Способи розгляду наукового об’єкту

 

Географії в цілому властивий напівінтуїтивний підхід до опису й пояснень своїх об’єктів пізнання. В географічних роботах досить мало уваги приділяється способу отримання знань – його вибору, обґрунтуванню, перевірці доказовості і т.ін. Вважається за краще якомога більш всеохоплююче, повне й виразне описування об’єктів, без препарування об’єкту, предмету, незалежно від мети тощо. Такий підхід, коріння якого в натурфілософії, що намагалася спостереженням, розмірковуванням охопити все суще, називають феноменологічним. Географія – феноменологічна наука. Цим вона відрізняється від аналітичного природознавства, де все поділене за окремими відпрепарованими науковими об’єктами, за предметами, окремими законами тощо. Це дуже важливі риси природознавства – завдяки цьому воно досягло висот, про які йшлося вище – вони відомі будь-якій освіченій людині. Але в такому аналітичному підході є вада: втрачається цілісність пізнання природи.

Географія, як правило, відрізняється від багатьох наук, що поділяють пізнання на суб’єкт і об’єкт. Вони мають назву дуалістичних (або дуплексних), бо без одної складової дуалу інша також вмирає. Географія (крім її прикладних гілок) є холістичною наукою. Це означає, що вона вивчає світ чи його частини безвідносно до спостерігача, будь-якої зацікавленої сторони тощо. Це особливість, котра слугує і достоїнством (наука мусить бути об’єктивним відбиттям світу), і водночас – вадою (бо людей цікавить те, що якимось чином зачіпає їх «за живе», є для них значущим, критичним). Як, наприклад, екологія, що є за своєю природою дуалістичною, або економіка, що є частково такою.

В географії все це затьмарюється досить значними масштабами явищ, що пізнаються, їх неоднорідністю, гетерогенністю, тривалою історією становлення тощо. Напівінтуїтивність має й історичні корені. Адже більша частина Ойкумени описувалася непрофесійними спостерігачами, котрим належали першовідкриття, і тривалим пануванням (у суспільному розумінні) сенсу географії як знання про розміщення будь-чого на земній поверхні, висміяного ще у 18 ст. Д.Фонвізіним.

Досить-таки рідко географічне пояснення спирається на визначений науковий метод.

Ця особливість образно-перцепційного сприйняття об’єкту й відповідного визначення предмету не є ані досягненням, ані вадою науки. Такою вона є – і все. Натомість, в різні часи (навіть протягом одного людського життя) ті чи інші способи формування наукового об’єкту й предмету географії переважали, натомість інші відходили на другий план.

 

Географічні мови

Мова науки. Поняття наукової мови (мови науки) багатогранне. Перш за все, воно стосується вербальної (тобто словесної, бо верба- (лат.) – слово) мови, що використовується у багатьох науках. Якщо мова жива (себто українська, або російська, або англійська, німецька, французька тощо), то користування нею зручне й зрозуміле будь-кому. Натомість, жива мова повсякчасно розвивається, а терміни науки мусять бути більш сталими. Ця обставина вимагає, щоб ключові слова, що використовуються як терміни науки, були свідомо визначені. Ці терміни досить часто настільки ємкі, що для їх тлумачення потрібно декілька сторінок енциклопедії. Отже, якщо терміни означають певні поняття, то їх слід визначати через дефініції. Сукупність таких дефініцій основних понять складають науковий тезаурус. Він, як правило, відображається у тлумачних словниках з певної галузі знань або в універсальних довідниках – каталогах, енциклопедіях тощо.

У наукових колах вважається неприпустимим неправильне слововживання щодо усталених термінів. Вважається також неприпустимим без вагомих підстав надавати термінові нового значення. Натомість, постійно відбуваються уточнення, модифікація термінів, через що виникає їхня багатозначність. Наприклад, термін «екологія» має декілька десятків різних тлумачень, у тому числі протилежних за спрямуванням. Те ж саме стосується терміну ландшафт тощо.

У деяких науках, де вимагається точність оперування термінами, користуються словами й конструкціями, запозиченими з «мертвих» мов. Такими науками є, перш за все, медицина, анатомія, певні розділи біології, систематика рослин та тварин тощо. Частково це спричинене тим, що понятійний їх апарат склався тоді, коли будь-яка наука у Європі користувалася універсальною мовою – латинню, на котрій відбувалося й навчання студентів. Але, поряд із цим, важливим є те, що такі науки зберегли латинську термінологію й нарощували її по мірі появи нових об’єктів свідомо. Лише у такий спосіб, тобто користуючись «мертвою» мовою, можна утриматись від міграції змісту термінів. Досить уявити, що лікар розповідає колегам про стан організму пацієнта живою мовою, щоб зрозуміти, скількох помилок вдалося запобігти завдяки точному вживанню термінів латинською мовою або наукових понять давньогрецькою. І це не лише данина традиції – це нагальна необхідність.

