инженерной идеи в развернутую схему, а также для научного обоснования и математического расчета этой схемы, чтобы впоследствии можно было выполнить рабочие чертежи – предписания мастерам и рабочим к реализации его замысла. Поэтому техническое черчение стало центральным пунктом инженерного образования.
Как отмечал в конце XIX в. Кирпичев: «Для инженера черчение должно быть родным языком, которым он владеет вполне свободно и естественно. В современных технических школах студенты значительную часть своего времени проводят в чертежных и вполне усваивают себе графический язык. Даже при изложении теоретических предметов в школах для инженеров часто находят более удобным прибегать к этому языку вместо обыкновенных арифметических выкладок и алгебраических формул. Графические построения и графические вычисления получили права гражданства в науке, и применение их привело к созданию новой науки – графической статики, которая по роду вопросов, ею решаемых, но и приемам, ею употребляемым, должна быть названа настоящей наукой для инженеров»96. В других областях техники также сложились особые графические средства для выражения инженерных идей, хотя и не всегда тесно связанные с геометрией, как, например, электрические схемы в электротехнике. Чертежи и схемы для инженера одновременно средство связи и с наукой (прежде всего математикой), и с реальным миром технической практики.
Ридлер формулирует понятие практики, которое имеет двоякое значение.
Во-первых, ее можно рассматривать в смысле ловкости рук. Тогда практика заключается в механической работе, умении однажды выученную работу производить постоянно.
Во-вторых, практика в истинном смысле – дополненное и примененное к частному случаю познание, когда общий случай превращается в осязаемый частный. В этом смысле «практик» – это «почетный титул для людей, которые ушли дальше теории и применяют свои знания под своей ответственностью». Исходя из всех этих соображений, по мысли Ридлера, и должно строиться инженерное образование, цель которого «выработать научно образованных и общеобразованных практических инженеров». Он подчеркивает важную роль соединения техники не только с наукой, но и с искусством (прежде искусство соединялось лишь с ремеслом). Именно в этом случае она сможет называть себя «со справедливой гордостью» «технэ, т. е. искусство, умение и творческое применение». Это фактически призыв возвращаться к древнегреческому techne, в котором всякое ремесло органически соединялось с искусством, на новой основе научной техники. Исходя из всего вышеизложенного, Ридлер следующим образом формулирует назначение высших технических школ: не только следовать за прогрессом, но и идти впереди, указывая дорогу; играть для техники руководящую роль; сделаться центром воспитания для производительного творчества; служить вместе научному, практическому и хозяйственному воспитанию97.
Леонид Исаакович Мандельштам (1897–1944) учился на физико-математическом факультете Новороссийского университета в России, но из-за участия в студенческих волнениях вынужден был продолжить свое образование в Страсбургском университете, которое окончил в 1902 г. Мандельштам в 1902 г. защитил у Брауна кандидатскую диссертацию, а в зимнем семестре 1906–1907 гг. получил докторскую степень. Он изучал колебания в электрическом контуре и открыл принципы слабых взаимодействий, которые до сегодняшнего дня считаются весьма важными для радиотехники. Мандельштам в течение десяти лет был ассистентом Брауна. Он также работал «несколько недель на почте и в лаборатории фирмы „Сименс“, чтобы изучить технику связи и телеграфии», а в 1911 г. получил постоянное место преподавателя прикладной физики. Позже ему было присвоено звание профессора. Николай Дмитриевич Папалекси (1880–1947) «происходил из богатой семьи российского помещика в Крыму, так что у него не было необходимости работать в Страсбурге, чтобы обеспечить себе пропитание». Он защитил кандидатскую диссертацию в 1904 г. а в 1911 г. – докторскую. Затем он работал приват-доцентом у Брауна. Мандельштам и Папалекси вынуждены были, однако, в начале Первой мировой войны, как российские граждане, покинуть Германию79. В 1914 г. они вернулись в Россию. Работали вместе с 1923 г. в научном отделе Центральной радиолаборатории Электротехнического треста заводов слабого тока в Ленинграде. Мандельштам с 1924 г. стал заведовать кафедрой теоретической физики в Московском университете. Папалекси оставался сначала в Ленинграде как профессор Политехнического университета, а с 1934 г. перешел на работу в Физический институт (и, кроме того, в Электротехнический) Российской академии наук. В 1937 г. Мандельштам также перешел на работу в Физический институт, где проводил исследования в области оптики, радиофизики, радиотехники и теоретической физики (часто совместно с Папалекси). Мандельштам и Папалекси были избраны действительными членами Российской академии наук80. В Страсбурге несколько раньше у профессора А. Кундта учился другой известный российский физик Петр Николаевич Лебедев (1866–1912), который уже в 1891 г. защитил у Ф. Кольрауша (Страсбург) кандидатскую диссертацию, а затем работал в Московском университете сначала ассистентом профессора А.Г. Столетова, а с 1893 по 1911 г. профессором81. Александр Григорьевич Столетов (1839–1896) изучал физику с 1862 по 1866 г. в университетах Гейдельберга, Геттингена, Берлина и Парижа, затем преподавал в Московском университете. В 1871 г. он снова отправляется на полгода в Гейдельберг в лабораторию профессора Кирхгофа, чтобы провести несколько экспериментов для своей докторской диссертации. С 1873 г. он стал профессором физики Московского университета82.
