Эксперимент

Эксперимент - более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемый влияние исследователя на исследуемый объект с целью выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может изменять исследуемый объект, создавать искусственные условия для его изучения, вмешиваться в естественный ход процессов.

Составными частями эксперимента есть и другие методы эмпирического исследования (наблюдения, измерения). В то же время он имеет важные, присущие только ему особенности.

Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» виде, то есть можно устранить различные побочные факторы, наслоения, которые затрудняют процесс исследования. Например, проведение некоторых экспериментов невозможно без специально оборудованных помещений, защищенных (экранированных) от внешних электромагнитных воздействий на исследуемый объект.

Во-вторых, в ходе эксперимента объект может находиться в искусственных, в определенной степени, в частности экстремальных условиях, то есть изучаться при сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наоборот, в вакууме, в среде с огромным напряженностью электромагнитного поля и т.п . При таких искусственно созданных условиях удается выявить странные, порой неожиданные свойства объектов и тем самым глубже понять их сущность. В этом аспекте очень интересными и перспективными являются космические эксперименты, которые позволяют изучать объекты, явления в таких особых, необычных условиях (невесомость, глубокий вакуум), которые невозможно создать в земных лабораториях.

В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его ход. Как отмечал академик И. П. Павлов, "опыт будто берет явления в свои руки и удается то к одному, то к другому, и таким образом в искусственных, упрощенных комбинациях проявляет настоящий связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то , что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет ".

В-четвертых, важным преимуществом многих экспериментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента, а соответственно и проведены при этом наблюдения, измерения можно воспроизвести столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

В истории науки известен, например, такой случай. Американский физик Шенкланд, который изучал столкновения фотонов с электронами, пришел к выводу о невыполнении закона сохранения энергии в элементарном акте столкновения. Эти эксперименты вызвали сенсацию. Но ряд крупных физиков, в том числе А. Ф. Иоффе, отнеслись к ним скептически. Тогда Шенкланд решил повторить свои эксперименты. Пытаясь воссоздать свои прежние результаты, он нашел ошибку в методике экспериментирования. Оказалось, что при условии правильной постановки эксперимента закон сохранения энергии подтверждается и в указанном элементарном акте столкновения. Так благодаря воспроизводимости экспериментальных исследований эксперимент Шенкланда опроверг первый.

Подготовка и проведение эксперимента требуют соблюдения ряда условий. Так, научный эксперимент:

· Никогда не ставится наобум, а предполагает наличие четко сформулированной цели исследования;

• не проводится "вслепую", всегда базируется на каких-то исходных теоретических положениях;

• не осуществляется беспланово, хаотично; предварительно исследователь составляет план его проведения;

· Требует определенного, необходимого для его реализации, уровня развития технических средств познания;

· Должен проводиться людьми, которые имеют достаточно высокую квалификацию.

Только совокупность всех этих условий определяет успех экспериментальных исследований.

В зависимости от характера проблем, которые решаются в ходе экспериментов, последние, конечно, делятся на исследовательские и проверочные.

Исследовательские эксперименты дают возможность выявить в объекте новые, неизвестные свойства. Результатом таких экспериментов могут быть выводы, не вытекающие из предыдущих знаний об объекте исследования. Примером могут быть эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда, в ходе которых было обнаружено странное поведение альфа-частиц, когда они бомбили золотую фольгу: большинство частиц проходила сквозь фольгу, незначительное количество частиц отклонялась и рассеивалась, а некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали назад, как мяч от сетки. Такая экспериментальная картина согласно расчетам объяснялась тем, что практически вся масса атома сосредоточена в ядре, которое занимает незначительную часть его объема (отскакивали назад альфа-частицы, которые испытывали столкновения с ядром). Так исследовательский эксперимент, проведенный Резерфордом и его сотрудниками, позволил выявить ядро атома и тем самым положить начало рождения ядерной физики.

Проверочные эксперименты важны для проверки, подтверждения тех или иных теоретических построений. Так, существование целого ряда элементарных частиц (позитрона, нейтрино и др.) Было сначала предсказано теоретически, и лишь позже они были обнаружены экспериментальным путем.

