Т. Д. Гордон, М. Д. Раффенспергер ПОСТРОЕНИЕ ДЕРЕВА ЦЕЛЕЙ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Планирование теоретических исследований — весьма сложная задача, так как род этой деятельности характеризуется высокой степенью неопределенности технического и экономического результата.

В науке придерживаются традиционного убеждения в том, что весьма важно предоставлять индивидуальным исследователям почти полную свободу выбора тем для научных исследований. Поэтому планирование структуры исследований не играло важной роли в определении направления развития наук. Под «планированием структуры исследований» мы понимаем методическую постановку целей и определение такого порядка исследований, который явно предоставляет первоочередность достижению наиболее важных целей при минимизации времени и затрат на их достижение. При нарастающем стремлении ограничивать финансовые и интеллектуальные ресурсы необходимость планирования такого рода может стать более настоятельной. Позвольте привести три частных примера. Прежде всего отдельный исследователь часто сталкивается с вопросом наилучшего рас

ходования своего времени при следовании по определенному пути изысканий. Он должен выделить свои личные ресурсы времени и способностей для работы, которая, очевидно, сулит максимальный выигрыш.

Хотелось бы отметить, что авторы настоящей статьи имеют дело с вопросами стратегии планирования теоретических исследований не только на уровне огромных государственных проектов, но также и на уровне индивидуальной «малой науки». Большинство проблем систематизации сходно в упомянутых случаях: постановка целей научного исследования, определение наиболее эффективных способов достижения этих целей, разработка программ распределения ресурсов, которые с наибольшей вероятностью обеспечат распространение предполагаемых результатов.

Желательность планирования научных исследований ставится под сомнение теми, кто считает, что наука по самой своей внутренней сути не поддается планированию или прогнозированию. Они утверждают, что возможные практические приложения результатов научных исследований настолько неясны во время проведения исследований, что, по-видимому, планирование не может быть эффективным.

научные исследования, казавшиеся наименее обещающими, оказываются наиболее плодотворными. Будущее особенно неясно именно в области новых приложений результатов научных исследований.

Некоторые философы науки, такие, как Томас Кун, утверждают, что наука прогрессирует столь впечатляющими темпами именно потому, что она развивается под воздействием сил, далеких от логического планирования[33]. Нормальная научная деятельность, в понимании Куна, направлена на «выявление важного факта, согласования фактов с теорией и ясное формулирование теории». Усилия ограничиваются парадигмами, общепринятым законом научной дисциплины. Нормальные научные исследования уточняют парадигмы данной научной дисциплины. Когда такой процесс уточнения обнаруживает отклонения, то могут понадобиться исправления парадигм или введение новых ограничений и законов. Это вызывает период кризиса, период смятения в борьбе конкурирующих идей. По мнению Куна, процессы развития науки «характеризуются возрастанием детальности и точности постижения природы. Но ничто... не делает этот процесс эволюции направленным к чему-нибудь... если мы сможем научиться заменять эволюцию от того, что мы знаем, на эволюцию к тому, что мы хотим знать, то из этого процесса можно исключить ряд спорных проблем». Иными словами, процессы нормальных научных исследований, в которых испытываются существующие парадигмы и происходят кризисы пересмотра парадигм, приводят к выживанию наиболее приемлемых идей и к эволюции по направлению к максимальному уровню познания, предопределенного не потребностью, а механизмами самого научного метода.

Наука, безусловно, добилась впечатляющих успехов почти во всех областях, относящихся к физике природы.

Итак, есть две противоположные точки зрения на организацию научных исследований: первая сводится к тому, что целевая структура становится все более необходимой в нашем современном обществе, вторая — что четко определенная целевая структура препятствует развитию науки. Очевидно, что многие ученые в полной мере осознают эту дилемму. В качестве одного из примеров можно привести продолжающийся диалог в отделе писем журнала «Сайенс» под рубрикой «Пренебрегает ли наука обществом?». В одном письме читаем: «Увы! Совершенно недостаточно отвечать критикам

технического века выражением «наука ради науки», так как некоторые критики ставят трудные вопросы. Наблюдая электронное оскорбление человеческого достоинства, угрозу ядерного уничтожения, загрязнение окружающей среды и бунт граждан против громоздкости наших основанных на технике институтов, эти критики задаются вопросом, приносит ли наука одни благодеяния... Нельзя пройти мимо таких критиков, как мимо сборища вечно недовольных людей, поскольку среди них имеются такие, как Льюис Зон из Гарвар- да, чей доклад «Объединенные нации и человеческие права» был недавно представлен на рассмотрение ООН Комитетом выдающихся граждан США. В докладе, посвященном угрозе свободе личности со стороны прикладной науки, говорится: «Славный марш науки и техники без учета социальных его эффектов ведет к накоплению опасностей»[34].

