Систематические и случайные наблюдения

Научные наблюдения всегда целенаправленны и осуществляются как систематические, а в систематических наблюдениях субъект обязатель­но конструирует приборную ситуацию. Эти наблюдения предполагают особое деятельностное отношение субъекта к объекту, которое можно рассматривать как своеобразную квазиэкспериментальную практику. Что же касается случайных наблюдений, то для исследования их явно недостаточно. Случайные наблюдения могут стать импульсом к откры­тию тогда и только тогда, когда они переходят в систематические на­блюдения. А поскольку предполагается, что в любом систематическом наблюдении можно обнаружить деятельность по конструированию приборной ситуации, постольку проблема может быть решена в общем виде. Несмотря на различия между экспериментом и наблюдением, оба предстают как формы практически деятельностного отношения субъ­екта к объекту. Теперь остается доказать, что систематические наблюде­ния предполагают конструирование приборной ситуации. Для этого мы специально рассмотрим такие наблюдения, где заведомо невозмож­но реальное экспериментирование с изучаемыми объектами. К ним от­носятся, например, наблюдения в астрономии.

Рассмотрим один из типичных случаев эмпирического исследова­ния в современной астрономии — наблюдение за поляризацией света звезд в облаках межзвездной пыли, проводившееся с целью изучения магнитного поля Галактики.

Задача состояла в том, чтобы выяснить, каковы величина и на­правление напряженности магнитного поля Галактики. При опреде­лении этих параметров в процессе наблюдения использовалось свой­ство частиц межзвездной пыли, заключающихся в их ориентации магнитными силовыми линиями Галактики. В свою очередь об этой ориентации можно было судить, изучая эффекты поляризации света, проходящего через облако пыли. Тем самым параметры поляризован­ного света, регистрируемые приборами на Земле, позволяли получить сведения об особенностях магнитного поля Галактики.

Нетрудно видеть, что сам процесс наблюдения предполагал здесь предварительное конструирование приборной ситуации из естествен­ных объектов природы. Звезда, излучающая свет, функционировала как приготовляющая подсистема, частицы пыли, ориентированные в магнитном поле Галактики, играли роль рабочей подсистемы, и лишь регистрирующая часть была представлена приборами, искусственно созданными в практике. В результате объекты: «звезда как источник излучения», «облако межзвездной пыли», «регистрирующие устрой­ства на Земле» образовывали своего рода гигантскую эксперимен­тальную установку, «работа» которой позволяла изучить характерис­тики магнитного поля Галактики.

В зависимости от типа исследовательских задач в астрономии кон­струируются различные типы приборных ситуаций. Они соответству­ют различным методам наблюдения и во многом определяют специ­фику каждого такого метода. Для некоторых методов приборная ситуация выражена настолько отчетливо, что аналогия между соот­ветствующим классом астрономических наблюдений и эксперимен­тальной деятельностью прослеживается с очевидностью. Так, напри­мер, при определении угловых размеров удаленных космических объектов — источников излучения — широко используется метод по­крытия наблюдаемого объекта Луной. Дифракция излучения на краях Луны позволяет с большой точностью определить координаты соот­ветствующего источника. Таким путем были установлены радиокоор­динаты квазаров, исследован характер рентгеновского излучения Крабовидной туманности (был получен ответ на вопрос, является ли источником радиоизлучения вся туманность либо внутри ее находит­ся точечный рентгеновский источник); этот метод широко применя­ется при определении размеров некоторых астрономических объек­тов. Во всех наблюдениях такого типа Луна используется в качестве передвижного экрана и служит своеобразной «рабочей подсистемой» в приборной ситуации соответствующих астрофизических опытов.

Довольно отчетливо обнаруживается приборная ситуация и в на­блюдениях, связанных с определением расстояния до небесных объ­ектов. Например, в задачах по определению расстояния до ближай­ших звезд методом параллакса в функции прибора используется Земля; при установлении расстояний до удаленных галактик методом Цефеид этот класс переменных звезд также функционирует в качестве средств наблюдения и т.д.

