Wszystkie technologie podlegają procesowi tworzenia odpowiadających im nauk i wszystkie nauki podlegają procesowi tworzenia odpowiadających im technologii.

Powiązania między nauką a techniką Cz. 1

Jan Kozłowski

Aż do XIX w. powiązania pomiędzy nauką a techniką były niesystematyczne i niezorganizowane, chociaż ich znaczenie uświadomiono sobie bardzo wcześnie (Robert Boyle, Usefulness of Natural Philosophy, 1664). Już jednak od średniowiecza, całe stulecia przed rewolucją naukową, wyjątkowo i sporadycznie zdarzały się bezpośrednie „przerzuty” nauki do technologii. Taki charakter miało np. wynalezienie: soczewek, oparte na wiedzy teoretycznej i doświadczeniach optycznych (koniec XIII w.), barometru (1643, Evangelista Torricelli, oparte na badaniach próżni), pompy próżniowej (Otto von Guericke, 1645, na podstawie badań Toricellego) czy też zegara wahadłowego (Christiaan Huygens, ok. 1657 r., dzięki zastosowaniu prawa ruchu wahadłowego Galileusza).

Przed połową XIX w. w praktykach gospodarczych większą rolę odgrywał know−how, a mniejszą rozumienie. Źródłem innowacji była przede wszystkim metoda prób i błędów, przypadek, łut szczęścia, instynkt i intuicja. Wiedza praktyczna była niesystematyczna i nieformalna, często niekodyfikowana, transmitowana pionowo od mistrza do ucznia lub poziomo, pomiędzy rzemieślnikami. Producenci piwa czy wina nie znali zasad fermentacji. Wąskie podstawy poznawcze rzadko prowadziły do strumienia rozszerzeń, udoskonaleń, nowych zastosowań. Techniki metalurgii, druku, budowy młynów i statków, rozwijające się szybko w XVI i I poł. XVII w., ustabilizowały się następnie na stulecia, gdy wyczerpała się ich baza poznawcza. Znano maszyny, zanim poznano prawa ruchu; pompy, zanim zdobyto wiedzę o próżni i ciśnieniu atmosferycznym; żelazo i stal, zanim ustalono ich skład chemiczny. Było to, jak obrazowo pisze Mokyr, „kopalnictwo bez geologii, siła wodna bez hydrauliki, praktyka lekarska bez mikrobiologii i immunologii” itd. Maszyna parowa (XVIII w.) to ilustracja technologii antycypującej naukę. Praktyka była stosunkowo prosta i zrozumiała i można było nauczyć się jej na drodze doświadczenia.

Wpływu wiedzy teoretycznej na rozwój technologii oraz nowych praktyk gospodarczych, społecznych i politycznych nie można jednak mierzyć przez bezpośrednie zastosowania idei naukowych do innowacji.

Odrodzenie i XVII wiek

Aż do XVI w. głównym źródłem informacji zarówno o człowieku, jak i naturze była lektura książek, a obserwacja rzeczywistości zyskiwała uznanie bardzo powoli. Świat uczonych i świat praktyków były oddzielone od siebie – społecznie i intelektualnie – nieprzekraczalnymi barierami. Kultura uczonych oraz kultura techników, artystów i rzemieślników istniały obok siebie.

I polski arystokrata, i angielski dżentelmen epoki wiktoriańskiej kładli nacisk na różnice między sferami episteme i techne, by w ten sposób zaznaczyć przepaść dzielącą ich samych, ludzi idei i intelektu, od ludzi pracy, murarzy, handlarzy, rzemieślników.

Przepaść między tymi sferami przełamali po raz pierwszy ludzie odrodzenia, tworząc powiązania pomiędzy światem wiedzy naukowej oraz praktyki i techniki w budownictwie, medycynie, górnictwie czy sztuce artystycznej. Już w XV wieku włoskie warsztaty malarzy były nieraz jednocześnie pracowniami, w których studiowano anatomię i optykę oraz geometrię perspektywy. Dzieła techniczne powstałe w tym i w następnych wiekach nie pojawiłyby się bez rozmów i podpatrywania pracy górników, architektów, budowniczych fortyfikacji, konstruktorów statków oraz żeglarzy. W XVI i XVII wieku wielu miłośników przyrody, jak Aldrovandi, sięgało w sposób systematyczny do doświadczenia rybaków, myśliwych, sokolników, łowców ptaków, zbieraczy runa leśnego, rolników, ogrodników, młynarzy, piekarzy, piwowarów, producentów nabiału, zielarzy i aptekarzy. William Gilbert, lekarz królowej Elżbiety, autor pierwszej książki naukowej opartej całkowicie na obserwacjach i eksperymentach (De Magneto, 1600), czerpał metody naukowe z doświadczeń hutników, górników, nawigatorów, z którymi utrzymywał kontakty.