Ранее мы подразумевали, что ряд методов исследования операций можно было бы использовать для выяснения стратегии в проведении научных исследований.

если исследуемая система сложна и для ее описания требуются многие научные дисциплины.

Корпорация «Макдоннел Дуглас» по контракту, заключенному с НАСА, недавно применила методы системного анализа для определения оптимальной стратегии исследований в области теоретических наук[35].

Задача работы в области планирования астрономических исследований состояла в определении согласованной совокупности целей этих научных исследований, в преобразовании этих целей в наглядные конструкции аппаратов, в проверке технической и экономической их реализуемости и, наконец, в группировке всего этого в последовательный план для эффективного достижения целей исследований.

Мы с самого начала знали, что способность вести наблюдения за Вселенной вне пределов земной атмосферы откроет чрезвычайно широкие перспективы для астрономических исследований. Астрономическим наблюдениям, проводимым с поверхности Земли, мешают три вида явлений: непрозрачность атмосферы, искривление фронта сигнала, рассеивание. Земная атмосфера дает возможность видимому свету достичь поверхности Земли, но она совершенно непрозрачна для более коротковолнового излучения, как, например, для диапазонов ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей электромагнитного спектра. Эти излучения поглощаются озоном, кислородом и азотом, содержащимися в атмосфере. Водяные пары

и углекислый газ поглощают широкие диапазоны в области длинноволнового излучения, оставляя только разрозненные окна различной прозрачности для волн разной длины. Как показано на рис. 23, земная ионосфера также весьма по-разному ослабляет радиоволны длиной более 30 м и полностью отражает внеземное излучение с длиной волны более 60 м. Кроме того, изменения плотности атмосферы искажают длины волн. Астрономы говорят об этом: «плохая видимость». Эти изменения плотности вызывают преломление света, проходящего сквозь атмосферу, и кажущееся движение наблюдаемого небесного тела. Они вызывают также частые колебания яркости и искажения размера изображения. Эти эффекты усиливаются при увеличении размеров оптического инструмента. Земная атмосфера также рассеивает свет солнца, звезд и других оптических источников из-за многократного отражения его от взвешенной в атмосфере пыли и других частиц. Наконец, сама атмосфера светится. В результате небо не бывает черным даже в самую темную безлунную ночь. Все эти атмосферные эффекты отсутствуют при наблюдениях с орбиты спутника, и наблюдения за пределами земной атмосферы действительно многообещающи для астрономических исследований.

Мы с самого началй испытывали искушение просто сказать, что в будущих астрономических наблюдениях с орбиты спутника следует воспользоваться преимуществами новой выгодной точки наблюдения, т. е. там должны находиться инструменты, позволяющие проводить наблюдения в тех частях спектра, которые открываются благодаря тому, что наблюдения ведутся за пределами атмосферы. И действительно, некоторые из наших консультантов-астрономов считают, что невозможно выработать лучшую стратегию, чем просто: «Дайте нам площадку, стабилизированную с максимально возможной точностью, на которой будут находиться возможно более крупные оптические и радиоинструменты, и позвольте нам разглядывать небеса в новых областях спектра». Эта позиция совпадает с точкой зре

ния Куна; программа исследований такого сооружения составляла бы нормальное научное начинание по проверке парадигмы. Хотя можно было бы привести доводы и в пользу возможности подобного рода, все же остаются такие вопросы, как определение порядка очередности альтернативных программ астрономических исследований и относительных преимуществ инструментов, обладающих разными возможностями. Это последнее положение можно сформулировать, например, на более реальном практическом языке: поместить на орбиту спутника трехметровый телескоп будет значительно дороже, чем однометровый. Стоят ли дополнительных вложений данные, которые будут получены с помощью большего телескопа? Подход, принятый в нормальной науке, очень мало, таким образом, прибавит к нашим представлениям о том, что лучше сделать.

