Эксперимент как особая форма эмпирического познания

 

Как мы уже знаем, все эмпирические данные могут быть полу­ чены с помощью двух различных способов. В обычных, не экспе­ риментальных условиях исследователь наблюдает интересующие его явления, замечает определенные регулярности в их протекании, но нередко вынужден ждать, когда они появятся, и поэтому не может каким-либо образом влиять на них. В отличие от этого, когда он ставит эксперимент, то сознательно вмешивается в ход процесса, чтобы получить более точные и надежные результаты. Вот почему экспериментальный метод получил такое широкое распространение в научном познании. Современная наука, по существу, берет свое начало после появления первых блестящих экспериментов Галилея, которые продемонстрировали преимущества опытного изучения природы во взаимодействии с теорией. Без преувеличения можно утверждать, что громадные результаты в изучении природы за по­ следние два столетия обязаны своим успехом прежде всего экспе­ риментальному методу исследования.

Отличие эксперимента от наблюдения. Характерная особенность эксперимента как специального эмпирического метода исследова­ ния заключается в том, что он обеспечивает возможность активного практического воздействия на изучаемые явления и процессы. Иссле­ дователь здесь не ограничивается пассивным наблюдением явле­ ний, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания. Он может осуществить это, либо изолировав исследуемые явления от некоторых внешних факторов, либо изменив пределеиные усло­ вия, в которых они происходят. И в том и другом случае результаты испытаний точно фиксируются и контролируются.

Таким образом, дополнение простого наблюдения активным воз­ действием на изучаемый процесс, превращает эксперимент в весьма эффективный метод эмпирического исследования. Этому способст­ вует прежде всего более тесная связь эксперимента с теорией. <<Экс­ периментирование, -пишут И. Пригожин и И. Стенгерс,- означа­ ет не только достоверное наблюдение подлинных фактов, не только поиск эмпирических зависимостей между явлениями, но и предпо-

лагает систематическое взаимодействие между теоретическими по­ нятиями и наблюдением>>!.

Идея эксперимента, план его проведения и интерпретация ре­

зультатов в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиск и интерпретация данных наблюдения.

В настоящее время экспериментальный метод используется не только в тех опытных науках, которые по традиции относят к точ­ ному естествознанию (механика, физика, химия и др.), но и в науках, изучающих живую природу, особенно в тех из них, которые приме­

няют современные физические и химические методы исследования (генетика, молекулярная биология, физиология и др.).

В науке Нового времени экспериментальный метод впервые на­ чал систематически применять, как мы уже знаем, Галилей, хотя

отдельные попытки его использования можно обнаружить еще в античности и особенно в Средние века2.

Галилей начал свои исследования с изучения наиболее про­

стейших явлений природы - механического перемещения тел в

пространстве с течением времени (падение тел, движение тел по наклонной плоскости и траекторий пушечных ядер). Несмотря на кажущуюся простоту этих явлений, он столкнулся с рядом трудно­

стей как научного, так и мировоззренческого характера. Последние бьши связаны главным образом с традицией чисто натурфилософ­ ского, умозрительного подхода к изучению явлений природы, вос­ ходящей еще к античности. Так, в аристотелевской физике призна­ валось, что движение происходит только тогда, когда к телу при­ кладывается сила. Это положение считалось общепризнанным и в средневековой науке. Галилей впервые подверг его сомнению и вы­ сказал предположение, что тело будет находиться в покое или в равномерном и прямолинейном движении, пока на него не будут действовать внешние силы. Со времени Ньютона это утверждение формулируется как первый закон механики.

Примечательно, что для обоснования принципа инерции Гали­ леем впервые бьш использован мысленный эксперимент, который в дальнейшем нашел широкое применение в качестве эвристического средства исследования в разных отраслях современного естество­ знания. Суть его заключается в анализе последовательности реаль­ ных наблюдений и в переходе от них к некоторой предельной си­ туации, в которой мысленно исключается действие определенных сил или факторов. Например, при наблюдении механического дви-

 

 

1 Иригожин И., Стенгере И. Порядок из хаоса. - М., 1986. - С. 44.