Kolejnym ważnym polem współdziałania stała się konstrukcja nowych i doskonalenie istniejących instrumentów naukowych. Najlepsi konstruktorzy przyrządów żeglarskich i astronomicznych (kompas, astrolabium, kwadrant, deklinometr i inklinometr) utrzymywali kontakty z astronomami, lekarzami i humanistami. Od XVII w. współpracowali ze sobą rzemieślnicy zgłębiający arkana (choćby elementarnej) matematyki z uczonymi poznającymi tajniki produkcyjne.

Według Roberta Mertona 40−60 proc. odkryć naukowych dokonanych w XVII w. miało swoje korzenie w próbie rozwiązania kwestii praktycznych, żeglugi, górnictwa, farmacji itd. Odkrycia te miały u swoich podstaw wcześniejsze kontakty ludzi wiedzy z ludźmi praktyki oraz były oparte na konwersji wiedzy praktycznej (często o charakterze pozasłownym lub znanej tylko wąskim kręgom wtajemniczonych) na język wiedzy teoretycznej. Bez tego wielkiego transferu i konwersji wiedzy – od zawodowego i często pozasłownego know−how do ścisłości zmatematyzowanych rozpraw – nie byłoby siedemnastowiecznej rewolucji naukowej, której istotą był stały dialog pomiędzy opartą na matematyce teorią oraz opartymi na pomiarze doświadczeniami.

Jak zauważył jeden z pisarzy arabskich w IX w., starożytnych Greków cechowało zainteresowanie teorią połączone z brakiem zainteresowania praktyką, a Chińczyków – odwrotnie, zainteresowania sprawami praktycznymi, które szło w parze z lekceważeniem wiedzy teoretycznej. Podkreśla się nieraz, że to połączenie techniki z wiedzą naukową, wiedzy „jak” i wiedzy „dlaczego”, stało się jednym ze źródeł tzw. cudu europejskiego.

Leibniz pisał, że gdyby Galileusz nie prowadził rozmów z budowniczymi wodociągów i nie dowiedział się od nich, że pompy, która zasysa wodę, nie można podnieść wyżej niż na wysokość 30 stóp, nie poznałby sekretu ciężaru powietrza, maszyny próżniowej i barometru. Harvey nie wpadłby na pomysł obiegu krwi, gdyby nie badał przewiązek, którymi chirurdzy podwiązywali żyły. Matematyka była narzędziem, które zarówno wzmocniło rolę doświadczenia (gromadzenie i opracowywanie danych empirycznych), jak i teorii (modele matematyczne).

Dziedziną, która w czasach nowożytnych, aż do II poł. XX w., pełniła szczególną pozycję w nauce i technice, była mechanika. Stała się ona idealną formą zarówno dla rozwoju techniki w jej wcześniejszej fazie, jak i fuzji techniki z nauką oraz stosowania abstrakcyjnych formuł do szczegółowych obserwacji. Urządzenia mechaniczne (najczęściej drewniane) dawały szczególnie wiele możliwości rekombinacji z innymi technologiami. Ponadto mechanika dała początek matematyzacji nauki, gdyż procesy mechaniczne stosunkowo łatwo poddawały się pomiarowi. Carlo Cippola podkreśla, że czynnikiem, który popchnął Europę ku mechanice i rozwiązaniom mechanicznym, było „mechaniczne spojrzenie na świat”, które rozwijało się i wzmacniało w miarę konstrukcji nowych maszyn, ich upowszechnienia, znajdowania coraz to nowych zastosowań i doskonalenia. Maszyna stała się ulubioną metaforą i wzorcem nowoczesności, a jej wpływ sięgał filozofii (wszechświat i ciało jako maszyna, a Bóg jako zegarmistrz). W okresie rewolucji przemysłowej mechanika była czołową gałęzią wiedzy i rodzajem wzorca oraz prototypu dla innych dziedzin. Sama rewolucja przemysłowa stała się „kołem zamachowym” mechanizacji świata. Przemysł maszynowy miał wówczas szczególne znaczenie zarówno dla rozwiązywania problemów technicznych, jak i dla aplikacji nowych technik i umiejętności, tak do wszystkich branż, które korzystały z maszyn, jak i do coraz to nowych dziedzin życia.