Беседы исследовательской группы компании «Дуглас» со своими консультантами показали, что многие астрономы имеют относительно узкие области интересов в своей науке. Например, астроном, специализирующийся на изучении Солнца, может в настоящее время интенсивно интересоваться явлениями в солнечной короне, но относительно мало знать о планетарной или галактической астрономии. Понятно, что предложенные ими программы исследований были бы тесно связаны с их нынешними интересами и по большей части опирались бы на инструменты, создание которых они считают возможным. Эти обсуждения привели нас к построению нашей первой «модели исследований», показанной на рис. 24. Структура ее представляет собой дерево целей. Такой подход к прйнятию обобщенных решений был предложен Черчменом, Акофом и Арнофом в области производства[36]. При его применении к астрономии вся эта научная дисциплина была разбита на части, согласно астрономическим объектам, которыми интересовались консультанты данной работы; затем эти объекты были в свою очередь разделены по топографическому принципу. Для каждого подразделения рассматриваемых объектов были определены явления, представляющие интерес для исследователей, и были сформулированы программы исследования этих явлений.

Линии, соединяющие на графике элементы дерева, показывают иерархическую структуру научной дисциплины. Иными словами, сумма элементов на каждом уровне теоретически должна давать полный объем информации относительно элемента на следующем более высоком уровне, с которым они соединены линиями. Например, на рис. 24 солнечная корона представлена состоящей только из внешней и внутренней частей. Астрономические исследования Солнца, вероятно, будут полными при полном знании его магнитной активности, фотосферы, атмосферы и внутренней части. Очевидно, что подобная структура астрономии вытекает из современных моделей этой дисциплины и персональных представлений их авторов.

Рис. 2 4. Подход, ориентированный на объекты исследования

Этот первый подход с использованием дерева целей, основанного на объектах, был отвергнут в силу того, что в нем не были установлены критерии для оценки порядка важности отдельных подразделений дисциплины. Оно оказалось очень чувствительным к личным взглядам ученых, которые построили его, и вероятно, изменилось бы при изменении интересов астрономов.

В области неточных наук допустимо экспертное суждение[37]. Исследовательская группа считала, что важные сведения относительно целей научных исследований в астрономии можно получить путем сбора мнений консультантов-астронбмов, касающихся «животрепещущих проблем» астрономии. Если бы можно было установить эти проблемы при относительно высокой степени согласия между консультантами, то, вероятно, программы научных исследований можно было бы ориентировать на их разрешение. С помощью неофициальных опросов шести консультантов было определено 11 современных проблем астрономии, по которым было достигнуто согласие между экспертами:

Эволюция солнечной системы; Эволюция галактик; Происхождение космических лучей; Происхождение источников радиоизлучения; Природа внегалактических объектов; Природа источников рентгеновского излучения; Расширение наблюдений в ультрафиолетовом диапазоне; Первоначальная эволюция квазаров; Природа межзвездной среды; Установление шкал космических расстояний;

И. Происхождение источников гамма-излучения.

Ожидалось, что для сбора мнений экспертов можно было бы использовать метод, сходный с методом Делфи1. Но здесь этот подход, так хорошо зарекомендовавший себя в других областях, включающих научно-техническое прогнозирование, не был применен. Решение вопросов относительно порядка очередности решения критических проблем и оптимального типа программ научных исследований, требующихся для этого, еще можно было поручить консультантам. Однако исследовательская группа не была готова быть посредником между учеными, придерживающимися различных точек зрения, как это делается в промышленных корпорациях, занимающихся системным анализом.

Третий подход, принятый при попытке определить приемлемый план исследований, был сходен с морфологическим методом Цвики[38]. Суть этого метода состоит в графическом изображении доступных вариантов выбора научной дисциплины для «систематического рассмотрения перспектив всех возможных решений крупномасштабной проблемы».