К концу XIX в. именно теоретической подготовке будущих инженеров стало уделяться особое внимание. «Нельзя трактовать политехническую школу, – говорил в своем выступлении в 1871 г. математик A.B. Ледников, которому вместе с инженером В.К. Делла-Восу было поручено реформировать Московское техническое училище, – как училище чисто практическое, имеющее в виду только удовлетворять непосредственным целям мелкой и крупной промышленности, но лишенное научного характера… Изучение прикладных предметов может принести пользу только при высоком теоретическом развитии… Сила действительного практического знания прямо пропорциональна высоте научных сведений, высоте теоретического образования»83. Тем не менее до конца XIX в. между наукой и технической практикой еще сохранялся заметный разрыв. Он усугублялся тем, что в среде инженеров-механиков во второй половине XIX столетия господствовало экспериментальное конструирование машин, поощрялось экспериментирование над большим числом вариантов и частных случаев. Удача конструктора целиком зависела от его чутья и интуиции. В результате такой «экспериментальной доводки» от первоначального проекта ничего не оставалось и строился фактически совершенно новый проект.
С развитием машинного производства положение коренным образом меняется – для конструирования машин и создания прочных строительных сооружений все более настоятельно требуются теоретические расчеты. Однако инженеры-практики продолжали, как и механики-ремесленники, исходить из простого геометрического подобия. Отсутствие же предварительного расчета приводило к частым авариям, например, паровых машин. Отдельным выдающимся инженерам необходимость теоретических расчетов стала ясной уже в первой половине XIX в., как, например, российскому инженеру-кораблестроителю и ученому, члену Петербургской академии наук адмиралу A.C. Грейгу.
Строительство судов в его время велось по старинке, на глазок. Расчеты сводились в основном к кропотливым арифметическим вычислениям и давали положительный результат только при наличии большого личного опыта, накопленного при постройке и испытании судов. A.C. Грейг разработал усовершенствованный метод математического образования поверхности подводной части корпуса, так называемый параболический метод. На основании этого метода был рассчитан и построен 84-пушечный корабль «Императрица Мария», а затем и многие другие корабли российского флота. Большое значение Грейг придавал расчету архитектуры и конструкции судов, применяя самые современные решения. В практику кораблестроения им были введены правила вычисления, например методы пересчета крена корабля на случай сильного ветра и при стрельбе с одного борта. Эти меры увеличили срок службы судов и исключили их частые аварии.
Однако такое положение дел в сфере массовой инженерной практики было тогда исключением из правил. Прикладная механика пока оставалась наукой описательной, создававшей многочисленные атласы чертежей существующих машин, а не разрабатывавшей расчеты и не дававшей теоретические обобщения. В теоретической же механике господствовала излишняя, с точки зрения инженеров, строгость и аналитичность. Прикладные, инженерные исследования велись тогда в основном в технических школах, а теоретические – в университетах, где преподавание даже теоретической механики первоначально рассматривалось как раздел прикладной математики. В конце XIX столетия положение меняется. В России возникает мысль об организации при физико-математических факультетах университетов технических отделений по английскому опыту. Цели классического университетского образования мыслились тогда совершенно отличными от обучения инженеров. Университет должен готовить ученых, поэтому основной акцент в преподавании делался на методах. Для инженера же наука играет важную, но не исключительную роль. Это различие в целях университетов и высших технических школ очень четко выразил В.Л. Кирпичев: «…Дух преподаваниия в технической школе совсем другой, чем в университете, в технической школе нужно часто руководствоваться эмпирикой, и во многих случаях ничего другого нельзя сказать, кроме того, что так делается и выходит хорошо – так и делайте, между тем как в университете это совершенно невозможно. Техническая школа обязана дать решение всех практических вопросов, а университет – только тех, которые получили полное научное решение»84. Такое положение не могло продолжаться слишком долго, инженерная практика сама начинает настоятельно требовать теории. Чем ближе к концу XIX столетия, «тем все большее число инженерных задач предварительно подвергается более или менее глубокому теоретическому исследованию. Начинают появляться и отрасли техники, которые были бы вообще немыслимы, если бы предварительно не было выполнено научное исследование»85. Но для этого нужно было видоизменить и сами научные исследования, приспособить их к нуждам стремительно развивающейся инженерной практики.