Проникновение человеческого познания в микромир потребовало проведения экспериментальных исследований, в которых нельзя было пренебречь влиянием прибора на объект (точнее сказать, микрообъекты) познания. В силу этого обстоятельства некоторые физики пришли к выводу, что, в отличие от классической механики, в квантовой механике эксперимент играет принципиально иную роль.

Но збурне действия прибора не может уменьшить познавательной роли эксперимента в физике микромира. Приборы оказывают збурне действия на объект исследования и в классической физике, имеет дело с макрообъектами; только эта их действие здесь очень незначительна и ею можно пренебречь. В сфере же материальной действительности, которую исследует квантовая механика, прибор оказывает на частицу гораздо существеннее збурне деяния, которое нельзя оставить без внимания. Однако это влияние не означает, что прибор порождает свойства микрочастиц материи по воле экспериментатора (как утверждали некоторые физики). Необходимо также отметить, что збурне деяния касается только количественной стороны свойств микрочастицы - величины энергии, импульса, ее пространственной локализации. Качественная же специфика микрочастиц не претерпит в результате возбуждения никаких изменений: электрон остается электроном, протон - протоном и т.д.

Принимая во внимание методику проведения и полученные результаты, эксперименты можно разделить на качественные и количественные. Качественные эксперименты имеют поисковый характер и не дают возможности получить какие-то количественные соотношения. Они позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление. Количественные эксперименты направленные на установление точных количественных зависимостей в исследуемом явлении. В реальной практике экспериментального исследования оба указанных типа экспериментов реализуются, как правило, в виде последовательных этапов развития познания.

Как известно, связь между электрическими и магнитными явлениями впервые установил датский физик Эрстед в результате исключительно качественного эксперимента. Поместив магнитную стрелку компаса рядом с проводником, через который проходил электрический ток, он обнаружил, что стрелка отклоняется от первоначального положения. После того как

Эрстед опубликовал свое открытие, количественные эксперименты провели французские ученые Био и Савар, а также Ампер. их эксперименты стали основанием для вывода соответствующей математической формулы. Все эти качественные и количественные эмпирические исследования были положены в основу учения о электромагнетизм.

В зависимости от области научного знания, где применяется экспериментальный метод исследования, различают естественнонаучный, прикладной (в технических науках, в сельскохозяйственной науке и т.д.) и социально-экономический эксперименты. •

Завершая обзор экспериментального метода исследования, следует обратить внимание на еще одну очень важную проблему - планирование эксперимента. В первую половине 20 века все экспериментальные исследования сводились к проведению так называемого однофакторного эксперимента, когда изменялся какой-то один фактор исследуемого процесса, а все остальные оставались неизменными. Но развитие науки настоятельно требовал исследования процессов, которые зависят от большого количества меняющихся факторов. Использование в этом случае методики однофакторного эксперимента не имело смысла, поскольку требовало проведения астрономического количества опытов.

В начале 20-х годов XX века английский статистик Р. Фишер впервые разработал и доказал целесообразность метода одновременного варьирования всех факторов, влияющих на результаты экспериментальных исследований в области прикладных наук. Но только через три десятилетия эта работа Фишера нашла практическое применение. В 1951 году для бокса и Уилсон разработали метод, согласно которому исследователь должен проводить небольшие последовательные серии опытов, варьируя в каждой из этих серий по определенным правилам все факторы. Причем осуществляются указанные серии таким образом, чтобы после математической обработки предыдущей серии можно было выбрать (спланировать) условия проведения следующего этапа, в конечном итоге позволит определить область оптимума.

После указанной работы Бокса и Уилсона появился еще целый ряд работ на эту же тему, в которых предлагались и другие методики. Достигнутые успехи в теоретической разработке и практическом применении планирования эксперимента в научных исследованиях привели к появлению новой дисциплины - математической теории эксперимента. Эта теория направлена на получение достоверного результата экспериментального исследования с минимальными затратами труда, времени и средств. В итоге - оптимизация работы экспериментатора и одновременно высокое качество экспериментальных исследований. А "высокое качество эксперимента, как подчеркивал академик П. Л. Капица, является необходимым условием здорового развития науки".

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >