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.