Rola Oświecenia

Fakt, że oświecenie bywa określane jako brakujące ogniwo pomiędzy rewolucją naukową a przemysłową (Joel Mokyr), bierze się nie tylko ze wzrostu upowszechnienia i dostępności wiedzy naukowej, ale powstania dwukierunkowego sprzężenia pomiędzy wiedzą naukową a technologiczną. Sprzężenie to stało się możliwe dzięki przemianom nauki w XVII w. W następnym stuleciu stało się ono podstawą tzw. drugiej rewolucji przemysłowej oraz fundamentem dzisiejszego świata.

W odniesieniu do wiedzy technicznej ideą oświecenia było rozszerzenie dostępu do wiedzy poprzez przegląd i opis praktyk rzemieślniczych oraz upowszechnianie tych najlepszych, ustalenie poznawczej bazy technik (poszukiwanie skończonej liczby zasad rządzących nieskończoną różnorodnością technik) oraz rozwijanie powiązań pomiędzy uczonymi a technikami.

Metoda naukowa oferowała technice precyzyjny pomiar, kontrolowany eksperyment oraz nacisk na powtarzalność. Półtora wieku przed rewolucją przemysłową język i kultura wiedzy technologicznej radykalnie się zmieniły.

W połowie XVIII w. uruchomiono pierwsze uczelnie techniczne (École des Ponts et Chaussčes, 1747, École du genie militaire, 1748). Przejście z łaciny na języki narodowe, matematyzacja wiedzy naukowej (ułatwiająca jej standaryzację) oraz kodyfikacja wiedzy technologicznej ułatwiały ich upowszechnienie oraz wzajemne przepływy między światem nauki a światem techniki. Technologie intelektualne, jak: symbole matematyczne, standaryzacja miar i skal, ulepszone tabele, diagramy i ilustracje ułatwiały zapis i transmisję wiedzy technicznej. Oświecenie nie tylko opisywało technologie (robiono to i przedtem, choć nie na taką skalę), ale także pytało, dlaczego one działają. Na pytania te odpowiadali badacze, inżynierowie, chemicy, lekarze, farmerzy, a odpowiedzi poszerzały podstawy poznawcze technologii, nawet jeśli z dzisiejszego punktu widzenia nie były prawidłowe. Zmniejszenie kosztu dostępu do wiedzy technicznej przyspieszało wynalazczość i dyfuzję innowacji. Z wiedzy głównie sekretnej, nabywanej przez podpatrywanie i przekazywanej z ust do ust, wiedza techniczna stawała się coraz bardziej kodyfikowana i publiczna.

Wiele innowacji technologicznych przed XIX w. miało źródło nie tyle w badaniach naukowych, co właśnie w „szarej strefie” powiązań pomiędzy nauką a techniką, „na styku” obu dziedzin, głównie przez wpływ, jaki na inżynierów, techników i rzemieślników miała szkoła oraz rozwijane później zainteresowania i kontakty naukowe, m.in. w ramach stowarzyszeń.

Wpływ metod i technik naukowych na rozwój techniki (czy nawet szerzej, postaw i kultury technicznej) nasilił się w II poł. XVIII w., równolegle z rozszerzeniem miejsca poświęconego nowożytnej nauce w programach szkolnych, z demokratyzacją wiedzy, ze wzrostem liczby nagród i konkursów na rozwiązanie pewnych ważnych problemów społecznych, falą zakładania stowarzyszeń mających na celu poprawę i ulepszenie różnych dziedzin życia oraz z programowym upowszechnianiem wiedzy technicznej (Wielka Encyklopedia Francuska, od 1752, zawierająca tysiące szczegółowych plansz i artykułów, a także wiele ogólnych encyklopedii technicznych, m.in. Barlowa, Renniego, Fairbairna). Wpływ ten obejmował np. dokładny pomiar, kontrolowany eksperyment, nacisk na powtarzalność (reproductibility), sporządzanie sprawozdań naukowych i technicznych opartych na ustalonych schematach i terminologii itd. Np. w latach 1751−53 John Smeaton przeprowadzał doświadczenia nad pionowymi kołami wodnymi, stosując przejętą z badań naukowych metodę różnicowania parametrów (parametr variation).

Szkoły, biblioteki, książki, czasopisma, encyklopedie, stowarzyszenia, odczyty publiczne i podróże po wiedzę stały się od II połowy XVII w., a zwłaszcza od połowy XVIII w., wehikułami popularyzacji nauki poza samym środowiskiem uczonych. Już w XVII w. „Philosophical Transactions” publikowały opisy doświadczeń oraz wynalazków o praktycznych zastosowaniach. Wiele z nich wymyślili uczeni amatorzy nawet w małych miejscowościach. Szczególną rolę w powiązaniach nauki ze sferami praktyki odgrywali do XIX w. matematycy. Wnieśli oni wkład do technik nawigacji, pomiaru Ziemi, księgowości, inżynierii cywilnej i wojskowej, aranżacji spektakli teatralnych. W dziedzinie technologii gospodarczych, w tej szarej strefie, tkwią początki energii parowej oraz przemysłu chemicznego (bielenie chlorem, produkcja kwasu siarkowego i sody, destylacja węgla).

Podejście naukowe było znacznie bardziej upowszechnione niż wiedza naukowa. Kwestionowanie autorytetu tradycji, ciekawość, chęć eksperymentowania dla uzyskania odpowiedzi, zasada weryfikacji, obserwacja i doświadczenie, ścisłość osiągana poprzez pomiar, cykl badawczy, wszystko to, jak się dziś podkreśla, miało większe znaczenie dla innowacji technologicznych i społecznych niż postępy wiedzy w kosmologii, mechanice czy fizyce. Ponieważ technologia to manipulacja naturą i układami społecznymi, „odczarowanie świata”, jakiego dokonała nauka, jego podział na niezależne jednostki, możliwe do badania i pomiaru, wiara w możliwość ulepszenia świata przez naukę miały duże znaczenie dla rozwoju technologii.

w wieku pary i elektryczności

Dopiero w XIX w. nauka stała się inicjatorem innowacji technicznych niemożliwych przed podjęciem odpowiednich badań naukowych oraz (od II poł. XIX w.) zaczęła wnosić istotny wkład w rozwój przemysłu. Na przełomie drugiej i trzeciej tercji wieku Charles Babbage (On the economy of machinery and manufactures, 1832) oraz John Rae (Some of some new principles on the subject of political economy, 1834) podnieśli problem gospodarczej roli wiedzy, a w szczególności roli rządu w popieraniu badań i zastosowań ich wyników. Ale nadal zakres wpływu nauki był bardzo ograniczony, a wiele istotnych wynalazków w hutnictwie czy przemyśle tekstylnym „było dziełem ludzi praktyki, ambitnych, przedsiębiorczych, wytrwałych, zdolnych i pomysłowych, lecz pozbawionych wykształcenia naukowego i nie korzystających z pomocy nauki”.

Technologie maszynowe, dominujące w wieku XIX, tylko w niewielkim stopniu zawdzięczały swoje powstanie wiedzy naukowej. Często były one niczym więcej niż ulepszeniem dotychczasowych umiejętności wytwarzania narzędzi.

Taranem torującym drogę powiązaniom nauki z technologiami przemysłu stała się chemia przemysłowa. „Niewyszkolony pracownik może wyobrazić sobie rozmaite kombinacje dźwigni, trybów, bloków i pasów transmisyjnych, skonstruować wyobrażoną uprzednio maszynę, wypróbować ją i w razie potrzeby ulepszyć jej konstrukcję. ‘Tryby’ procesów chemicznych – cząsteczki, atomy i elektrony, jak to dziś pojmujemy – są głęboko ukryte. Niewyszkolony pracownik może tu szukać rozwiązań jedynie powolną metodą prób i błędów. Po to, by chemia przemysłowa mogła dotrzymać kroku szybkiemu rozwojowi techniki mechanicznej, potrzebne były specjalne umiejętności ludzi posiadających wykształcenie w zakresie chemii jako dyscypliny naukowej.”

Początkiem chemii przemysłowej był wynalazek syntetycznego barwnika aniliny, dokonany w Anglii przez Williama Henry’ego Perkina. Wynalazek Perkina (1856, rok później wprowadzony do produkcji) oznaczał narodziny przemysłu barwników syntetycznych. Był to pierwszy przypadek powstania całej gałęzi przemysłu jako bezpośredniego i natychmiastowego skutku odkrycia naukowego. Gdy niedługo potem August von Kekulé ustalił struktury molekuły benzenu (1865), poszukiwania barwników syntetycznych były znacznie łatwiejsze.

Od drugiej połowy XIX w. coraz częściej powstanie nowej technologii (niejednokrotnie przypadkowe) uruchamiało sprzężenie zwrotne z wiedzą abstrakcyjną. Fakt, że technologia działa, stwarzał wyzwania teoretyczne, a rosnąca ilość materiału empirycznego związanego z jej stosowaniem ułatwiała zrozumienie mechanizmu jej działania.