У точних науках намагаються подавати поняття користуючись спеціальною формальною мовою – математичною символікою. Вона виконує, принаймні, дві важливі функції:

- однозначного опису поняття у вигляді відношення інших понять, що вважаються усталеними;

- можливості оперування поняттями (у вигляді математичних конструкцій), що дає змогу отримувати нові знання «на кінчику пера», тобто замінюючи реальні об’єкти їхніми іменами, а співвідношення поміж ними – математичними (логічними) діями.

Ця (друга) риса настільки глибоко включена у нашу свідомість з дитинства, з курсу математики та вправ батьків з дітьми, що її досить часто не помічають. Хоча, інколи виникає думка: а чи дійсно результат, отриманий формальними діями, співпадає з реальністю – і чому саме так? Чому у природі повинні проявляти себе закони формальної логіки? Чому абсолютно формальна дія повинна виражати реальний процес?

Ці питання відносяться до парадигми математики, парадигми фізики, котра взяла на озброєння математичну мову й однозначно нею користується, демонструючи успіхи саме такого способу видобування знань.

У таких «вільних» від жорстких правил науках як географія існує певний безлад. Одні й ті самі терміни можуть означати два чи декілька понять; натомість, одну сутність можна відобразити декількома термінами. Причому, терміни частіше конструюються з коренів слів давньогрецької та латинської мов, хоча комбінуються із структурними елементами іншої природи. Напр., ландшафт є словом з німецької, «самоорганізація» є конструкцією зі слов’янського та латинського слів і т.д. У серйозних тлумачних словниках та енциклопедії подаються складові термінів з поясненням їхнього походження.

Багатозначність вербальної мови не є ані вадою, ані здобутком. Вона незручна через потребу весь час звертатись до контексту (тобто змісту виразу або навіть цілого тексту) і можливість двозначного тлумачення одного й того ж виразу. Водночас, багатозначність надає виразності мові, збільшуючи число можливих понять, відтінків понять тощо, виражених обмеженою кількістю слів. Майстерність багатозначного вживання слів демонструють художні літературні твори. Але і в географічних описах талановитих дослідників природи або людських спільнот така багатозначність теж зачаровує читача, надаючи барвистості й виразності навіть діловому описові Напр., у «Картинах природи» О. Гумбольдта та «Земля и люди» Е. Реклю.

Безсумнівною, на переконання автора, вадою вербального опису є неможливість оперувати з ним для отримання нового знання на формальній основі, тобто застосуванням певних дій те перетворювань висловлювань. Зазвичай, вдаються до застосування логічної, математичної, образно-знакової, картографічної мов.

Для прикладу, будемо аналізувати певний об’єкт за фотознімком. Знімок може бути кольоровим чи чорно-білим, різким чи розпливчастим і т.д. Це приблизно ті епітети, котрими характеризують і літературні описи. Але для того, щоб з ним працювати, такий знімок потрібно певним способом формалізувати: просканувати, перетворивши в числову модель, відфільтрувати тощо. Тоді ми зможемо, за потреби, отримати гістограму відтворення яскравостей, або інші властивості, котрі визначаються однозначно саме у такому, перетвореному форматі.

Отже, і у цьому прикладі, і в інших випадках для того, щоб скористатися описом як складовою дослідження, географові слід застосовувати, поряд з вербальною, формалізовані мови. Цей перехід називають формалізацією, бо він означає заміну живої мови - мовою формальною, найчастіше штучною. Цей перехід завжди збіднює опис. Натомість:

- він позбавляє багатозначності;

- дає можливість надалі оперувати з формалізованими об’єктами, відповідним чином визначеними властивостями користуючись формальними правилами - математичними діями, логічними умовиводами, іншою атрибутикою точних знань – і отримувати нове знання шляхом таких дій! Вдумайтесь у цю перспективу! Фізика набула могутності завдяки диференційному й інтегральному численням, теорія стрільб у артилерії – завдяки застосуванню теорії ймовірностей, генетика – завдяки теорії графів і математичній логіці і т.п. Отже, далі черга за географією.

