Эксперименты и данные наблюдения

Данные наблюдения в языке науки выражаются в форме особых вы­сказываний — записей в протоколах наблюдения. В протоколе на­блюдения указывается, кто наблюдал, время наблюдения, описыва­ются приборы, если они применялись в наблюдении, а протокольные предложения формулируются как высказывания типа: «N наблюдал, что после включения тока стрелка на приборе показывает цифру 5»,' «N наблюдал в телескоп на участке неба (с координатами х, у) яркое световое пятнышко» и т.п.

Если, например, проводился социологический опрос, то в роли протокола наблюдения выступает анкета с ответом опрашиваемого. Если же в процессе наблюдения осуществлялись измерения, то каж­дая фиксация результата измерения эквивалентна протокольному предложению.

Протокольные предложения не только содержат информацию об изучаемых явлениях, но и, как правило, включают ошибки наблюда­теля, наслоения внешних возмущающих воздействий, систематичес­кие и случайные ошибки приборов. Но тогда данные наблюдения, в силу того что они отягощены субъективными наслоениями, не могут служить эмпирическим основанием для теоретических построений.

Такими основаниями выступают эмпирические факты. Именно они образуют эмпирический базис, на который опираются научные теории. Факты фиксируются в языке науки в высказываниях типа: «сила тока в цепи зависит от сопротивления проводника»; «в созвез­дии Девы вспыхнула сверхновая звезда»; «более половины опрошен­ных в городе недовольны экологией городской среды» и т.п.

Уже сам характер фактофиксирующих высказываний подчеркива­ет их особый объективный статус, по сравнению с протокольными предложениями. Но тогда возникает новая проблема: как осуществ­ляется переход от данных наблюдения к эмпирическим фактам и что гарантирует объективный статус научного факта?

Постановка этой проблемы была важным шагом на пути к выясне­нию структуры эмпирического познания. Эта проблема активно разрабатывалась в методологии науки XX столетия. В конкуренции раз­личных подходов и концепций она выявила многие важные характе­ристики научной эмпирии, хотя и на сегодняшний день проблема да­лека от окончательного решения.

Определенный вклад в ее разработку был внесен и позитивизмом, хотя нелишне еще раз подчеркнуть, что его стремление ограничиться только изучением внутренних связей научного знания и абстрагиро­ваться от взаимоотношения науки и практики резко сужало возмож­ности адекватного описания исследовательских процедур и приемов формирования эмпирического базиса науки.

Представляется, что деятельностный подход открывает наилуч­шие возможности для анализа. С позиций этого подхода мы и будем рассматривать структуру и функции каждого из отмеченных слоев эмпирического уровня познания. Начнем с более детального анали­за подуровня наблюдений, который обеспечивает непосредствен­ный контакт субъекта с исследуемыми процессами. Важно сразу же уяснить, что научное наблюдение носит деятельностный характер, предполагая не просто пассивное созерцание изучаемых процессов, а их особую предварительную организацию, обеспечивающую кон­троль за их протеканием.

Деятельностная природа эмпирического исследования на уровне наблюдений наиболее отчетливо проявляется в ситуациях, когда на­блюдение осуществляется в ходе реального эксперимента. По традиции эксперимент противопоставляется наблюдению вне эксперимента. Не отрицая специфики этих двух видов познавательной деятельности, мы хотели бы тем не менее обратить внимание на их общие родовые при­знаки.

Для этого целесообразно вначале более подробно рассмотреть, в чем заключается особенность экспериментального исследования как практической деятельности, структура которой реально выявляет те или иные интересующие исследователя связи и состояния действи­тельности³.

Предметная структура экспериментальной практики может быть рассмотрена в двух аспектах: во-первых, как взаимодействие объек­тов, протекающее по естественным законам, и, во-вторых, как искус­ственное, человеком организованное действие. В первом аспекте мы Можем рассматривать взаимодействие объектов как некоторую сово­купность связей действительности, где ни одна из этих связей акту­ально не выделена в качестве исследуемой. В принципе, объектом по­знания может служить любая из них. Лишь учет второго аспекта Позволяет выделить ту или иную связь по отношению к целям познания и тем самым зафиксировать ее в качестве предмета исследования Но тогда явно или неявно совокупность взаимодействующих в опыте объектов как бы организуется в системе определенной цепочки отно­шений: целый ряд их реальных звеньев оказывается несущественным и функционально выделяется лишь некоторая группа отношений, ха­рактеризующих изучаемый «срез» действительности.