W XIX w. było jeszcze niemal regułą, że powstająca nowa technologia miała w chwili narodzin wąską bazę poznawczą, ale z chwilą jej narodzin badacze przemysłowi i akademiccy natychmiast starali się ją rozszerzyć. Planowo i systematycznie formułowali problemy, przeszukiwali rozwiązania, odwoływali się do wiedzy abstrakcyjnej i rozwijali te jej działy, które (w bliższym i dalszym horyzoncie) mogły pomóc w jej ulepszeniu. Nieraz nowe technologie (np. przyrządy naukowe i techniki laboratoryjne) wprost i bezpośrednio umożliwiały poszerzenie wiedzy abstrakcyjnej.

Od połowy XIX w. zakres, częstotliwość i intensywność wzajemnych sprzężeń pomiędzy wiedzą technologiczną a abstrakcyjną wzrosły, a jednocześnie coraz częściej to nauka zaczęła kierować rozwojem technologii.

Synergia między wiedzą techniczną a abstrakcyjną przybrała z czasem postać samopodtrzymującego się układu, w którym strumień nowych odkryć i ustaleń oraz strumień małych i wielkich usprawnień i wynalazków oddziaływały zwrotnie na siebie. Powodzenie technologii opartych na wiedzy abstrakcyjnej zwiększało zaufanie i poparcie, z jakim odnoszono się do badań naukowych.

Zarówno nauka, jak i technika dojrzewały przez wieki do powstania tego synergicznego układu, zwanego dzisiaj niekiedy technonauką. Wspólnym czynnikiem zbliżenia były praktyki, gospodarcze i społeczne. Technologie, zaczynając od chemicznej, docierały do bariery poziomu złożoności, którego nie sposób było pokonać dzięki wiedzy nawet najbardziej biegłego technicznie i naukowo inżyniera. Powstała potrzeba kodyfikacji problemów technicznych, po to, by wciągnąć do pracy nad ich rozwiązywaniem rosnące rzesze naukowców i inżynierów.

Z drugiej strony nauka, dzięki przemianom, które zaszły głównie od XVII w. (matematyzacja, doświadczenie i eksperyment, techniki badawcze, aparatura, rewolucja empiryczna), doszła do takiego punktu swego rozwoju, w którym mogła zaspokoić to rosnące zapotrzebowanie.

W pewnych dziedzinach badania naukowe zbliżały się do progu przekształcenia w technologię, możliwego do przekroczenia dzięki rozwiniętej infrastrukturze badań stosowanych, inżynierii oraz komercjalizacji. Według opisanego tu schematu po raz pierwszy nastąpiło sprzężenie chemii, technologii chemicznych i przemysłu chemicznego, ale od tego czasu schemat ten, w tej lub innej wersji, powtarzał się wielokrotnie.

Jak podkreśla John Ziman, trudno dziś znaleźć ważną społecznie dziedzinę aktywności, która nie miałaby swojego przedłużenia w nauce, by wspomnieć rolnictwo, architekturę lub inżynierię cywilną. Ale i odwrotnie, trudno znaleźć naukę, której nie zbadano by pod kątem możliwych korzyści praktycznych. W ten sposób wszystkie technologie podlegają procesowi tworzenia odpowiadających im nauk i wszystkie nauki podlegają procesowi tworzenia odpowiadających im technologii. Roli nauki nie da się oddzielić od roli techniki i technologii.

Znacznie rozszerzyły się formy, częstotliwość i kierunki transferu technologii. Transfer „odcieleśnił się”. Do połowy XIX w. najczęściej następował niemal jedynie poprzez fizyczną mobilność rzemieślników i inżynierów, o charakterze migracji motywowanej względami religijnymi, politycznymi lub ekonomicznymi albo też pobudkiami szpiegowskimi. Rękopisy i druki jako nośniki wiedzy technicznej miały niekiedy znaczenie, ale znacznie mniejsze.

Głębsze zrozumienie zjawisk leżących u podstaw technologii (rozszerzanie jej bazy poznawczej) nie było konieczne dla jej eksploatacji, ale dla jej zmiany. Ulepszanie technologii przemysłowych stało się koniecznością wskutek wzrostu siły konkurencji, zarówno pomiędzy przedsiębiorstwami, jak i państwami. Rynek i państwo z wolna przejmowały od entuzjastów, inżynierów i badaczy funkcję stymulatora powiązań nauki i techniki.