Полное применение морфологического подхода к научной дисциплине состояло бы в перечислении всех возможных экспериментов и в «фильтрации» их для выявления таких задач, которые либо можно выполнить при современном уровне науки и техники, либо следует запланировать на будущее, в предвидении определенных достижений в области технических возможностей. Очевидно, что, если выполнять эту работу с достаточной полнотой, она будет весьма обширной и трудоемкой.

При исследовании астрономии этот метод был использован для построения нескольких трехмерных матриц, измерения которых относились к небесным телам, частям электромагнитного спектра, отдельным важным параметрам, таким, как угловая разрешающая способность или апертура телескопа. На рис. 25 приведен пример одной из таких матриц. В каждой клетке матрицы представлен потенциальный ряд измерений. Некоторые из этих клеток можно элиминировать, так как соответствующие наблюдения возможно и легче производить с Земли. Другие пересечения относятся к пока еще бессмысленным вопросам, как, например, измерение гамма-излучения планет. Следующая группа пересечений относится к измерениям, техническим задачам и требуемым наблюдениям, которые пока невыполнимы, как, например, измерения с высокой угловой разрешающей способностью энергии радиоизлучения галактик в очень низкочастотной области спектра. Такой морфологический подход оказался полезным для выявления интересных возможностей исследований в космосе. Он дал исследовательской группе возможность задавать существенные вопросы и привел к немедленному диалогу, в ходе которого было определено некоторое допустимое поле деятельности для данной научной дисциплины.

Но такой подход, так же как и ранее указанные методы, оказался неспособным соотнести отдельные эксперименты с реальными кризисами астрономии (в понимании Куна). В сущности, применение этих методов анализа привело только к систематической каталогизации потенциальных экспериментов и наблюдений при слабости связующей их структуры, предназначенной для характеристики логических взаимосвязей между экспериментами. Эта недостающая инфраструктура представляла бы связи между теориями, гипотезами, моделями данной научной дисциплины и программами экспериментов, вытекающими из этих идей.

Если изложить те же соображения другим образом, то сама по себе каталогизация данных, даже если она и представляет собой необходимый предварительный этап в научном поиске, вероятно, недостаточна для определения надлежащего направления научных исследований. Так, например, к 1880 г. Сеччи изучил спектры более чем 4000 звезд, а к началу XX в. существовали уже многочисленные каталоги и списки звездных объектов. Однако до тех пор, пока не были предприняты попытки организовать эти данные, изобразив графически зависимость спектрального типа от звездной величины, не было установленной базы для систематизации данных в виде, который мог бы помочь обнаружить внутренние особенности звезд. В начале 900-х годов, задавшись основным вопросом относительно взаимосвязи звездных величин (яркости) и спектральных типов (температуры), Херцшпрунг и Рассел независимо друг от друга открыли средство систематизации данных, с помощью которого можно было изучить теоретическое их значение. Так называемая диаграмма Херцшпрунга — Рассела, показанная на рис. 26, оказала огромное влияние на систематизацию прежде не связанных данных, а также на космологическую теорию. Пример с диаграммой Херцшпрунга — Рассела показывает, что одной классификации данных далеко не достаточно для открытия взаимосвязей между явлениями. По-настоя- щему интересные и значительные работы появляются тогда, когда формулируются вопросы относительно взаимосвязей, а также сходств и различий.

В соответствии с этим группа изучила четвертый подход, заключающийся в исследовании взаимосвязи между идеями, неявно проверяемыми в научной дисциплине, экспериментами, которых' они требуют, и совокупностью каталогизированных возможных экспериментов, вытекающих из «нормальных» научных наблюдений. Научная дисциплина рассматривается в виде дерева целей, имеющего две главные ветви: теоретическую и экспериментальную. Теорети-

ческая ветвь содержит формулировки парадигм данной дисциплины, а также их исправления и уточнения по мере поступления новых данных из экспериментов. Экспериментальная ветвь содержит множество потенциально выполнимых экспериментов в пределах, определенных точками зрения, которых придерживаются в настоящее время в данной области науки. Очевидно, между этими элементами существует адаптивная обратная связь, при которой новые или неожиданные экспериментальные данные вызывают пересмотр теории, а измененные теории открывают новые области для экспериментов. Это показано на рис. 27.

