Наблюдение и специфика его применения в современном естествознании

Современное естествознание характеризуется усилением в нем роли наблюдения. Основные причины этого явления такие:

1) развитие самого метода наблюдения: создаваемая для наблюдения аппаратура может длительное время работать в автоматическом режиме, управляться на расстоянии; ее подключение в ЭВМ дает возможность быстро и надежно обрабатывать данные наблюдений;

2) осознание научным сообществом того, что эксперименты над объектами, жизненно необходимыми для человечества, ставить нельзя. Это, в первую очередь, - океан и земная атмосфера. Их можно изучать только методом наблюдения;

3) возникновение новых возможностей наблюдения Земли с развитием космической техники. Наблюдения Земли из космоса позволяют получать информацию о целостных земных образованиях в интегративном виде, которые нельзя получить в условиях нахождения субъекта наблюдения на Земле. Они позволяют наблюдать целостные картины взаимодействий сразу нескольких подсистем Земли, наблюдать динамику ряда процессов на Земле;

4) вынос средств наблюдения за пределы атмосферы Земли и даже за пределы поля ее тяготения расширил возможность астрономических наблюдений. Так, с помощью автоматов удалось увидеть обратную сторону Луны, обозреть поверхность и окружение иных планет солнечной системы. Дело в том, что за пределами земной атмосферы отсутствует поглощение электромагнитного космического излучения в широком диапазоне частот атмосферой. После выноса инструментов за пределы земной атмосферы возникла и стала бурно развиваться рентгеновская и гамма-астрономия.

Что же такое научное наблюдение?

Наблюдение - это преднамеренное, планомерное восприятие какого-либо явления, осуществляемое с целью выявить его существенные свойства и отношения.

Наблюдение - это активная форма научной деятельности субъекта. Оно требует постановки задачи наблюдения, разработки методики его проведения, разработки способов фиксации результатов наблюдения и их обработки.

Возникающие задачи наблюдения вызваны внутренней логикой развития естествознания и запросами практики.

Научное наблюдение всегда связано с теоретическим знанием. Именно оно показывает, что наблюдать и как наблюдать. Оно задает и степень точности наблюдения.

Условия наблюдения должны обеспечивать:

а) однозначность замысла наблюдения;

б) возможность контроля либо путем повторного наблюдения, либо путем применения новых, иных методов наблюдения. Результаты наблюдения должны быть воспроизводимыми. Конечно, абсолютной воспроизводимости результатов наблюдений нет. Результаты наблюдений фиксируются лишь в рамках определенных научных знаний.

В процессе наблюдения субъект не вмешивается в природу наблюдаемого явления. Это порождает недостатки наблюдения как научного метода познания. Они такие:

1.Нельзя изолировать наблюдаемое явление от влияния затемняющих его сущность факторов. Понятие затемняющего фактора легко понять на примере свободного падения тел. Действительно, свободное падение тел показывает, что сопротивление воздуха явно влияет на характер движения тела, но оно не оказывает никакого влияния на зависимость этого движения от силы тяжести. Таким образом, затемняющий фактор - это фактор, от которого изучаемое явление не зависит, но который видоизменяет форму проявления изучаемого явления.

2.Нельзя воспроизводить явление столько раз, сколько требуется для этого изучения; необходимо ждать, когда оно повторится само.

3.Нельзя исследовать поведение явления в различных условиях, т.е. невозможно его всесторонне изучить.

Именно эти недостатки наблюдения и заставляют исследователя переходить к эксперименту. В заключение этого вопроса отметим, что в современном естествознании наблюдение все больше приобретает форму измерения количественной величины свойств системы. Результаты наблюдения фиксируются в протоколах. Ими выступают таблицы, графики, словесные описания и т.д. Получив протоколы наблюдения, исследователь пытается установить зависимости между теми или иными свойствами: количественные, следования во времени, сопутствия, взаимоисключения и т.д.

10. Метод эксперимента в современном естествознании

Эксперимент - это метод познания, базирующийся на управлении поведением объекта с помощью ряда факторов, контроль за действием которых находится в руках исследователя.

Эксперимент не вытеснил полностью наблюдение. Наблюдение в условиях эксперимента фиксирует воздействие на объект и реакцию объекта. Без этого эксперимент идет вхолостую. Например, закон Ома для участка цепи гласит: для металлов и электролитов сила тока в цепи пропорциональна приложенному напряжению. Чтобы эту закономерность проверить экспериментально, надо менять напряжение в цепи и наблюдать (фиксировать), как при этом меняется сила тока.