2 Некоторые известные историки науки, в том числе П. Дюгем, А. Кромби, Д. Рэнделл, утверждают, что возникновение экспериментальной науки произоiШiо еще в Средние века. Для подтверждения своего тезиса они ссьmаются на то, что такие эксперименты проводились в XIII-XIV вв. в Париж,е, а в XVI в. в Падуе.

жения можно постепенно уменьшать действие на тело разнообраз­ ных сил - трения, сопротивления воздуха и т.п. - и убедиться в том, что путь проходимый телом, будет соответственно увеличи­ ваться. В пределе можно исключить все подобные силы и придти к заключению, что тело в таких идеальных условиях будет неограничен­ но двигаться равномерно и прямолинейно или оставаться в покое.

Наибольшие достижения Галилея связаны, однако, с постанов­ кой реальных экспериментов и математической обработкой их ре­ зультатов. Выдающихся результатов он достиг при эксперименталь­ ном исследовании свободного падения тел. В своей замечательной книге <<Беседы и математические доказательства...>> Галилей под­ робно описывает, как пришел к своему открытию закона постоян­ ства ускорения свободно падающих тел. Вначале он, как и его предшественники - Леонардо да Винчи, Бенедетти и др., полагал, что скорость падения тела пропорциональна пройденному пути. Однако впоследствии Галилей отказался от этого предположения, так как оно приводит к следствиям, которые не подтверждаются на опыте1. Поэтому он решил проверить другую гипотезу: скорость свободно падающего тела пропорциональна времени падения. Из нее вытекало следствие, что путь, пройденный телом, пропорцио­ нален половине квадрата времени падения, которое подтвердилось в специально построенном эксперименте. Поскольку в тот период существовали серьезные трудности с измерением времени, то Гали­ лей решил замедлить процесс падения. Для этого он скатывал по наклонному желобу с хорошо отполированными стенками бронзо­ вый шар. Измеряя время прохождения шаром различных отрезков пути, он смог убедиться в правильиости своего предположения о постоянстве ускорения свободно падающих тел2.

Своими громадными достижениями современная наука обязана

именно эксперименту, поскольку с его помощью удалось органиче­ ски связать мысль и опыт, теорию и практику. По сути дела, экспе­ римент представляет собой вопрос, обращенный к природе. Ученые

убедились, что природа отвечает на правильно поставленные ими вопросы. Поэтому со времен Галилея эксперимент стал важнейшим средством диалога между человеком и природой, способом проник­ новения в глубокие ее тайны и средством открытия законов, кото­ рые управляют наблюдаемыми в эксперименте явлениями.

Структура эксперимента. Поскольку существующие в науке экс­ перименты отличаются большим разнообразием как по своим це­ лям, так и по конкретному содержанию, то при рассмотрении их структуры возникает немало трудностей, связанных с выделением их общих признаков. Поэтому, анализируя общую структуру экспе-

 

1 Г:J.Лилей Г. Избранные произведения: В 2 т. Т 1.- М.: Наука, 1964.- С. 241-242.

2 См.: Липсон Г. Великие эксперименты в физике. - М., 1972. - С. 12.

римента при его планировании, ограничиваются обычно выявлени­ ем наиболее общих, характерных черт построения эксперимента.

На первой стадии устанавливают цель эксперимента, которая мо­ жет состоять либо в проверке определенной гипотезы или теории, либо в поиске некоторой эмпирической зависимости между вели­

чинами, описывающими определенный процесс. Большей частью

эксперимент используется для проверки научных гипотез, поэтому

при постановке цели:

• точно указывают, какие следствия из гипотез подлежат опыт­ ной проверке;

• устанавливают, в какой форме- качественной или количест­ венной - эти следствия необходимо представить;

• точно определяют те существенные факторы, от которых за­ висит результат эксперимента;

• выявляют те факторы, которые поддерживаются постоянны­ ми при эксперименте, так как предполагается, что они не мо­ гут оказывать существенного влияния на ход процесса.