Географічні мови. Відомі приклади глибокої формалізації у отримання знання за правилами логіки або через математичні операції (хоча. по суті, те й інше є спорідненими діями). умовиводом. Найкращі зразки такого підходу до опису географічних явищ подають метеорологія, океанологія, гідрологія (бо вони є пограничними з фізикою науками про земні феномени).

Досить часто географічне знання базується на теорії ймовірності й засобах статистики.

Але, понад усе, географічна мова досі – це модифікована жива мова. Про це варто прочитати вище наведені викладки, але порівнюючи висновки тексту з певним географічним описом^[90].

На переконання автора, настав час, коли слід запровадити до географії формалізовану мову – не лише як епізод, як ілюстрацію можливостей автора, а послідовно й науково обґрунтовано, тримаючи перед собою – як взірець – формальні мови математики, хімії (особливо просторову мову органічної хімії, що користується нею для відображення багатовимірних структур), можливо, й генетики (з тих самих причин). Далі ми спробуємо показати, що ці закидання не є поверховими, бо мають вагомі підстави.

Мови рельєфу у загальному поданні. Як моделлю цілої географічної науки, ми скористаємось морфологією рельєфу. По-перше, морфологія рельєфу є найдоступнішою для дослідження, бо у ній об’єкт – поверхню твердих порід на межі з повітрям – можна розглядати з будь-якою детальністю, багатократно повторювати процес, контролювати результат і т.ін.). По-друге, рельєф є певним еталонним образом інших поверхонь у тривимірному просторі Землі, отже, його вивчення може мати методологічне значення.

По-третє, дехто з відомих географів вважають, що географія в цілому морфолого-топологічна наука. Зокрема, російський геоморфолог О.М.Ласточкін написав фундаментальну монографію^[91], де серед багатьох визначень є і таке (цит. рос.): «Так же как и в других науках, познающих состав и строение самых разных образований, формализация и практическое использование системного и одновременно с этим количественного подхода в географии не мыслятся без исследования их морфологии, так как никакие другие (генетические, исторические и прочие) широко используемые сейчас характеристики строгим определениям. параметризации и структурному анализу не подлежат» (с. 7- виділ. в оригін.). Нарешті, немало значущою обставиною є те, що автор сам є геоморфологом і зробив (разом з двома поколіннями однодумців) певний внесок у справу формування мови географічної науки через її взірець – мову опису морфології рельєфу.

Ми лишимо поза увагою класичні геоморфологічні й морфометричні описи рельєфу, бо це вимагало би великої дослідницької аналітичної роботи, і відразу розпочнемо з формальних описів морфології рельєфу.

Чисельний опис рельєфу. Сучасні засоби дистанційного зондування поверхні землі дають можливість отримувати відразу або поле яскравостей, або навіть поле висот. Перше використовується для створення оптичного образу рельєфу (як у цифровій фотографії). Друге дає нам чисельну (точкову) модель рельєфу.

Чисельний опис рельєфу вам вже відомий. Тому лише нагадаємо, що у найзагальнішому сенсі він виглядає як подання z = f (x,y), тобто висота (апліката) є функцією плоских координат. Оскільки цю функцію, як правило, не визначено, бо рельєф є геометрично неправильною фігурою, то вдаються до різних способів опису. Один з них є апроксимація, тобто наближення неправильної фігури геометрично більш правильною, котру можна описати системою рівнянь, забезпечуючи його правильне метричне відображення й задовільну топологічну подібність. Апроксимація дає змогу створити (відтворити) географічне поле (геофізичне, геохімічне, демографічне та ін.).

Географічне поле - це така просторова конструкція, кожній точці котрої можна поставити у відповідність певну величину, що є функцією просторових координат цього поля. Той запис функції z = f (x,y), з якого розпочався цей огляд, є загальним виразом поля z від двох аргументів х, у.

Варто звернути увагу, що у сучасній практиці апроксимації географічних явищ z може означати будь-що: висоту рельєфу (аплікату), напруженість магнітного поля, температуру, вологість, інші геофізичні характеристика, рН в океані або у підземних водах й інші геохімічні характеристики; густоту населення чи частку розораності, чи густину доріг та інші економіко-географічні характеристики – отже, практично будь-що, відносно чого помічаємо просторові розбіжності. Порівняння прикладів, що наведені у попередньому реченні, свідчить, що просторові явища поділяються на дві великі групи:

- такі, де поле дійсно існує як неперервність (тобто присутнє у будь-якій довільній точці, змінюється як неперервна величина – функція поля й завдяки цьому може диференціюватися): у прикладах це геофізичні й геохімічні поля; вони диференціюються й інтегруються як математичні функції, що мають 4 характерні властивості: неперервність, плавність, однозначність і кінечність;