Мы приложили данную модель к астрономии, дав следующие названия теоретическим аспектам построения моделей: определение происхождения и будущего Вселенной (эволюции) и установление принципов изменений во Вселенной (законов). Экспериментальная ветвь была названа наблюдением за нынешним состоянием Вселенной. Эта классификация послужила верхним уровнем нашей схемы дерева целей и была применена в виде, показанном на рис. 28.

Эти три категории представляют три исходных пункта для данной научной дисциплины. Вместе взятые, они полностью описывают нынешний уровень знаний в данной области и могут быть расширены, чтобы включить новую информацию по мере ее накопления. Классификация по указанным трем исходным пунктам согласуется с современными разделами астрономии: космология и космогония, наблюдательная астрономия и астрофизика. Указанное подразделение на эволюцию, состояние и упорядбчивающие законы, очевидно, широко применимо при структурных расчленениях в виде дерева целей и многих других научных дисциплин.

Рис. 2 8. Целевой подход, ориентирующийся на потребителя, для астрономии и астрофизики 1 — цель космической астрономии для человечества состоит в достижении лучшего понимания Вселенной — ее прошлого, настоящего и будущего — с помощью восприятия на расстоянии внеземных объектов и событий; 2 — каково происхождение, эволюция и будущее Вселенной? 3 — каковы современные характеристики Вселенной? 4 — каковы принципы порядка во Вселенной (т. е. основополагающие физические законы и степень их всеобщей применимости)?

Чтобы перейти от этих вопросов высшего уровня к формулировке заданий для исследовательских программ, было необходимо составить логические схемы рассуждений, специфические для теоретической и экспериментальной областей. Как выше указывалось, ветвь состояния (экспериментальная) включает постановку относительно полного множества потенциально осуществимых заданий на наблюдения и эксперименты в рамках ныне принятых астрономических моделей. Для экспериментов, разработанных в данном исследовании, предполагалось, например, следующее: Взаимопревращаемость вещества и энергии. Способность приписывать всем телам во Вселенной свойства местоположения, размера, формы, массы и энергии. Возможность получать астрономические данные с помощью современной техники или когда-либо в будущем — посредством восприятия электромагнитной энергии и отдаленных полей. Расчленение Вселенной, которое включает Вселенную в целом, межгалактическую материю, галактики, межзвездную материю, звездные тела, планетные системы, спутники, межпланетную материю.

Пример схемы логических связей для данного случая доказан на рис. 29. На самом низком уровне схемы выявлено около 3000 потенциальных заданий на измерения. Полученные цели для научных исследований в их связи с «нормальной наукой» Куна, как правило, касались увеличения точности измерения астрономических постоянных, сравнения результатов наблюдений с результатами прогнозов, вытекающих из действующих парадигм данной научной дисциплины, уточнения и прояснения парадигм данной дисциплины. Сформулированные на основе данного структурного расчленения задания на измерения обычно включали описание следующего:

интересующего объекта;

характера желаемых данных;

интересующей области спектра;

характеристик источника (оценки размера, расстояния, мощности);

специальных характеристик (эпохи, периода и т. д.).

Теоретические ветви (происхождение и эволюция Вселенной, законы изменения) требовали построения иной схемы логических рас- суждений. Здесь задача уточнения действующих теорий заменялась задачей формулировки выводов из теории и, далее, задачей разработки решающей проверки теории. На рис. 30 представлена упрощенная иллюстративная схема хода рассуждений. Если эту структурную схему сделать полной, то в ней будут перечислены все проверяемые в данной научной дисциплине теории, а также решающие испытания, которые установят превосходство этих теорий над конкурирующими с ними концепциями. В исследовании НАСА было оценено, что можно выделить 1000 решающих проверок.

Бунге предложил ряд признаков, которыми должна обладать добротная физическая теория[39]. Он выдвигает требование внутренней

Рис. 2 9. Выборочные подцели, включающие современные характеристики частей Вселенной

и внешней непротиворечивости теории, т. е. требует, чтобы теории были свободны от противоречий и в значительной степени совместимы с массой ранее накопленных фактов. Входные данные, на которых основывается теория, должны характеризоваться единством их отношения, т. е. должны относиться к объектам, а не к другим концепциям. Желательное свойство теории заключается в ее концептуальной согласованности, что означает ее логическую связь с основными понятиями, из которых она предположительно черпает свою силу. Мы надеемся, что теории и модели, вошедшие в ходе данного исследования в две теоретические ветви, удовлетворяли указанным критериям.