Проиллюстрируем это на простом примере. Допустим, что в рам­ках классической механики изучается движение относительно по­верхности Земли массивного тела небольших размеров, подвешенно­го на длинной не растягивающейся нити. Если рассматривать такое движение только как взаимодействие природных объектов, то оно предстает в виде суммарного итога проявления самых различных за­конов. Здесь как бы накладываются друг на друга такие связи приро­ды, как законы колебания, свободного падения, трения, аэродинами­ки (обтекание газом движущегося тела), законы движения в неинерциальной системе отсчета (наличие сил Кориолиса вследствие вращения Земли) и т.д. Но как только описанное взаимодействие природных объектов начинает рассматриваться в качестве экспери­мента по изучению, например, законов колебательного движения, то тем самым вычленяется определенная группа свойств и отношений этих объектов.

Прежде всего взаимодействующие объекты — Земля, движущееся массивное тело и нить подвеса — рассматриваются как носители только определенных свойств, которые функционально, самим спо­собом «включения» их в «экспериментальное взаимодействие», выде­ляются из всех других свойств. Нить и подвешенное на ней тело пред­стают как единый предмет — маятник. Земля фиксируется в данной экспериментальной ситуации 1) как тело отсчета (для этого выделяет­ся направление силы тяжести, которое задает линию равновесия ма­ятника) и 2) как источник силы, приводящий в движение маятник. Последнее в свою очередь предполагает, что сила тяжести Земли должна рассматриваться лишь в определенном аспекте. А именно, по­скольку, согласно цели эксперимента, движение маятника представ­ляется как частный случай гармонического колебания, то тем самым учитывается лишь одна составляющая силы тяжести, которая возвра­щает маятник к положению равновесия. Другая же составляющая не принимается во внимание, поскольку она компенсируется силой на­тяжения нити.

Описанные свойства взаимодействующих объектов, выступая в акте экспериментальной деятельности на передний план, тем самым вводят строго определенную группу отношений, которая функционально вычленяется из всех других отношений и связей природного вза­имодействия. По существу, описанное движение подвешенного на нити массивного тела в поле тяжести Земли предстает как процесс пе­риодического движения центра массы этого тела под действием квазиупругой силы, в качестве которой фигурирует одна из составляю­щих силы тяготения Земли. Эта «сетка отношений», выступающая на передний план в рассматриваемом взаимодействии природы, и есть та объектная структура практики, в рамках которой изучаются законы колебательного движения.

Допустим, однако, что-то же самое движение в поле тяжести Зем­ли тела, подвешенного на нити, выступает как эксперимент с маятни­ком Фуко. В этом случае предметом изучения становится иная при­родная связь — законы движения в инерциальной системе. Но тогда требуется выделить совершенно иные свойства взаимодействующих фрагментов природы.

Фактически закрепленное на нити тело функционирует теперь только как движущаяся масса с фиксированным относительно Земли направлением движения. Строго говоря, при этом система «тело плюс нить в поле тяжести» уже не рассматривается как маятник (поскольку здесь оказывается несущественной с точки зрения изучаемой связи основная характеристика маятника — период его колебания). Далее, Земля, относительно которой рассматривается движение тела, теперь фиксируется по иным признакам. Из всего многообразия ее свойств в рамках данного эксперимента оказываются существенными направ­ление оси вращения Земли и величина угловой скорости вращения, задание которых позволяет определить кориолисовы силы. Силы же тяготения, в принципе, уже не играют существенной роли для целей экспериментального исследования кориолисовых сил. В результате выделяется новая «сетка отношений», которая характеризует изучае­мый в рамках данного эксперимента «срез» действительности. На пе­редний план выступает теперь движение тела с заданной скоростью вдоль радиуса равномерно вращающегося диска, роль которого игра­ет плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли и проходящая через ту точку, где в момент наблюдения находится рассматриваемое тело. Это и есть структура эксперимента с маятником Фуко, позволя­ющего изучать законы движения в неинерциальной (равномерно вра­щающейся) системе отсчета.

Аналогичным образом в рамках анализируемого взаимодействия природных объектов можно было бы выделить объектные структуры иного типа, если данное взаимодействие представить как разновид­ность экспериментальной практики по изучению, например, законов свободного падения или, допустим, законов аэродинамики (разумеет­ся, отвлекаясь при этом от того, что в реальной экспериментальной деятельности такого рода опыты для данной цели не используются) Анализ таких абстрактных ситуаций хорошо иллюстрирует то обстоя­тельство, что реальное взаимодействие природных объектов может быть представлено как своего рода «суперпозиция» различного типа «практических структур», число которых, в принципе, может быть не­ограниченным.