Без науки в образовании получается средний техник, с использованием науки, в частности математики, – образованный инженер. Математика в приспособленном для использования инженерами виде постепенно проникает в сферу технической практики. По образному выражению В.Л. Кирпичева, математика – «это есть царский путь в науке, это легкий способ образовать голову и сделать хорошего инженера»86. Но математические формулы могут быть использованы лишь после того, как они согласованы с опытом и в соответствии с ним откорректированы. Если это сделано, наука становится мощным фактором развития инженерной практики. Такую мощь и силу теоретической науки, научного знания, приспособленного к инженерной практике, продемонстрировал, например, «отец русской авиации» Н.Е. Жуковский.
До работы Жуковского в российских университетах теоретическая механика даже рассматривалась не как самостоятельная научная дисциплина, а как одна из прикладных ветвей математики. Кроме того, в университетской механике господствовал аналитический метод, главное внимание в ней уделялось точности и строгости изложения, практическим приложениям придавалось второстепенное значение.
Жуковский с детства мечтал стать инженером и, как его отец, учиться в Петербургском институте корпуса инженеров путей сообщения. Но в силу различных обстоятельств он вынужден был окончить физико-математическое отделение Московского университета. Тяга к инженерному делу, несомненно, сыграла положительную роль в научной работе Жуковского. После окончания университета он год учился в Институте корпуса инженеров путей сообщения, где стремился постичь прежде всего техническое черчение и геодезию, но не очень в этом преуспел и должен был бросить обучение. Изобретательские упражнения Жуковского также не принесли ему славы и скоро были отброшены, так как, по его собственному признанию, ему недоставало практического знания и умения. Наконец, он четко определяет свой жизненный путь: «Механиком-теоретиком я сделаюсь хорошим, тогда как практиком едва ли могу быть»87. Он тем не менее, может быть, как никто другой, ясно сознавал необходимость синтеза этих двух направлений: инженерно-практического и научно-теоретического. Неслучайно Жуковский преподавал механику не только в университете, но и в Московском высшем техническом училище, с удовольствием консультировал инженеров и проводил экспертизу многих инженерных проектов. И все же он был прежде всего теоретиком. Но почему тогда инженерная общественность в начале XX в. провозгласила его инженером высшего ранга, а Московское высшее техническое училище в 1911 г. присвоило ему звание инженера-механика и выдало золотой нагрудный знак инженера? Причем нужно иметь в виду, что это было еще до его основополагающих работ по аэродинамике.
Стиль мышления Жуковского был инженерно-научным. Он был теоретиком нового склада, теоретиком зарождающейся технической науки. Это хорошо видно на примере решения им важной практической инженерной задачи, связанной с частыми поломками водопроводных труб. В 1897–1898 гг. Жуковский принял на себя руководство опытами над ударами воды в водопроводных трубах. В результате им были разработаны теоретические основы механизма гидравлического удара и решена сложная техническая задача ограждения водопроводов от гидравлических ударов. Но и решая инженерную задачу, он идет теоретическим путем. «Инженеры, которые занимались этой задачей, – писал Жуковский, – не обратили внимания на то, что при весьма быстром закрытии задвижки вода останавливается и давление повышается только при задвижке, и это состояние воды передается по трубе по закону распространения волнообразного движения. Я полагаю, что упомянутое обстоятельство было упущено из виду потому, что наблюдение не делалось над длинными трубами; в коротких же трубах при громадной скорости распространения ударной волны поднятие давления представляется происходящим вдоль всей трубы одновременно»88. Найденное Жуковским решение давало возможность теоретически определять место аварии водопровода, не дожидаясь, пока течь обнаружится, даже не выходя из помещения насосной станции. Для этого производится легкий гидравлический удар, снимается диаграмма гидравлических давлений, и по формулам Жуковского легко определяется расстояние до разрыва трубы. Как показали опыты, расчетные результаты неплохо согласовывались с действительностью. Таким образом, «расчеты стали играть роль своеобразных сосудов, хранящих фиксированные формализованные знания и позволяющих совершенствовать процесс создания орудий производства, зачастую предваряя эксперимент и изготовление опытного образца»89.