Все эти задачи, как мы покажем ниже, подробно формулируют­

ся при планировании эксперимента.

Вторая стадия эксперимента состоит в контроле над его прове­ дением, который заключается в обеспечении его <<чистоты>>, связан­ ной с изоляцией от влияния таких факторов, которые могут замет­ но изменить результат.

Третья стадия эксперимента связана с интерпретацией получен­ ных данных и статистической обработкой результатов измерения соответствующих величин.

Классификация экспериментов может проводиться по разным основаниям. По предмету исследования мы различаем физические, химические, биологические и другие подобные эксперименты. При этом чем сложнее форма движения материи, которую изучает соот­ ветствующая наука, тем более специфический характер приобретает в ней эксперимент. Например, в живой природе эксперимент обыч­ но сводится к наблюдению над двумя группами организмов, одна из которых подвергается экспериментальному воздействию, а другая (контрольная) используется для сравнения.

По методу исследования, как мы видели, эксперименты можно разделить на качественные и количественные. Как правило, каче­ ственные эксперименты проводятся для предварительного исследо­ вания действия тех или иных факторов на изучаемый процесс без установления точной количественной зависимости. Нередко они носят поисковый характер, поскольку с их помощью достигается предварительная оценка той или иной гипотезы без установления количественной степени ее подтверждения. Количественный экспе­ римент строится с таким расчетом, чтобы обеспечить точное изме-

рение всех факторов, влияющих на ход изучаемого процесса. Его проведение требует определения количественных понятий, описы­ вающих процесс, а также использования значительного количества регистрирующей и измерительной аппаратуры, а результаты измере­ ний должны подвергаться специальной математической обработке.

В реальной исследовательской практике качественные и коли­

чественные эксперименты составляют обычно последовательные этапы в эмпирическом изучении явлений и процессов. Как только будет раскрыта качественная зависимость исследуемого процесса от соответствующих свойств, параметров и факторов, так сразу же воз­ никает задача количественного их определения с помощью матема­ тических функций или уравнений. Если качественный эксперимент позволяет раскрыть конкретную, содержательную связь факторов,

влияющих на процесс, то количественный эксперимент уточняет степень и величину этой связи, способствуя тем самым лучшему пониманию природы изучаемых процессов.

Примерам может служить история проведения экспериментов

по изучению законов электромагнетизма. Впервые связь между элек­ тричеством и магнетизмом, как говорилось выше, выявил Х.К. Эрстед в 1820 г. Поместив магнитную стрелку над проводником, по кото­

рому идет ток, он обнаружил отклонение магнитной стрелки. Этот

чисто качественный эксперимент послужил исходным пунктом для развития теории об электромагнитных явлениях. Вскоре после этого А.М. Ампер провел эксперимент, в котором количественно опреде­

лил связь между электричеством и образованным им магнитным полем. Основываясь на эти данных, М. Фарадей поставил экспери­ мент, в ходе которого при вращении в магнитном поле замкнутого контура в нем возникал электрический ток. Эта бьша, по существу, первая модель электромотора!. Эти замечательные эксперименты стали основой для построения Д.К. Максвеллом математической теории электромагнитного поля.

Наконец, в последние годы все шире используются так называе­ мые модельные эксперименты, в которых вместо реальных объектов и явлений экспериментируют с их идеальными образами и количест­

венными зависимостями между ними, выраженными с помощью ма­ тематических функций, уравнений, систем уравнений и других аб­ страктных структур. Наиболее многообещающим и перспектинным среди них является вычислительный, или машинный, эксперимент, который успешно разработан и используется в Институте приклад­ ной математики РАН. Для проведения такого эксперимента строит­ ся математическая модель изучаемого явления или процесса. Затем, изменяя параметры модели, с помощью компьютера вычисляют различные варианты модели и сопоставляют их с реальными вели-

 

1 См.: Липсон Г. Указ. раб. С. 122-123.

чинами. Вариант, который наиболее адекватно описывает реальный процесс, выбирается в качестве оптимального. Очевидно, что вы­ числительный эксперимент, как и остальные модельные экспери­ менты, принципиально отличается от реальных экспериментов и предназначается скорее для эвристического поиска новых истин, чем непосредственно для эмпирической проверки гипотез.

Планирование эксперимента. Уже в процессе научного наблюде­ ния ученый руководствуется определенными теоретическими пред­

ставлениями о наблюдаемых фактах. В гораздо большей степени за­ висимость от теории проявляется в эксперименте. Прежде чем по­ ставить эксперимент, надо не только располагать общим его

замыслом, но и тщательно продумать план его проведения, т.е. тео­

ретическую схему построения отдельных его стадий.

Выбор типа эксперимента, как и конкретный план его построе­ ния, определяется в первую очередь той научной проблемой, кото­ рую предстоит решить с его помощью. Одно дело, когда экспери­ мент предназначен для качественной оценки и проверки гипотезы, т.е. простого установления зависимости между факторами исследуемо­

го явления. Совсем другое дело, когда ставится задача определения количественной зависимости между этими факторами в математиче­ ской форме, т.е. поиска функций, уравнений и других математических структур, которые бы адекватно отобразили количественные отно­ шения между факторами. Все это свидетельствует о том, что план проведения каждого конкретного эксперимента обладает своими специфическими особенностями. Поэтому не существует какого­ либо общего шаблона или схемы, с помощью которых можно бьшо бы построить эксперимент для решения любой проблемы в каждой экспериментальной науке. Самое большее, что можно здесь сде­ лать, - это наметить стратегию исследования и дать некоторые общие рекомендации по построению и планированию эксперимента.

После того как будет точно сформулирована цель эксперимента, необходимо выделить прежде всего те факторы, которые оказывают существенное влияние на его проведение. Выявление таких факто­ ров зависит от степени теоретической зрелости соответствующей науки, а особенно от интуиции и опыта исследователя. В своих экспериментах по изучению свободного падения тел Галилей, как мы видели, не учитывал влияния на результат опытов сопротивления воздуха, неоднородности поля тяготения, не говоря уже о температу­ ре или строении тел. Все эти факторы не оказывают какого-либо существенного влияния на падение тел вблизи земной поверхности, где сопротивление воздуха незначительно, а поле тяготения практи­ чески можно считать однородным, хотя во времена Галилея не су­ ществовало теории, объясняющей это явление. Когда имеется дос­ таточно разработанная общая теория, тогда выявить существенные факторы планируемого эксперимента не слишком трудно. Если же

исследование только начинается, а область изучаемых явлений со­ всем новая, тогда отделение существенных факторов от несущеет­ венных представляет проблему. Ведь любой фактор в принципе мо­ жет оказаться существенным, и поэтому заранее, без предваритель­ ного исследования и проверки, его исключить нельзя. С другой стороны, проверить, являются ли все факторы существенными, также невозможно. Следовательно, перед исследователем возникает проблема выбора: если он сделает правильный выбор, то экспери­ мент даст ему возможность успешно решить научную проблему.

История науки дает нам множество примеров, когда верный выбор существенных факторов при проведении экспериментов по­ мог ученым открыть важные законы природы. Известно, что Роберт Бойль, впервые сформулировавший закон об обратной пропорцио­ нальности между давлением и объемом <<идеальных>> газов, считал температуру несущественным фактором. Впоследствии французские физики Жак Шарль и Гей Люссак предположили, что температура газа служит существенным его фактором и экспериментально дока­ зали закон о прямой пропорциональной зависимости между объе­ мом и температурой газа. Все это свидетельствует о том, что фак­ тор, считавшийся несущественным в одних экспериментах, стано­ вится существенным в других.