Итак, дерево целей ддя астрономических исследований состояло из двух ветвей, в которых были сформулированы теоретические основы дисциплины и прослежена логическая связь теории с ее следствиями и решающей проверкой, и экспериментальной ветви, в которой давался перечень потенциальных заданий на измерения, производимые в ходе наблюдений и экспериментов, и допустимых общепринятыми парадигмами дисциплин.

Имея дерево целей, построенное до указанного уровня, исследователи оказались в положении, давшем им возможность вести поиск стратегии определения порядка очередности среди предложенных альтернативных программ научных исследований. Они обнаружили, что подобная структура, сделавшая очевидными модели дисциплины и область, открытую для научных исследований, может быть также в некоторой степени использована для оценки относительной важности и срочности потребностей в проведении программ наблюдений и экспериментов, исходя из предположения о том, что приобретение научных знаний, получаемых в результате программы наблюдений и экспериментов, есть правильная мера ее подлинной ценности. Исследование, оказавшееся как осуществимым (в ветви состояния), так и решающим (в теоретических ветвях), считалось более важным, чем исследование, отвечающее только одному из указанных критериев. Чем большее число критических проблем может быть исследовано с помощью данного задания на измерения, тем более настоятельным оно считалось. Кроме того, было сравнительно легко отличить те задания на измерения, приведенные в ветви состояний, которым следовало предоставить первоочередность, потому что оно дало бы данные в новых областях электромагнитного спектра, открытых для наблюдений с орбиты, а не с Земли. И наконец, определенные потенциальные задания на измерения оказались зависимыми от времени или последовательности их выполнения; иными словами, их следовало производить либо в определенные астрономические эпохи, либо до или после других экспериментов. В период особой важности этих измерений им должно быть придано первенствующее значение. При данном структурном подходе назначение порядка очередности может, таким образом, исходить из осуществимости, потенциального содействия построению моделей, зависимости от астрономической эпохи и уникальности возможностей измерения, предоставляемых

положением обсерватории на орбите в космосе. Каждому из этих критериев можно приписать вес, и задания на измерения сравнивать, исходя из совокупной оценки их важности. Можно использовать и другие стратегии: например, ввести стоимостной параметр, если он окажется важным для плановиков, в результате чего измерения можно сравнивать на основе оценки их важности, приходящейся на единицу затрат. Возможно, в определение показателей относительной ценности можно включить наличие компетентных и заинтересованных научных организаторов того или иного исследования. Доктор А. Вильсон из лабрраторий корпорации «Дуглас» предположил, что порядок очередности может быть основан на парадоксе: измерение, которое обладает максимальной возможностью разбить теорию в пух и прах, следует ценить более высоко, чем измерение с меньшими подобными возможностями. Независимо от конкретного механизма совершенно ясно, что в данный момент может быть определена стратегия планирования, причем больше на основе объективного анализа, чем просто субъективного суждения. Ясно, однако, что для такого анализа не все предписания или формулы могут быть выработаны; для определения основополагающих правил назначения порядка очередности проведения исследований требуется и субъективное суждение.

Для определения наилучших альтернативных способов выполнения заданий на измерения можно воспользоваться также методами системного анализа. Например, предположим, что весьма важное задание на измерения было сформулировано следующим образом: определение наблюдаемого углового диаметра отдаленных галактик в видимой части спектра. Как наилучшим образом можно произвести данное измерение? Аналитики провели опыты с двумя методиками. Первая состояла в применении системы согласования мнений, по которой научных консультантов просили назвать ограничивающие требования к экспериментам, такие, как необходимая угловая разрешающая способность, степень увеличения, пределы контроля за положением и т. п., соответствующие заданию на измерение. Другой подход был более строгим и заключался в систематическом изучении альтернативных методов измерения. Например, на рис. 31 показана зависимость между угловым диаметром и расстоянием для космических объектов различных размеров. Затененная область на рисунке показывает возможности 200-дюймового телескопа Хейла. Его угловая разрешающая способность ограничена яркостью источника света. Тогда незатененная часть изображает приемлемую область, в которой космические измерения дадут данные, недоступные при наблюдениях с Земли, проводимых при помощи современных инструментов. Линия на графике, обозначающая зависимость углового диаметра от расстояния до объектов с диаметрами, приближающимися к оцененным размерам галактик, показывает область желательных требований к измерению, приведенному в данном примере. Но одной этой информации недостаточно для определения области использования приемлемых космических инструментов. На рис. 32

