Моделирование. 
История и философия науки

Модель — это искусственный объект (артефакт) или естественный объект, помещенный в искусственные или естественные условия, который обладает существенным, с точки зрения цели познания (проектирования), сходством с изучаемым объектом и может заменять его, в заданном отношении будучи объектом исследования. Моделирование есть изучение некоторого объекта посредством наблюдений или экспериментов, проводимых с его моделью.

Таким образом, мы имеем четыре основных способа моделирования:

• 1) искусственный объект помещается в искусственные условия;
• 2) искусственный объект помещается в естественные условия — те, в которых пребывает изучаемый объект «сам по себе» ;
• 3) естественный объект помещается в искусственные условия;
• 4) естественный объект помещается в естественные условия. Случаи 1 и 3 иногда называют модельным экспериментом. Термин «модель» имеет широкий спектр значений. Это

может быть простой механический макет изучаемого явления любой природы, с одной стороны, и детальное построение в специальном формализованном языке — с другой. (С ростом компьютеризации и информатизации познания модели этого последнего вида фактически сближаются с теориями.).

Центральным в определении является указание на существенность сходства между моделью и интересующим нас (изучаемым или проектируемым) объектом с точки зрения нашей цели (познания или проектирования). Вообще говоря, любой предмет имеет сходство с любым другим предметом, причем вовсе не в одном каком-то отношении. Так что если не иметь в виду существенность сходства, то можно и любой предмет использовать в качестве модели любого другого предмета, стоит только захотеть. Для такого «моделирования» нет никаких ограничений. Так, например, расположение в определенной конфигурации десятка картофелин может рассматриваться как модель развертывания в предстоящем бою воинских подразделений. Если сходство поверхностное, то мы будем иметь дело не с моделированием в строгом смысле слова, а, скорее всего, с поверхностной аналогией или пояснительной иллюстрацией, полезной, скажем, в учебных целях. Тем не менее, рассуждая строго формально, можно и такого рода приемы считать моделированием: в самом деле, для субъекта, изучающего (в частном случае — и с учебной целью) некоторый объект Л, другой объект Аявляется моделью объекта Л в той мере, в какой возможно использовать А* для того, чтобы получить ответы на вопросы, интересующие исследователя в отношении А. Так что значение простых, «наглядных» моделей ни в коем случае не следует преуменьшать. Оно, заметим, не сводится только к тому, что модели этого рода служат иллюстрациями, вспомогательными учебными средствами, хотя и это немало (вспомним афоризм Кельвина: «Понять — это значит построить механическую модель»). Но, кроме того, простые модели нередко служат «идеей», исходным вариантом более сложной, уточненной модели.

Однако, если сходство будет полным, то мы опять-таки будем иметь дело не с моделированием как таковым, а с наблюдением или экспериментом, различающимися только тем, что они проводятся не с самим объектом, а с его «двойником», вторым «экземпляром» .

Таким образом, модель является нормативной и целенаправленной: она выбрана для того, чтобы представлять только определенные характеристики прототипа, а именно те, которые наиболее важны, значимы или ценны, и ее значение и ценность могут существовать только в отношении некоторой цели, для достижения которой и служит модель.

К моделированию мы прибегаем по разным причинам. Прежде всего, бывает так, что возможности наблюдения исчерпаны, а постановка эксперимента, кроме его дороговизны, чревата нежелательными последствиями; так очень часто бывает в социальном познании (укажем, например, на проблему рационального использования ресурсов). В исторических исследованиях прямое экспериментирование невозможно уже из-за того, что изучаемые процессы и события отошли в прошлое. Кроме того, историк почти никогда не имеет сведений о генеральной совокупности интересующих его массовых (случайных) явлений, путем изучения (наблюдения) которой можно было бы прийти к формулированию некоторой закономерности. Ему приходится довольствоваться какой-то выборкой, так что опять-таки возникает потребность в моделировании.

Неизбежно ограниченную роль играет прямое экспериментирование и в исследовании социально-политических вопросов, поскольку надолго и полностью «отгородить» какую-либо группу от всей совокупности общественных связей, поставив людей в особые условия жизни и управления, невозможно. В сходных обстоятельствах оказывается экспериментатор и при исследовании социально-психологических явлений. Даже при изучении характеристик отдельной личности посредством метода электроэнцефалограмм искусственность лабораторных условий часто заставляет отказываться от прямого экспериментирования и прибегать к моделированию.