- такі, де поле неперервне, але суттєво визначається особливими точками й лініями, тому диференціюється, кажуть у такому випадку математики, кусочно-неперервно (по частинах, гранях поверхні, поміж лініями фронтів, розломів, інших фундаментальних неоднорідностей); це перш за все рельєф, бо у ньому є характерні й завжди присутні лінії гребенів та тальвегів, командні висоти тощо, де коректне диференціювання неможливе); це може бути також поверхня нашарування гірських порід, розбита на тектонічні блоки, тощо; таке поле диференціюється й інтегрується по блоках, бо володіють функціями неперервності, плавності, однозначності й кінечності по частинах (блоках);

- такі, де поле є певною абстракцією, інколи досить високою; наприклад, демографічне поле, побудоване на людності населених пунктів, є саме таким: адже ніхто не наважиться визначити його значення поміж поселеннями; те ж стосується гідрографічного поля, відображення ізолініями розораності, частки залісеності, кількості худоби й т.ін. – з тих самих причин. Отже, тут поле виглядає лише як спосіб наочного подання ізолініями дискретного явища. Воно, відповідно, не диференціюється й не інтегрується, бо не володіє функціями неперервності й однозначності;

- точкове поле (поле висот, щільностей, властивостей тощо) є універсальним способом відображення будь-яких просторових явищ; але воно частіше й швидше виглядає як первинний фактичний матеріал, ніж як кінцевий продукт, бо не дає можливості автоматизувати аналітичний процес: людина мимоволі починає виділяти особливості (окремі точки, кластери (скупчення) точок тощо, тобто відтворювати процес, котрий було б зручніше автоматизувати;

- натомість, поле може штучно відображатися дискретно, у вигляді виділів або ареалів; це один із способів аналізу й подання точкового поля. У такому разі вважається, що в межах кожного ареалу значення функції поля одне й те ж саме, і воно стрибкоподібно змінюється на межі з суміжним ареалом; у картографії це спосіб картограм (картодіаграм); такий спосіб зображення виправданий, якщо доцільно «прив’язати» показник до адміністративної одиниці, до повітряної чи водної маси з фіксованими межами і т.п. Але досить часто така дискретна модель явища, що має характер фізичного поля, уводить в оману (як, власне, й у попередньому випадку). Напр., на одній з карт забруднення повітря м. Харкова було показано величину забруднення однаковою (середньостатистичною) для адміністративних районів; оскільки, як правило, межі міських районів встановлюються по вулицях, відповідно до такого спотвореного зображення здавалося, що на правому й лівому боках, напр., Сумської вул. (відповідно, Київський і Дзержинський райони міста) досить суттєва розбіжність величини забруднення повітря. Це поодинокий приклад широко зустріваного спотворення картини дійсного просторового розподілу.

Ви запитаєте – а чому такими засобами користуються, якщо їхня вада зрозуміла? Відповісти можна декількома судженнями.

По-перше, аналізувати карту слід кваліфіковано. Цьому аналізові треба навчатись. Адже, скажімо, ніхто некваліфікований не наважиться «читати» електронну схему або вигляд молекули ДНК, або навіть рентгенівський знімок? Кваліфікований аналізатор розуміє, що він має справу з моделлю, а не дійсним виглядом (розподілом) явища, і уникати ризикованих висновків (як висновок про значну розбіжність забруднення повітря на різних сторонах вулиці Сумської).

По-друге, укладачі карт виходять з технологічних можливостей картографування. За «ручного» складання карт зручніше було користуватися ареалами: визначив середнє (чи ймовірне) значення, нарисував контури (адміністративний район, водозбір тощо) і зафарбував пензликом відповідно до легенди. Ось і весь процес.

Інша справа – сучасна комп’ютерна картографія. У комп’ютері зручнішим є інший процес: таблиця значень – інтерполяція одним із наявних засобів (напр., програмою Surfer) розфарбування за гіпсометричною шкалою – готова карта. Це дуже технологічний шлях, відомий тепер кожному студентові. Дивимось вище, які хиби, пов’язані з дійсним розподілом явища, що має просторову структуру, і характером вихідної інформації тут виникають.