показано, что угловая разрешающая способность космических телескопов однозначно связана с диаметром инструмента с ограниченной дифракцией. Таким образом, для определения наблюдаемого углового диаметра отдаленных галактик в видимом спектре требуется телескоп, имеющий угловую разрешающую способность менее половины дуговой секунды. Если можно достичь 0,2 дуговой сек., то это совместимо с выбором телескопа диаметром в 15 дм. С помощью такого анализа можно выбрать фокусное расстояние и чувствительность воспринимающего элемента.

Подобные оценки можно сделать для всей совокупности желательных заданий на измерения и для соответствующих инструментов, рассматриваемых в качестве одной группы. Например, на рис. 33 показан процент удовлетворенных требований к измерениям по мере отбора для орбитальной программы телескопов со все большим диаметром. Имея под рукой такие данные, можно провести анализ затрат для определения расходов на получение различной доли нужных данных.

о Апертура,неодходимая для разрешения ©Апертура,необходимая для потока

Рис. 3 3. Наблюдения за планетами и звездами

В итоге при изучении объектов астрономических исследований было найдено, что надлежащим образом построенное дерево показателей относительной важности может обеспечить следующее:

метод выявления путей, какими отдельное исследование вносит вклад в достижение целей научной дисциплины;

средства графического воспроизведения допущений и взаимосвязей, а также действующих моделей и теорий, используемых и проверяемых теорией в данной научной дисциплине;

основу для объективной оценки порядка очередности проведения исследований с минимальными искажениями;

средства открытия научно-исследовательских начинаний, которые, вероятно, важны, но не предприняты в настоящее время;

учебное пособие, которое сводит воедино современные точки зрения, направления и интересы в научной дисциплине и у занимающихся ею;

схему для сравнения альтернативных крупномасштабных программ, включающих множество проектов научных исследований, а также для проверки их чувствительности к различным условиям эксперимента.

Этот подход в некоторой степени представляет собой попытку вернуться к философии природы, в которой значимость отдельного действия можно связать с целями дисциплины в целом. Это отступление от «пулеметного» подхода типа «один эксперимент за другим», при котором основные принципы теряются в технических приемах

и,              как полагают, заменяют порядок посредством метода, который в микрокосме является имитацией самого научного метода.

Модель научной дисциплины, которую представляет конечное дерево показателей относительной важности, без сомнения, неточна

и неполна. Она будет изменяться при выдвижении новых моделей и сборе новых данных. Данная формулировка опирается в значительной мере на осознание наукой своей миссии и не обязательно представляет природу. Как мы знаем из исследования организации и истории науки, это восприятие часто ошибочно. Поэтому мы можем ожидать, что схема с течением времени изменится. Возможно, было бы желательно найти способы сделать схему самообучающейся, но исследовательская группа оказалась не в состоянии представить себе систематический способ выполнения подобного частого периодического обновления. Если бы можно было сконструировать такую систему, то самообучение почти обязательно увеличило бы изоморфное сходство между схематическим изображением природы и самой природой.