В системе научного эксперимента каждая из таких структур выде­ляется благодаря фиксации взаимодействующих объектов по строго определенным свойствам. Эта фиксация, конечно, не означает, что у объектов природы исчезают все другие свойства, кроме интересую­щих исследователя. В реальной практике необходимые свойства объ­ектов выделяются самим характером оперирования с ними. Для этого объекты, приведенные во взаимодействие в ходе эксперимента, долж­ны быть предварительно выверены практическим употреблением для выявления у них свойств, стабильно воспроизводящихся в условиях будущей экспериментальной ситуации. Так, нетрудно видеть, что экс­перимент с колебанием маятника мог быть осуществлен лишь по­стольку, поскольку предшествующим развитием практики было стро­го выявлено, что, например сила тяжести Земли в данном месте постоянна, что любое тело, имеющее точку подвеса, будет совершать колебания относительно положения равновесия и т.п. Важно под­черкнуть, что вычленение этих свойств стало возможным лишь благо­даря соответствующему практическому функционированию рассмат­риваемых объектов. В частности, свойство Земли быть источником постоянной силы тяготения многократно использовалось в человече­ской практике, например при перемещении различных предметов, за­бивании свай с помощью падающего груза и т.п. Подобные операции позволили функционально выделить характеристическое свойство Земли «быть источником постоянной силы тяжести».

В этом смысле в экспериментах по изучению законов колебания маятника Земля выступает не просто как природное тело, а как своео­бразный «искусственно изготовленный» объект человеческой практи­ки, ибо для природного объекта «Земля» данное свойство не имеет никаких «особых привилегий» по сравнению с другими свойствами. Оно существует реально, но на передний план как особое, выделенное свойство выступает только в системе определенной человеческой практики. Экспериментальная деятельность представляет собой спе­цифическую форму природного взаимодействия, и, важнейшей чер­той, определяющей эту специфику, является именно то, что взаимодействующие в эксперименте фрагменты природы всегда предстают как объекты с функционально выделенными свойствами.

В развитых формах эксперимента такого рода объекты изготовля­ются искусственно. К ним относятся в первую очередь приборные ус­тановки, с помощью которых проводится экспериментальное иссле­дование. Например, в современной ядерной физике это могут быть установки, приготовляющие пучки частиц, стабилизированные по определенным параметрам (энергия, пульс, поляризация); мишени, бомбардируемые этими пучками; приборы, регистрирующие резуль­таты взаимодействия пучка с мишенью. Для наших целей важно уяс­нить, что само изготовление, выверка и использование таких устано­вок аналогичны операциям функционального выделения свойств у объектов природы, которыми оперирует исследователь в описанных выше экспериментах с маятником. В обоих случаях из всего набора свойств, которыми обладают материальные объекты, выделяются лишь некоторые свойства, и данные объекты функционируют в экс­перименте только как их носители.

С таких позиций вполне правомерно рассматривать объекты при­роды, включенные в экспериментальную ситуацию, как «квазипри­борные» устройства независимо от того, получены они искусствен­ным путем или естественно возникли в природе независимо от деятельности человека. Так, в экспериментальной ситуации по изуче­нию законов колебания Земля «функционирует» как особая прибор­ная подсистема, которая как бы «приготовляет» постоянную силу тя­готения (аналогично тому, как созданный человеком ускоритель при жестко фиксированном режиме работы будет генерировать импульсы заряженных частиц с заданными параметрами). Сам маятник играет здесь роль рабочего устройства, функционирование которого дает возможность зафиксировать характеристики колебания. В целом же система «Земля плюс маятник» может быть рассмотрена как своеоб­разная квазиэкспериментальная установка, «работа» которой позво­ляет исследовать законы простого колебательного движения.

В свете изложенного специфика эксперимента, отличающая его от взаимодействий в природе «самой по себе», может быть охарактеризо­вана так, что в эксперименте взаимодействующие фрагменты приро­ды всегда выступают в функции приборных подсистем. Деятельность ^по «наделению» объектов природы функциями приборов будем в Дальнейшем называть созданием приборной ситуации. Причем саму приборную ситуацию будем понимать как функционирование квазиприборных устройств, в системе которых испытывается некоторый Фрагмент природы. И поскольку характер взаимоотношений испытуемого фрагмента с квазиприборными устройствами функционально выделяет у него некоторую совокупность характеристических свойств, наличие которых в свою очередь определяет специфику вза­имодействий в рабочей части квазиприборной установки, то испыту­емый фрагмент включается как элемент в приборную ситуацию.