Следующая стадия при проведении эксперимента сводится к изучению зависимостей между существенными факторами при сохра­ нении несущественных факторов неизменными или постоянными. Если в качестве существенных выявлены факторы М1, Мъ М3,..., Мк, то сначала будет изучена зависимость между двумя факторами, на­ пример М1 и М2. Все остальные факторы при этом будут предпола­ гаться постоянными. Изменяя в эксперименте фактор Мъ можно установить, в какой зависимости от него изменяется фактор М1, например как меняется объем газа с изменением его давления. За­ тем аналогично экспериментируют с другими парами, тройками, четверками факторов и т.д. Именно таким способом в итоге уста­ навливают взаимозависимость между всеми факторами, которую можно выразить с помощью математических формул или уравне­ ний. Так, в рассмотренных выше примерах, после того как бьши установлены частные законы Бойля - Мариотта и Шарля - Гей Люссака, удалось сформулировать общий закон, выражающий связь

между давлением, объемом и температурой идеального газа в виде уравнения Клапейрона:

PV= RT,

где Р - давление; V- объем; R - универсальная газовая постоянная; Т -

температура в абсолютной шкале Кельвина.

 

При планировании эксперимента и оценке его результатов при­ ходится учитывать также характер величин, измеряемых в ходе

опыта. В этом отношении более сложными являются эксперимен­ ты, в которых исследуемые величины заданы статистическим обра­ зом. К чисто экспериментальным трудностям здесь добавляются трудности математического характера. Не случайно поэтому в по­ следние десятилетия в математической статистике возникло специ­ альное направление, которое ставит своей задачей планирование и математическую обработку статистических экспериментов!.

Однако, как бы эксперимент ни планировался, при его прове­ дении обязателен точный учет тех изменений, которые эксперимент вносит в изучаемый процесс. А это требует тщательного контроля как объекта исследования, так и средств наблюдения и измерения.

Интерпретация результатов эксперимента. Зависимость экспери­ мента от теории проявляется не только при его планировании, но в еще большей мере при истолковании его результатов. При ин­ терпретации данных эксперимента для исследователя возможны два пути.

Во-первых, он может объяснить эти результаты в терминах уже

известных теорий или гипотез. Поскольку такая проверка состоит в сопоставлении утверждений, выражающих данные эксперимента, с выводами теории, то возникает необходимость в получении таких логических следствий из теории, которые допускают эмпирическую проверку. Это требует интерпретации по крайней мере некоторых понятий и утверждений теории.

Во-вторых, в ряде случаев ученый не располагает готовой тео­ рией или гипотезой, с помощью которых он смог бы объяснить ре­ зультаты своего эксперимента. Иногда такие эксперименты даже противоречат теоретическим представлениям, доминирующим в той или иной отрасли науки. Об этом свидетельствовали, например, мно­ гочисленные результаты экспериментов, полученные в конце XIX - начале ХХ в., которые явно не укладывались в рамки старых классических представлений физики. В 1900 г. М. Планк, убедив­ шись в невозможности объяснить экспериментальные данные по тепловому излучению с позиций классической физики, предложил рассматривать излучение не как непрерывный, а как дискретный про­ цесс испускания энергии отдельными порциями, или квантами. Эта интерпретация впоследствии помогла объяснить опытные результаты фотоэффекта и многих других экспериментов. В дальнейшем она сыграла важнейшую роль при создании квантовой механики. <<Долгий двадцатилетний период накануне появления квантовой механики, - указывал один из создателей этой механики М. Борн, - характеризу­ ется накоплением все новых эмпирических данных в пользу реаль-

 

 

1 Одной из лучших работ в этой области является книга известного английского статистика Р.А. Фишера «Конструкиия эксперимента» (См.: R.A. Fisher. The De­ cision of Experiment. - London, 1951).

ности этого кванта и полной неприспособленности классических понятий для оперирования с ним>>1.

Разумеется, не всякая интерпретация экспериментальных дан­

ных приводит к революционным изменениям в науке. Однако лю­ бая интерпретация предъявляет определенные требования к сущест­ вующим теориям, начиная от пересмотра некоторых их элементов и заканчивая модификацией исходных допущений и принципов.