К началу XX в. механика, бывшая до середины XIX в. в основном описательной наукой, начинает пользоваться аналитическими, графическими и экспериментальными методами исследования. И это сближение теоретической науки с инженерной практикой и инженерной практики с теоретической наукой было делом рук профессоров от инженерии, или профессоров инженерных наук, подобных Жуковскому. Расширение сети высших технических учебных заведений потребовало и новых профессорских кадров, особенно по специальным предметам, поэтому в конце XIX – начале XX в. развивается институт подготовки кандидатов на профессорскую должность, основной деятельностью которых помимо преподавания становятся научно-инженерные исследования.
Рациональная организация инженерного образования оказывается в центре внимания инженерного сообщества именно в начале XX столетия как в России, так и в Германии. «По мнению германского инженера Ридлера, задача высшей технической школы заключается не в том, чтобы готовить только химиков, электриков, машиностроителей и т. д., т. е. таких специалистов, которые никогда не покидали бы своей тесно ограниченной области, но чтобы давать инженеру многостороннее образование, предоставляя ему возможность проникать и в соседние области»90. Для решения этой задачи, как считает Ридлер, требуется реформа инженерного образования. Но чтобы она была успешной, важно учитывать специфику инженерной деятельности и мышления и вытекающую из нее особенность инженерного образования в отличие от университетского. «Технические задачи требуют иного отношения к себе, чем чисто математические. Весь комплекс условий надо брать таким, каким природа дает его, а не таким, каким он подходил бы для точного решения. Если он не дает возможности решения, следует изменить его сознательно в известных или приблизительно оцениваемых пределах ошибки. Из-за слишком высокой оценки точных решений начинающий не понимает необходимости только приблизительно оценивать; он не понимает, что оценивание гораздо труднее, чем „точное“ вычисление с „пренебрежением“ неудобными условиями. Оценить – значит принимать во внимание границы познания и вероятности и сообразно с этим сознательно изменять основы вычисления. В этом заключается дело, здесь лежит трудность»91.
Инженеру не требуется такая математическая строгость и точность вычислений, которая необходима ученому. Поэтому в технической науке и самой инженерной деятельности формируется новый научно-инженерный метод приближенных вычислений. Для инженера применение математических методов имеет лишь служебное значение, его цель заключается в достижении нужного результата с помощью простейшего математического аппарата. Эту особенность применения математики в инженерном деле отмечал и российский ученый-инженер А.Н. Крылов в своей теории корабля: «…полное игнорирование, а порой и превратное толкование этого вопроса в средних и высших учебных заведениях создают то, что одни с почти суеверным страхом относятся к возможности какого-либо сокращения в процессе расчета и ведут его „на всякий случай“ с добросовестностью, достойной лучшего применения, и умопомрачающей (к тому же фиктивной совершенно) точностью, другие, более или менее уяснившие себе сущность расчета, а порой выработавшие себе собственные приемы сокращенного вычисления, не решаются их применять на практике из боязни быть заподозренными в небрежности расчета лицами, которым этот расчет попадет в руки»92.
Еще одна особенность инженерного мышления – «умение применять знание в частном случае и при многочисленности практических условий». «Техническое учение само должно вступить на путь исследования ради результата там, где имеющихся знаний недостаточно; там, где результаты достижимы только в области технических приложений, где необходимы особенные средства исследования в связи с практическим применением и т. д. Это громадное и важное поле для таких исследований и применений, при которых приходится принимать во внимание все практические условия. Познание природы должно возвыситься до полного и цельного воззрения на все процессы природы в их совокупности. Самое основательное знание частностей недостаточно для творческой технической деятельности: все причины и действия должны быть видимы и, так сказать, почувствованы, как общий процесс, должны быть соединены в наглядную и полную картину. В последних словах сформулирован также еще один важный принцип инженерного мышления – принцип наглядности. Ридлер предостерегает от господствующей в науке переоценки аналитических методов. По его мнению, зло коренится в „лишенной реальных представлений общности, излишестве отвлеченных методов“. Поэтому так важно для инженера „обучение видеть“ и „изобразить в чертеже или наброске“ развитие „способности созерцания“»93.