В рассматриваемых выше экспериментах с колебанием маятника мы имели дело с существенно различными приборными ситуациями в зависимости от того, являлось ли целью исследования изучение за­конов колебания или законов движения в равномерно вращающейся системе. В первом случае маятник включен в приборную ситуацию в качестве испытуемого фрагмента, во втором он выполняет совершен­но иные функции. Здесь он выступает как бы в трех отношениях: 1) самодвижение массивного тела (испытуемый фрагмент) включено в функционирование рабочей подсистемы в качестве ее существенно­го элемента (наряду с вращением Земли); 2) периодичность же движе­ния маятника, которая в предыдущем опыте играла роль изучаемого свойства, теперь используется только для того, чтобы обеспечить ста­бильные условия наблюдения (в этом смысле колеблющийся маятник функционирует уже как приготовляющая приборная подсистема); 3) свойство маятника сохранять плоскость колебания позволяет ис­пользовать его и в качестве части регистрирующего устройства (сама плоскость колебания здесь выступает в роли своеобразной стрелки, поворот которой относительно плоскости вращения Земли фиксиру­ет наличие кориолисовой силы). Такого рода функционирование вза­имодействующих в опыте природных фрагментов в роли приборных подсистем или их элементов и выделяет актуально, как бы «выталки­вает» на передний план, отдельные свойства этих фрагментов. Все это приводит к функциональному вычленению из множества потенци­ально возможных объектных структур практики именно той, которая репрезентирует изучаемую связь природы.

Такого рода связь выступает как объект исследования, который изу­чается и на эмпирическом, и на теоретическом уровне познавательной деятельности. Выделение объекта исследования из совокупности всех возможных связей природы определяется целями познания и на раз­ных уровнях последнего находит свое выражение в формулировке раз­личных познавательных задач. На уровне экспериментального иссле­дования такие задачи выступают как требование зафиксировать (измерить) наличие какого-либо характеристического свойства у испы­туемого фрагмента природы. Однако важно сразу же уяснить, что объ­ект исследования всегда представлен не отдельным элементом (вещью) внутри приборной ситуации, а всей ее структурой.

На примерах, разобранных выше, по существу, было показано, что соответствующий объект исследования — будь то процесс гармониче­ского колебания или движение в неинерциальной системе отсчета — может быть выявлен только через структуру отношений, участвующих в эксперименте природных фрагментов.

Аналогичным образом обстоит дело и в более сложных случаях, от­носящихся, например, к экспериментам в атомной физике. Так, в из­вестных опытах по обнаружению комптон-эффекта предмет исследо­вания — «корпускулярные свойства рентгеновского излучения, рассеянного на свободных электронах» — определялся через взаимо­действие потока рентгеновского излучения и рассеивающей его гра­фитной мишени при условии регистрации излучения особым прибо­ром. И только структура отношений всех этих объектов (включая прибор для регистрации) репрезентирует исследуемый «срез» действи­тельности. Такого рода фрагменты реальных экспериментальных ситу­аций, использование которых задает объект исследования, будем на­зывать в дальнейшем объектами оперирования. Данное различение позволит избежать двусмысленности при использовании термина «объект» в процессе описания познавательных операций науки. В этом различии фиксируется тот существенный факт, что объект исследова­ния не совпадает ни с одним из отдельно взятых объектов оперирова­ния любой экспериментальной ситуации. Подчеркнем также, что объ­екты оперирования по определению не тождественны «естественным» фрагментам природы, поскольку выступают в системе эксперимента как своеобразные «носители» некоторых функционально выделенных свойств. Как было показано выше, объекты оперирования обычно на­деляются приборными функциями и в этом смысле, будучи реальны­ми фрагментами природы, вместе с тем выступают и как продукты «искусственной» (практической) деятельности человека.

Наблюдения выступают в этом случае не просто фиксацией неко­торых признаков испытуемого фрагмента. Они несут неявно инфор­мацию и о тех связях, которые породили наблюдаемые феномены.

Но тогда возникает вопрос: справедливо ли сказанное для любых наблюдений? Ведь они могут быть получены и вне эксперименталь­ного исследования объекта. Более того, наблюдения могут быть случайными, но, как показывает история науки, они весьма часто являются началом новых открытий. Где во всех этих случаях практи­ческая деятельность, которая организует определенным способом взаимодействие изучаемых объектов? Где контроль со стороны по­знающего субъекта за условиями взаимодействия, контроль, кото­рый позволяет сепарировать многообразие связей действительности, функционально выделяя именно те, проявления которых под­лежат исследованию?

Ответы на эти вопросы могут показаться неожиданными, поэтому рассмотрим их более детально.