Функции эксперимента в научном исследовании. Преимущества

эксперимента перед наблюдением состоит прежде всего в том, что он дает возможность активно и целенаправленно исследовать воз­ никающие в науке проблемы. Ученый может по своему желанию изучать интересующие его явления в самых различных условиях их протекания, упрощать ситуации, строго контролируя при этом ход и результаты процесса. Часто эксперимент уподобляют вопросу, ко­ торый обращен к природе. Хотя такой метафорический способ вы­ ражения и не свободен от недостатков, тем не менее он удачно вы­ ражает основную цель эксперимента - получить ответ на вопрос, заданный природе, проверить гипотезы и теории, описывающие предполагаемые закономерности явлений природы.

В обычных, естественных условиях подобные процессы крайне

сложны и запутаны, поэтому не поддаются точному контролю и управлению. В связи с этим и возникает задача проведения такого их исследования, при котором можно бьшо бы наблюдать ход про­ цесса <<В чистом виде>>. В этих целях в эксперименте четко отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значитель­ но упрощают ситуацию. Но такое упрощение, хотя и отдаляет нас от действительности, в конечном итоге способствует более глубо­ кому пониманию их сути. При экспериментировании исследователь сосредоточивает внимание на изучении лишь наиболее важных и существенных факторов процессов, стараясь свести к минимуму возмущающее действие второстепенных факторов. Отсюда, естест­ венно, напрашивается аналогия между экспериментом и абстраги­ рованием.

Подобно тому как при абстрагировании мы отвлекаемся от несу­ щественных свойств явлений, при экспериментировании также стре­ мятся выделить и исследовать те существенные факторы, которые де­ терминируют изучаемый процесс. И в первом и во втором случае уче­

ный ставит задачу - исследовать ход процесса <<В чистом виде>>, не принимая в расчет множество второстепенных факторов и дополни­ тельных обстоятельств. Однако в этой аналогии, больше чем в другой, приходится считаться с различиями принципиального характера.

Во-первых, абстрагирование представляет собой способ мыслен­ ного выделения существенных свойств исследуемого явления или

 

 

1 Борн М Физика в жизни моего поколения.- М., 1963.- С. 147.

процесса, в то время как при экспериментировании создают искус­ ственную среду с помощью особых условий для выделения сущест­ венных факторов и сохранения неизменными несущественных или второстепенных факторов.

Во-вторых, в научном исследовании мысленное абстрагирова­ ние всегда предшествует эксперименту. Прежде чем поставить экс­ перимент, ученый всегда исходит из определенной теории или ги­ потезы, на основании которых он решает, какие факторы или свой­ ства объекта считать существенными, а какие - второстепенными. Все это показывает, что абстрагирование и эксперимент относятся к качественно различным уровням и методам исследования.

В-третьих, эксперимент, как показано выше, представляет собой вопрос, обращенный к природе, на который она должна дать ответ. Поэтому эксперимент служит эмпирическим критерием истинности теоретического знания.

К числу важнейших проблем, которые требуют привлечения

экспериментального метода, относится прежде всего опытная про­ верка гипотез и теорий. Это самая известная и наиболее сущест­ венная функция эксперимента, которая служит показателем уровня зрелости и точности научного исследования в опытных науках. Ни в эпоху античности, ни в Средние века не бьшо эксперимента в точном смысле этого слова, так как там целью опытов скорее бьш сбор эмпирических данных, чем проверкатеоретических идей. Гали­ лей, решительно порвавший с натурфилософскими и схоластически­ ми традициями прежней физики, впервые стал проверять свои гипо­ тезы с помощью эксперимента. Огромные успехи в развитии меха­ ники в Новое время бьши связаны прежде всего с тем, что разработка новых ее гипотез и теорий шла рука об руку с их экспе­ риментальной проверкой. Постепенно такой метод проверки новых теоретических идей проник во все отрасли естествознания, а в наше время используется также и в других науках.

Важную роль эксперимент играет и при формировании новых гипотез и теоретических представлений. Эвристическая роль экспе­ римента при генерировании новых гипотез заключается в использо­ вании опыта для уточнения и исправления первоначальных допу­ щений и предположений. Если исследователь располагает готовой гипотезой, тогда он использует эксперимент для ее подтверждения или опровержения. Если же он выдвигает новую гипотезу, то обра­ щается к эксперименту, чтобы проверить и уточнить свои первона­ чальные допущения. Обычно в ходе исследования поисковый и проверочный эксперимент осуществляются одновременно, поскольку ученый не только уточняет свои первоначальные допущения и пред­ положения, но и доводит их до уровня научной гипотезы, а затем выводит из нее эмпирически проверяемые следствия, которые про­ верлет с помощью эксперимента.