Главное отличие эксперимента от наблюдения заключается в том, что даже в самом простом эксперименте создается искусственная система элементов, ранее не встречающаяся в практике человека. Эта искусственная система будет экспериментальной установкой.

Главное требование к эксперименту - воспроизводимость его результатов. Это означает, что эксперимент, проведенный в разные моменты времени, при прочих равных условиях, должен давать один и тот же результат. Тем не менее не всякий биологический эксперимент, например, можно повторить сколько угодно раз (пересадка сердца и т.д.). Такой повтор возможен в принципе. Но есть еще и вопрос о целесообразности повтора.

Современный эксперимент теоретически нагружен. Действительно:

- в эксперименте используются приборы, а они представляют собой материализованный результат предшествующей теоретической деятельности;

- всякий эксперимент строится на основе какой-то теории, и если теория разработана хорошо, то заранее известно, к какому результату приведет эксперимент;

- эксперимент, как правило, дает не непрерывную картину процесса, а лишь его узловые точки. Только теоретическое мышление способно восстанавливать по ним весь процесс;

- при обработке данных экспериментов надо проводить усреднения, применять теорию ошибок.

Современные экспериментальные исследования обладают такими особенностями:

1. Невозможностью наблюдения исследуемых явлений с помощью только органов чувств субъекта-экспериментатора (низкие или высокие температуры, давление, вакуум и т.д.);

2. Естествознание XIX века старалось в эксперименте иметь дело с хорошо организованными системами, т.е. изучать системы, зависящие от небольшого числа переменных. Идеалом, например, физика-экспериментатора был однофакторный эксперимент. Его суть в следующем: предполагалось, что исследователь мог с любой степенью точности стабилизировать все независимые переменные изучаемой системы. Затем, поочередно изменяя некоторые из них, он устанавливал интересующие его зависимости. Вот пример однофакторного эксперимента. Рассмотрим газ, который находится при определенных температуре, давлении, объеме. Каждый из названных параметров системы (температура, давление, объем) можно сделать постоянным. Так можно, скажем, изучать изменение объема газа при изменении давления, если температура постоянная, т.е. провести изотермический процесс. Аналогично проводят изобарический и изохорический процессы.

Во второй же половине XX века возникла необходимость проводить эксперименты с диффузными, т.е. плохо организованными системами. Их особенность заключается в том, что в таких системах одновременно проходит несколько различных по своей природе процессов. Причем они настолько тесно связаны друг с другом, что их в принципе нельзя рассматривать изолированно друг от друга. Например, это физические процессы, которые происходят между катодом и анодом в лампе, это эмиссионный спектральный анализ и др.;

З. Использование фильтрующих приборов. Суть: далеко не все сигналы, выдаваемые экспериментально, имеют одинаковую ценность. Нередко трудно из большого количества информации выявить ту, которая является существенной. В таких ситуациях применяются фильтрующие приборы. Это автоматы, способные проводить отбор поступающих сигналов и выдавать исследователю ту информацию, которая нужна для решения поставленной задачи.

Пример. В физике микромира известно, что одна и та же частица может распадаться по нескольким каналам. Вероятности распадов по разным каналам различны. Некоторые из них ничтожно малы. Например, К⁺ -мезон распадается по семи каналам. Распад К⁺ - мезона, идущий с малой вероятностью, очень трудно зафиксировать, если результаты эксперимента обрабатывать вручную. Здесь-то и применяются фильтрующие приборы. Они автоматизируют поиск нужного вида распада элементарной частицы;

4. Для современных экспериментов характерны использование сложного оборудования, большой объем измеряемых и регистрируемых параметров, сложность алгоритмов обработки полученной информации.

Все эксперименты ставятся с такими целями:

1) для получения новых эмпирических данных, подлежащих дальнейшему обобщению;

2) для того, чтобы подтвердить или опровергнуть уже имеющиеся идеи и теории, причем надо уяснить, что эксперимент в теории подтверждает, а что нет.

В эксперименте проверяется не теория в целом, а ее наблюдаемые следствия. Посредством измерений сопоставляются две группы фактов: предсказываемые теорией и находимые в результате измерения. Если нет хотя бы приблизительного их совпадения, теория, даже будучи логически стройной, не может быть признана удовлетворительной. Вместе с тем, эксперимент не позволяет сделать абсолютного вывода о правильности теории. Получив экспериментальное подтверждение теоретического положения, далеко не всегда можно гарантировать, что эксперимент подтвердил только его. Исследователю не всегда известно, скольким еще другим допустимым предположениям удовлетворяет полученный результат. С этим, в частности, связана невозможность “решающего эксперимента”. Эксперимент с абсолютностью подтверждает не само теоретическое построение, а его специфическую интерпретацию.