По-третє, залежить від подальшого способу аналізу отриманих моделей. Адже картограма й картодіаграма аналізуються виключно візуально. Натомість, карта в ізолініях є лише візуальним образом, відбитком того, що є у комп’ютерні у зрозумілому саме йому вигляді: адже це саме комп’ютер склав і розфарбував вашу карту. Отже, якщо «він такий розумний», то йому варто доручити й процес аналізу: виділення особливостей, порівняння двох чи декількох полів, дії з полями-поверхнями, що передбачені відповідними математичними рівняннями. Напр., щоб обчислити радіаційний індекс сухості Григорьєва-Будики, відомий із землезнавства як поясно-зональний показник, на відносно обмеженій площі, що має складний рельєф, достатньо:

- побудувати рельєф в ізолініях;

- ввести функцію залежності радіації від експозиції та кута нахилу елементарних поверхонь рельєфу;

- обчислити прихід радіації на рельєф у залежності від експозиції й нахилу;

- поділити це поле приходної частини радіації на кількість опадів (константу за такого способу обчислення) та врахувати (теж як константу себто множник) приховану теплоту випаровування;

- отримати поле радіаційного індексу сухості, за потреби визначити місця, де воно менше за одиницю (гумідні ділянки) чи більше за одиницю (аридні ділянки); якщо потрібно, включити це поле до іншої моделі, де воно фігурує як аргумент певного процесу (напр., екологічної оцінки території) і т.д. І все це відбувається, образно кажучи, «у череві комп’ютера», «перетравлюючись» там на кінцевий продукт без участі людини-аналізатора.

Поле – функція координат і функція ознак. Досі ми розглядали поле як функцію від двох координат, тобто плоске поле. Очевидно, що можна було б побудувати і дослідити функцію поля від трьох аргументів. Є багато прикладів саме такої функції. Скажімо, температура Т на поверхні на складному рельєфі (зокрема, у гірських умовах) є такою, що змінюється не лише від планових координат (x; y), але й від висоти місцевості z. Отже, варто записати: Т = f (x,y, z). Але продовжимо розмірковувати далі. А далі, виявляється. що температура також залежить від кольору підстильної місцевості (позначимо його як аргумент k), від відбивної здатності (це аргумент а), від експозиції та крутизни схилу (аргументи е та g). Отже, ми отримали функцію вже від 7 аргументів, з них три x,y,z - просторові, інші чотири k,a,e,g – ознакові. Щоб їх відрізнити, запишемо останні прямими літерами латиниці. Очевидно, що є також час t як аргумент температури. Себто маємо

Т = f (x,y,z,k,a,e,g,t)

Отже, ми отримали запис, котрий можна реалізувати, склавши приблизно таку таблицю (таб. 1).

Таблиця 1. Таблична мова опису залежності температури від місцеположення і ознак

№ точки	x	y	z	k	a	e	g	t
					0,4			2,0
					0,5			2,15

Позначення у таблиці: x,y,z - топографічні координати; зафіксованість у (повторюється координата) означає, що будуємо профіль температурний розріз вздовж цієї осі тобто по вертикалі топографічної карти;, k – показник за шкалою з 10 позначень типів підстильної поверхні, що нами складена для даної місцевості, a – альбедо (у частках від одиниці), e - румб за 16-румбовою шкалою, g - ухил у %., час t – відносний, від сходу Сонця.

Це банальна таблиця, котру складав кожний, якщо був на практиці. Але мета цього викладу – показати, що це теж певна мова науки. Для її розуміння складені табличні процесори (загальновідомий Exel є одним з них). Такі процесори дають змогу відображувати температуру як функцію від названих 8 координат, тобто оперувати у 8-мірному просторі. Табличний процесор і відповідна мова роблять неймовірне можливим: адже він дозволяє враховувати 999 аргументів, тобто оперувати у практично 1000-вимірному просторі. Людській уяві (отже, і людській мові) це недоступно. Якби нам прийшлося характеризувати таку залежність температури від названих ознак, то кожна точка виглядала б так: Точка 1 знаходиться у пункті (називаємо координати х,у) на висоті 223 м над рівнем моря. Час спостереження – рівно 8-00, себто 2 години від сходу сонця. Поверхня є відкритим сильно змитим світло-сірим ґрунтом, вкритим подекуди рідкою рослинністю. За альбедометром, відбивна здатність становить 0,4., тобто є досить високою. Експозиція схилу Пд.-Пд.-Сх, крутизна досить значна – 12%, що відповідає ухилові 0,12..І так само кожну з 50 чи 62 точок, що складають цей розріз. Написати так можна, але як співставляти такі точки поміж собою? У природній мові це надто складно. Перехід з вербальної на табличну мову дає можливість однозначного визначення точок у геометрично-ознаковому просторі відповідної вимірності (у даному випадку 8 вимірному просторі).