Однако, какой бы эксперимент ни осуществлялся, он всегда слу­ жит лишь определенным звеном в общей цепи научного исследова­ ния. Поэтому эксперимент нельзя рассматривать как самоцель, а тем более противопоставлять теории. Если эксперимент ставит вопрос природе, то такой вопрос может возникнуть лишь в сфере идей и при достаточно высоком уровне развития теоретического знания. Без теории и ее направляющих идей невозможно никакое научное экс­ периментирование, поскольку как само планирование эксперимента, так и интерпретация его результатов требуют обращения к теории.

За четыре столетия своего существования экспериментальный метод продемонстрировал свою высокую эффективность как важ­ нейшего способа эмпирического исследования. Его эффективность непрерывно возрастала по мере усовершенствования эксперимен­ тальной техники и степени зрелости теоретической мысли, а также усиления взаимодействия между теорией и опытом. От простейших опытов, представлявших по сути дела усложненные наблюдения, до создания целых индустриальных систем для ускорения заряженных частиц, получения высоких и сверхвысоких температур и давлений, мощных радиотелескопов и космических лабораторий - вот далеко не полный перечень составляющих того гигантского скачка, кото­ рый характеризует развитие экспериментальной техники.

Возникает вопрос: если экспериментальный метод является столь эффективным методом эмпирического исследования, то почему он не применяется во всех науках?

Как уже показано выше, применение эксперимента в науке свя­ зано прежде всего с возможностью активного взаимодействия иссле­ дователя с изучаемым объектом, при котором он является не пас­ сивным наблюдателем происходящих процессов, а изучает их в же­ лательном для него виде, изолируясь от влияния второстепенных факторов. В такой науке, как астрономия, такое вмешательство ока­ зывается принципиально невозможным по практическим соображе­ ниям, и поэтому ученые ограничиваются в ней систематическими наблюдениями. Правда, с развитием космических исследований ста­ новятся осуществимыми локальные эксперименты по изучению тех­ нических процессов и поведения живых организмов в условиях неве­ самости. Но астрофизика и космология не могут проверять свои ги­ потезы с помощью экспериментов над небесными телами. Иногда в лаборатории можно создать условия, подобные, скажем, условиям на Солнце, и выяснить, что при этом происходит, но это будет не ас­ трономический, а чисто физический эксперимент. Поэтому осуще­ ствление термоядерного синтеза в земных условиях бьшо бы правер­ кой соответствующей физической, а не астрономической или космо­ логической теории.

В науках, изучающих исторические процессы, происходившие

на нашей планете (геология, палеонтология, археология и др.) не

только эксперимент, но и непосредственные наблюдения невоз-

можны в силу того, что эти процессы и события уже завершились. В социальных науках проведение экспериментов с большими груп­ пами людей наталкивается на серьезное их сопротивление. Попро­ буйте, например, провести эксперимент, сознательно нарушив по­ дачу воды, электричества или газа даже для небольшого городского района. Люди возмутятся этим и потребуют запретить такой экспе­ римент, противоречащий нормам морали и правам людей в граж­ данском обществе. Поэтому в социологии обычно ограничиваются изучением поведения людей в малых группах, причем наблюдение и в этом случае не должно противоречить нормам нравственности и правам членов гражданского общества. И хотя журналисты продол­ жают писать о <<великих социальных экспериментах>>, но здесь мы встречаемся скорее с метафорой, чем с экспериментами в точном смысле этого слова.