Правда, можно указать и на такие виды систематических наблюде­ний в астрономии, которые на первый взгляд весьма далеки от анало­гии с экспериментом. В частности, при анализе простейших форм ас­трономического наблюдения, свойственных ранним этапам развития астрономии, нелегко установить, как конструировалась в них прибор­ная ситуация. Тем не менее здесь все происходит аналогично уже рассмотренным случаям. Так, уже простое визуальное наблюдение за пе­ремещением планеты на небесном своде предполагало, что наблюда­тель должен предварительно выделить линию горизонта и метки на небесном своде (например, неподвижные звезды), на фоне которых наблюдается движение планеты. В основе этих операций, по сущест­ву, лежит представление о небесном своде как своеобразной проградуированной шкале, на которой фиксируется движение планеты как светящейся точки (неподвижные же звезды на небесном своде играют здесь роль средств наблюдения). Причем по мере проникновения в астрономическую науку математических методов градуировка небес­ного свода становится все более точной и удобной для проведения из­мерений. Уже в IV столетии до н.э. в египетской и вавилонской астро­номии возникает зодиак, состоящий из 12 участков по 30 градусов, как стандартная шкала для описания движения Солнца и планет. Использование созвездий зодиака в функции шкалы делает их средст­вами наблюдения, своеобразным приборным устройством, позволяю­щим точно фиксировать изменение положения Солнца и планет.

Таким образом, не только в эксперименте, но и в процессе научно­го наблюдения природа дана наблюдателю не в форме созерцания, а в форме практики. Исследователь всегда выделяет в природе (или создает искусственно из ее материалов) некоторый набор объектов, фиксируя каждый из них по строго определенным признакам, и ис­пользует их в качестве средств эксперимента и наблюдения (прибор­ных подсистем).

Отношение последних к изучаемому в наблюдении объекту обра­зует предметную структуру систематического наблюдения и экспери­ментальной деятельности. Эта структура характеризуется переходом от исходного состояния наблюдаемого объекта к конечному состоя­нию после взаимодействия объекта со средствами наблюдения (при­борными подсистемами).

Жесткая фиксация структуры наблюдений позволяет выделить из бесконечного многообразия природных взаимодействий именно те, которые интересуют исследователя.

Конечная цель естественнонаучного исследования состоит в том, чтобы найти законы (существенные связи объектов), которые управ­ляют природными процессами, и на этой основе предсказать будущие возможные состояния этих процессов. Поэтому если исходить из гло­бальных целей познания, то предметом исследования нужно считать существенные связи и отношения природных объектов.

Но на разных уровнях познания такие связи изучаются по-разно­му. На теоретическом уровне они отображаются «в чистом виде» через систему соответствующих абстракций. На эмпирическом они изуча­ются по их проявлению в непосредственно наблюдаемых эффектах. Поэтому глобальная цель познания конкретизируется применительно к каждому из его уровней. В экспериментальном исследовании она выступает в форме специфических задач, которые сводятся к тому, чтобы установить, как некоторое начальное состояние испытуемого фрагмента природы при фиксированных условиях порождает его ко­нечное состояние. По отношению к такой локальной познавательной задаче вводится особый предмет изучения. Им является объект, изме­нение состояний которого прослеживается в опыте. В отличие от предмета познания в глобальном смысле его можно было бы называть предметом эмпирического знания. Между ним и предметом позна­ния, единым как для эмпирического, так и для теоретического уров­ня, имеется глубокая внутренняя связь.

Когда в эксперименте и наблюдении исследователь регистрирует конечное состояние О2 испытуемого объекта, то при наличии фикси­рованной приборной ситуации и начального состояния О1 объекта, это эквивалентно нахождению последнего недостающего звена, кото­рое позволяет охарактеризовать структуру экспериментальной дея­тельности. Определив эту структуру, исследователь тем самым неявно выделяет среди многочисленных связей природного объекта те (зако­номерности), которые управляют изменением состояний объекта эм­пирического знания. Переход объекта из состояния О1 в состояние О2 не произволен, а определен законами природы. Поэтому, многократ­но зарегистрировав в эксперименте и наблюдении изменение состоя­ний объекта, исследователь неявно фиксирует самой структурой дея­тельности и соответствующий закон природы.

Объекты эмпирического знания выступают здесь в качестве свое­образного индикатора предмета исследования, общего как для эмпи­рического, так и для теоретического уровня.