Например, при действии неприятных раздражителей даже у достаточно выдержанных людей на электроэнцефалограмме появляются специфические тэта-ритмы, которые при обычных обстоятельствах едва различимы, однако их тщательное изучение в лаборатории затруднено, поскольку искусственность ситуации столь же очевидна для испытуемого, сколь затруднительна для экспериментатора. Один из возможных выходов — это замена, т. е. моделирование, реакции на появление неприятного раздражителя реакцией на исчезновение приятного раздражителя, который вводится в совокупности условий опыта постепенно, а убирается резко.

Распространено моделирование в технических науках и в инженерном деле. Классическим примером служит моделирование нового типа самолета: сначала делается модель несоизмеримо меньших размеров по сравнению с будущим реальным самолетом, и эта модель не летает, а обдувается в аэродинамической трубе мощным воздушным потоком. Так что в этом случае модель заменяет самолет, а поток воздуха, продуваемого мимо модели, имитирует процесс полета. Заметим при этом, что модель не есть просто во много раз уменьшенный самолет: многие параметры (угол наклона крыльев и стреловидность крыла, например) пересчитаны с учетом разности в размерах самолета и модели.

В самом общем виде классификация моделей требует, очевидно, сопоставления природы прототипа (изучаемого или проектируемого объекта) и природы модели. Они могут или совпадать, или не совпадать. Может идти речь о материальном прототипе и материальной модели, о материальном прототипе и идеальной (мысленной) модели, об идеальном прототипе и материальной модели и об идеальном прототипе и идеальной модели. Разумеется, — в социальном познании особенно, — и прототип, и модель могут иметь и более сложную природу, сочетая в себе материальные и идеальные компоненты. Имеют определенное значение и более тонкие различия; например, одно дело — механическая модель химического объекта (кристаллическая решетка) и несколько другое — тоже материальная модель, но физическая, для того же химического объекта.

Особое место в современном научном познании и инженерно-техническом творчестве занимает информационное моделирование, т. е. наблюдение и эксперимент, осуществляемые с моделями объектов, построенными в виде компьютерных программ. По способу представления объекта эти модели следует, очевидно, отнести к мысленным моделям особого рода, которые можно назвать «автоматизированными мысленными моделями». В самом деле, используя их, мы, фактически, «просто» автоматизируем мысленный модельный эксперимент, хотя и применяем при этом некоторое материальное образование — компьютер. Функционирование модели в этом случае есть только более совершенное (с точки зрения скорости вычислений и проведения длинных последовательностей логических выводов) осуществление тех мысленных операций над моделью, тех преобразований в ней и изменений, которые «потенциально» (будь у нас необходимый запас времени, сил и терпения) мы могли бы выполнить и сами. Поскольку речь идет о «мысленном эксперименте», то его «формальная разработка» оказывается очень важной. Фактически, мы здесь пользуемся методом формализации (хотя и не только им!) — изучаем форму уже имеющегося в нашем распоряжении знания об интересующем нас объекте. В связи с этим подчеркнем значение достижений в области математики и логики, которые, наряду с успехами технических наук в разработке компьютеров и информационных технологий, сделали возможным такой мощный метод.

Одно из перспективных направлений в развитии метода моделирования — качественное моделирование. В этом методе совокупность числовых параметров моделируемого объекта заменяется совокупностью параметров, у которых указываются только «граничные значения», а уравнения, описывающие отношения между параметрами, заменяются некоторыми другими — производными от исходных и представляющими направления возможных изменений параметров. Работа модели описывается на языке теории графов. Такое описание сравнительно легко переводится в программу для компьютера. Кроме того, оно достаточно наглядно.

Довольно распространено представление о том, что повышение точности моделирования требует обращения только к теории подобия. Теория подобия и в самом деле важна; ранее, приводя пример из самолетостроения, мы отмечали, что между моделью и ее прототипом соотношения гораздо более сложные, нежели простое различие в количественных параметрах: как и повсюду, количественные изменения означают и неизбежность соответствующих качественных различий. В действительности, особенно если речь идет об информационном моделировании, не менее важно обратиться к логико-математической теории моделей. Установление непротиворечивости, корректности, (семантической) адекватности и, следовательно, полноты формализованной системы, в которой и строится модель, — это важнейшее звено в обосновании пригодности метода информационного моделирования. Выяснение перечисленных вопросов есть, по существу, выяснение адекватности моделирования в общем методологическом смысле.