Технический стиль мышления близок художественному. И техника, и искусство, как отмечал Энгельмейер, – объективирующие деятельности, т. е. воплощающие некоторую идею, осуществляющие некоторый замысел. По мнению выдающегося российского инженера В.Л. Кирпичева, настоящий инженер должен сочетать в себе задатки ученого, практика и художника, что «указывает состав инженерного образования: нужно начинать с чистой науки и на ней основывать прикладные знания, но в то же время не оставлять без внимания и художество»94.
С художественным мышлением инженера сближает и широкое использование графических средств для выражения своих идей. «Чертеж, – писал Ридлер, – важнейшее, часто единственное средство выражения, необходимейшее орудие творчества инженера; это его язык – язык богатый и международный. Чертеж в машиностроении есть средство выразить мысль конструктора, выразить так, как того требуют обстоятельства, например чтобы ее мог усвоить исполнитель-рабочий»95. Для подготовки таких «ученых-рисовальщиков» для заводов в России еще в 1825 г. было основано Строгановское училище технического рисования. Но чертеж для инженера – это не только средство коммуникации с исполнителями и коллегами, это идеализированная, но в то же время поставленная в четкое соответствие с практикой, реальностью плоскость выражения его мысли. Именно поэтому инженеры предпочитают чертить схемы, а не писать формулы или тексты. Мышление инженера разворачивается в этой графической идеализированной плоскости, в ней он материализует первоначально свою инженерную идею, замысел, чтобы потом воплотить ее в производстве. В отличие от художника это графическое идеализированное пространство служит инженеру не для художественного отображения окружающего мира с целью вызвать эстетическое наслаждение, а для детализации и конкретизации предварительной инженерной идеи в развернутую схему, а также для научного обоснования и математического расчета этой схемы, чтобы впоследствии можно было выполнить рабочие чертежи – предписания мастерам и рабочим к реализации его замысла. Поэтому техническое черчение стало центральным пунктом инженерного образования.
Как отмечал в конце XIX в. Кирпичев: «Для инженера черчение должно быть родным языком, которым он владеет вполне свободно и естественно. В современных технических школах студенты значительную часть своего времени проводят в чертежных и вполне усваивают себе графический язык. Даже при изложении теоретических предметов в школах для инженеров часто находят более удобным прибегать к этому языку вместо обыкновенных арифметических выкладок и алгебраических формул. Графические построения и графические вычисления получили права гражданства в науке, и применение их привело к созданию новой науки – графической статики, которая по роду вопросов, ею решаемых, но и приемам, ею употребляемым, должна быть названа настоящей наукой для инженеров»96. В других областях техники также сложились особые графические средства для выражения инженерных идей, хотя и не всегда тесно связанные с геометрией, как, например, электрические схемы в электротехнике. Чертежи и схемы для инженера одновременно средство связи и с наукой (прежде всего математикой), и с реальным миром технической практики.
Ридлер формулирует понятие практики, которое имеет двоякое значение.
Во-первых, ее можно рассматривать в смысле ловкости рук. Тогда практика заключается в механической работе, умении однажды выученную работу производить постоянно.
Во-вторых, практика в истинном смысле – дополненное и примененное к частному случаю познание, когда общий случай превращается в осязаемый частный. В этом смысле «практик» – это «почетный титул для людей, которые ушли дальше теории и применяют свои знания под своей ответственностью». Исходя из всех этих соображений, по мысли Ридлера, и должно строиться инженерное образование, цель которого «выработать научно образованных и общеобразованных практических инженеров». Он подчеркивает важную роль соединения техники не только с наукой, но и с искусством (прежде искусство соединялось лишь с ремеслом). Именно в этом случае она сможет называть себя «со справедливой гордостью» «технэ, т. е. искусство, умение и творческое применение». Это фактически призыв возвращаться к древнегреческому techne, в котором всякое ремесло органически соединялось с искусством, на новой основе научной техники. Исходя из всего вышеизложенного, Ридлер следующим образом формулирует назначение высших технических школ: не только следовать за прогрессом, но и идти впереди, указывая дорогу; играть для техники руководящую роль; сделаться центром воспитания для производительного творчества; служить вместе научному, практическому и хозяйственному воспитанию97.