Фиксация предмета исследования в рамках экспериментальной или квазиэкспериментальной деятельности является тем признаком, по которому можно отличить эксперимент и систематические наблю­дения от случайных наблюдений. Последние суть наблюдения в усло­виях, когда приборная ситуация и изучаемый в опыте объект еще не выявлены. Регистрируется лишь конечный результат взаимодействия, который выступает в форме эффекта, доступного наблюдению. Одна­ко неизвестно, какие именно объекты участвуют во взаимодействии и что вызывает наблюдаемый эффект. Структура ситуации наблюдения здесь не определена, а поэтому неизвестен и предмет исследования. Вот почему от случайных наблюдений сразу невозможен переход к более высоким уровням познания, минуя стадию систематических наблюдений. Случайное наблюдение способно обнаружить необыч­ные явления, которые соответствуют новым характеристикам уже от­крытых объектов либо свойствам новых, еще не известных объектов. В этом смысле оно может служить началом научного открытия. Но для этого оно должно перерасти в систематические наблюдения, осу­ществляемые в рамках эксперимента или квазиэкспериментального исследования природы. Такой переход предполагает построение при­борной ситуации и четкую фиксацию объекта, изменение состояний которого изучается в опыте. Так, например, когда К. Янский в опытах по изучению грозовых помех на межконтинентальные радиотелефон­ные передачи случайно натолкнулся на устойчивый радиошум, не связываемый ни с какими земными источниками, то это случайное наблюдение дало импульс серии систематических наблюдений, ко­нечным итогом которых было открытие радиоизлучения области Млечного Пути. Характерным моментом в осуществлении этих на­блюдений было конструирование приборной ситуации.

Главная задача здесь состояла в том, чтобы определить источник устойчивого радиошума. После установления его внеземного проис­хождения решающим моментом явилось доказательство, что таким источником не являются Солнце, Луна и планеты. Наблюдения, поз­волившие сделать этот вывод, были основаны на применении двух ти­пов приборной ситуации. Во-первых, использовалось вращение Зем­ли, толща которой применялась в наблюдении в функции экрана, перекрывающего в определенное время суток Солнце, Луну и плане­ты (наблюдения показали, что в моменты такого перекрытия радио-шум не исчезает). Во-вторых, в наблюдении исследовалось поведение источника радиошума при перемещении Солнца, Луны и планет на небесном своде относительно линии горизонта и неподвижных звезд. Последние в этой ситуации были использованы в качестве реперных точек (средств наблюдения), по отношению к которым фиксирова­лось возможное перемещение источника радиошума. Вся эта серия опытов позволила в конечном итоге идентифицировать положение источника с наблюдаемыми в каждый момент времени суток и года положениями на небосводе Млечного Пути.

Характерно, что в последнем шаге исследований К. Янского была четко обозначена предметная структура наблюдения, в рамках которой изучаемый эффект (радиошум) был представлен как радиоизлучение Млечного Пути. Были выделены начальное состояние объекта эмпирического знания — положение источника радиошум³ на небесном своде в момент Т1 и конечное состояние — положение источника в момент Т2 и приборная ситуация (в качестве средств ис­следования фиксировались небесный свод с выделенным на нем рас­положением звезд, линия горизонта, Земля, вращение которой обес­печивало изменение положений радиоисточника по отношению к наблюдателю, и, наконец, приборы — регистраторы радиоизлуче­ния). Наблюдения с жестко фиксированной структурой названного типа позволили раскрыть природу случайно обнаруженного эффекта радиоизлучения Млечного Пути.

Таким образом, путь от случайной регистрации нового явления к выяснению основных условий его возникновения и его природы про­ходит через серию наблюдений, которые отчетливо предстают в каче­стве квазиэкспериментальной деятельности.

Важно обратить внимание на следующее обстоятельство. Само осуществление систематических наблюдений предполагает использо­вание теоретических знаний. Они применяются и при определении целей наблюдения, и при конструировании приборной ситуации. В примере с открытием Янского систематические наблюдения были целенаправленны теоретическими представлениями о существовании разнообразных космических источников радиоизлучения. В примере с исследованием магнитного поля Галактики при конструировании приборной ситуации в явном виде использовались представления классической теории электромагнитного поля (рассмотрение поля как конфигурации силовых линий, применение законов поляризации света и т.п.).

Все это означает, что наблюдения не являются чистой эмпирией, а несут на себе отпечаток предшествующего развития теорий.

В еще большей мере это относится к следующему слою эмпириче­ского познания, на котором формируются эмпирические зависимос­ти и факты.