Ранее указывалось, что мы пытались применить анализ данного рода к другим научным дисциплинам. Довольно детально были изучены океанография, метеорология и сельскохозяйственная наука, менее полный набросок был сделан для физики. Хотя каждый из этих случаев имел свои особенности, была признана полезной методическая схема, описанная в применении к астрономии. В случае океанографии, например, главным вопросом оказалось приобретение таких знаний, чтобы человек мог оптимад^но использовать океаны и их берега, понять историю их развития и предсказать их будущее. «Познавательная» часть вопроса привела к структуре, близко соответствующей логическому ходу рассуждений в астрономии; в нее входило рассмотрение эволюции океанов, измерение современного состояния океанов и анализ законов, по которым океаны изменяются. «Практическая» часть главной цели внесла новый элемент, но не было аналога «использованию» Вселенной, которое рассматривалось при изучении астрономии. Эта часть цели вызвала дополнительные вопросы. Каковы нынешняя и потенциальная польза от океанов для человека? Каково влияние океанов на человека? Эти вопросы в свою очередь расчленялись, й была получена совокупность измерений, необходимых для построения океанографических прогнозных моделей, подобных теории определения местонахождения рыбы путем наблюдения определенных свойств поверхностных слоев океана, таких, как температура, течение, соленость, содержание фитопланктона и т. д. Важность этих измерений можно было бы сформулировать на языке экономической ценности, если действительно можно предсказать местонахождение рыбы, а затем ожидаемый доход можно было бы оценить относительно затрат на выполнение измерений, необходимых для установления парадигмы. Можно было бы также применить критерий оценки важности, описанный выше для астрономии. Часть анализа данной научной дисциплины показана на рис. 34.

Обследовав методы научно-технического прогнозирования, находящиеся в употреблении в наши дни, Эрих Янч сообщил о растущем— по крайней мере среди специалистов по анализу систем— ощущении необходимости и возможности изучения организации на

1.0 — цели океанографии заключаются в приобретении знаний, с тем чтобы человек мог осуществить оптимальное использование океанов и их берегов, понять историю их развития для предсказания их будущего; 1.1 —в чем состоит нынешняя и потенциальная польза океанов для человека? 1.2 — как можно умножить понимание человеком океанов, истории их развития, нх физических и биологических процессов? 1.3 — как океаны влияют на человека? 1.3.1 — как океаны влияют на погоду ¦ климат? 1.3.2 — как океаны влияют - на общую глобальную динамику? 1.3.3 — как океаны влияют на геоморфологические особенности береговых зон? 1.3.4 — как океаны влиют на флору и фауну? 2.0 — цели метеорологии заключаются в понимании современного состояния и процессов образования и изменения атмосферных явлений, дающем возможность нх эффективного использования и в конечном счете управления ими; 2.1 — в чем состоит нынешняя и потенциальная польза атмосферы для человека? 2.2 — как можно умножить понимание человеком атмосферы, ее процессов, истории развития и будущего состояния? 2.3 — как можно наблюдать, предсказывать и управлять атмосферными процессами и явлениями, которые воздействуют на человека?

учных исследований[40]. Физик Деннис Габор предложил «провести тщательное изучение всех физических методов, которые не применялись в исследованиях рака». Броновский предложил проанализировать важные задачи биологии для определения первоочередных научных исследований. Профессор Бертон Дин из организации «Кейс вестерн ризерв» разработал модель для ранжирования по важности проектов научных исследований и разработок[41].

Авторам представляется, что исследование проблем старения могло бы оказаться особенно подходящим для систематических подходов. В современные конкурирующие теории входит решение следующих проблем: калыщфилаксис, рост чувствительности организма к кальцию; молекулярные поперечные связи в клеточных белках; автоиммунизация, вызванная химическими и мутационными процессами. Все эти вопросы можно было бы проанализировать для выявления последствий их разрешения и решающих испытаний. Последние в свою очередь можно было бы сравнить с возможными измерениями состояния, для того чтобы оценить их важность для научных исследований и, возможно, для государственного финансирования. И вовсе не является невозможным появление в данном анализе новых направлений исследований, которые не проводятся в настоящее время.

Авторы считают, что планирование научных исследований может помочь ученому по-новому понять процесс определения полезности работы в рамках его научной дисциплины. Вместо того чтобы пытаться сделать выбор между «плановыми исследованиями» и «свободной наукой», планирование следует считать орудием принятия решений, которое может с выгодой для себя использовать сам ученый. Для государственного плановика, на которого возложена ответственность за понимание, первоначальную организацию и поддержку многообещающих научных работ, эти методы оправдают надежды на связи, которые позволят ему более тесно координировать свою деятельность с тем коллективом, которому он служит.