 

3.3. Измерения

 

Под измерением обычно подразумевают процесс нахождения отношения данной величины к другой, принятой за единицу изме­ рения!. Результаты измерения обычно выражаются с помощью чисел, и благодаря этому их можно подвергнуть математической обработке. Однако в некоторых случаях измерением называют любой способ приписывания чисел некоторым свойствам объектов в соответствии с определенными правилами. С таким положением чаще всего при­ ходится встречаться в исследованиях, где ограничиваются лишь срав­ нением свойств предметов и явлений по их интенсивности.

Всякий раз, когда удается упорядочить свойства по их интен­ сивности с помощью отношений <<больше>>, <<меньше>> или <<равно>>, можно установить определенное соответствие между степенями ин­ тенсивности свойства и числами. Такой способ квантификации, или количественной характеристики, свойств используется в тех случа­ ях, когда трудно или невозможно провести непосредственные изме­ рения. Так, например, в минералогии широко используется шкала Мооса для определения сравнительной твердости минералов. Один минерал считается более твердым, если оставляет на другом цара­ пину. Если твердость талька оценивается как 1, то твердости алмаза соответствует 10. С равным успехом мы могли бы приписать тальку другое число, но тогда соответственно изменилась бы оценка твер­ дости алмаза. Поскольку числа здесь выбираются более или менее произвольно, постольку с ними нельзя производить обычных ариф­ метических действий. Таким образом, при квантификации различ­ ных свойств величин можно выделить классификационные, сравни­ тельные и количественные, или метрические, понятия. С помощью счета мы определяем количество предметов какого-либо класса.

 

1 Маликов М.Ф. Основы метрологии. Ч. 1.- М., 1949.- С. 316.

Как показывает история культуры, бьшо время, когда люди не знали понятия числа и тем не менее справлялись по-своему со сче­ том небольших множеств вещей. Для этого они устанавливали вза­ имно-однозначное соответствие между данным множеством вещей и некоторым <<эталонным множеством>>, в качестве которого снача­ ла выступали пальцы рук и ног самого человека, потом камешки, ракушки и тому подобные предметы. Потребовалось длительное время, чтобы понять, что в качестве предметов счета можно ис­ пользовать отвлеченные числа.

Следующим этапом количественного анализа является сравнение величин, которое начинается, как мы видели, с сопоставления их по интенсивности определенного свойства. Если обозначить два пред­ мета через а и Ь, а общее их свойство через М, то между ними можно установить следующие отношения:

М(а) > М(Ь), М(а) < М(Ь) М(а) = М(Ь).

Таким образом, с помощью отношений <<больше>>, <<меньше>> и

<<равно>> можно образовать сравнительные количественные понятия. Такие понятия также играют важную роль в познании, и поэтому

там, где невозможно результат измерения выразить точным числом, приходится ограничиваться сравнением величин. <<Надо помнить, - писал академик А.Н. Крьшов, -что есть множество <<величиН>>, т.е. того, к чему приложимы понятия <<больше>> и <<меньше>>, но вели­

чин, точно не измеряемых, например, ум и глупость, красота и без­

образие, храбрость и трусость, находчивость и тупость и т.д. Для

измерения этих величин нет единиц, эти величины не могут быть

выражены числами, - они не составляют предмета математики>>!.

Для перехода к метрическим (количественным) понятиям необ­ ходимо располагать единицей измерения. Тогда отношение данной конкретной величины к единице измерения можно выразить целым

числом или дробью, а отношение теоретических величин, например

диагонали квадрата к его стороне, - иррациональным числом. Хотя

количественные понятия связаны с процессом измерения, но они не возникают из эмпирических процедур измерения, как утверждают

операционалисты. В противном случае нам пришлось бы вместо од­ ного понятия длины, температуры или силы тока ввести столько разных понятий, сколько существует процедур для измерения этих величин.

Классификационные, сравнительные и метрические понятия

характеризуют разные степени количественного анализа величин и

их свойств, которые выражают уровень раскрытия особенностей исследуемых предметов и процессов. Обычно, чем лучше изучены качественные особенности явлений и процессов, тем лучше они поддаются математическому анализу.

 

 

1 Крылов А.Н. Прикладная математика и ее значение для человечества. - М. -Л., 1931. -С. 3.

Глава 4