Георгий Рузавин - Методология научного познания [Учебное пособие для вузов]

PV = RT,

где Р — давление; V — объем; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура в абсолютной шкале Кельвина.

При планировании эксперимента и оценке его результатов приходится учитывать также характер величин, измеряемых в ходе опыта. В этом отношении более сложными являются эксперименты, в которых исследуемые величины заданы статистическим образом. К чисто экспериментальным трудностям здесь добавляются трудности математического характера. Не случайно поэтому в последние десятилетия в математической статистике возникло специальное направление, которое ставит своей задачей планирование и математическую обработку статистических экспериментов [33] Одной из лучших работ в этой области является книга известного английского статистика Р. А. Фишера «Конструкция эксперимента» (См.: R. A. Fisher. The Decision of Experiment. — London, 1951). .

Однако, как бы эксперимент ни планировался, при его проведении 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 эксперимента от теории проявляется не только при его планировании, но в еще большей мере при истолковании его результатов. При интерпретации 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 теорией или гипотезой, с помощью которых он смог бы объяснить результаты своего эксперимента. Иногда такие эксперименты даже противоречат теоретическим представлениям, доминирующим в той или иной отрасли науки. Об этом свидетельствовали, например, многочисленные результаты экспериментов, полученные в конце XIX — начале XX в., которые явно не укладывались в рамки старых классических представлений физики. В 1900 г. М. Планк, убедившись в невозможности объяснить экспериментальные данные по тепловому излучению с позиций классической физики, предложил рассматривать излучение не как непрерывный, а как дискретный процесс 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, — характеризуется накоплением все новых эмпирических данных в пользу реальности этого кванта и полной неприспособленности классических понятий для оперирования с ним» [34] Борн М. Физика в жизни моего поколения. — М., 1963. — С. 147. .

Разумеется, не всякая интерпретация экспериментальных данных приводит к революционным изменениям в науке. Однако любая интерпретация предъявляет определенные требования к существующим теориям, начиная от пересмотра некоторых их элементов и заканчивая модификацией исходных допущений и принципов.

Функции эксперимента в научном исследовании.Преимущество эксперимента перед наблюдением состоит прежде всего в том, что он дает возможность активно и целенаправленно исследовать возникающие 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, который обращен к природе. Хотя такой метафорический способ выражения и не свободен от недостатков, тем не менее он удачно выражает 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 было бы наблюдать ход процесса «в чистом виде». В этих целях в эксперименте четко отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. Но такое упрощение, хотя и отдаляет нас от действительности, в конечном итоге способствует более глубокому 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, естественно, напрашивается аналогия между экспериментом и абстрагированием.

Подобно тому как при абстрагировании мы отвлекаемся от несущественных свойств явлений, при экспериментировании также стремятся выделить и исследовать те существенные факторы, которые детерминируют изучаемый процесс. И в первом и во втором случае ученый ставит задачу — исследовать ход процесса «в чистом виде», не принимая в расчет множество второстепенных факторов и дополнительных обстоятельств. Однако в этой аналогии, больше чем в другой, приходится считаться с различиями принципиального характера.

Во-первых, абстрагирование представляет собой способ мысленного выделения существенных свойств исследуемого явления или процесса, в то время как при экспериментировании создают искусственную среду с помощью особых условий для выделения существенных факторов и сохранения неизменными несущественных или второстепенных факторов.

Во-вторых, в научном исследовании мысленное абстрагирование всегда предшествует эксперименту. Прежде чем поставить эксперимент, ученый всегда исходит из определенной теории или гипотезы, на основании которых он решает, какие факторы или свойства 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 проверка гипотез и теорий. Это самая известная и наиболее существенная функция эксперимента, которая служит показателем уровня зрелости и точности научного исследования в опытных науках. Ни в эпоху античности, ни в Средние века не было эксперимента в точном смысле этого слова, так как там целью опытов скорее был сбор эмпирических данных, чем проверка теоретических идей. Галилей, решительно порвавший с натурфилософскими и схоластическими традициями прежней физики, впервые стал проверять свои гипотезы с помощью эксперимента. Огромные успехи в развитии механики в Новое время были связаны прежде всего с тем, что разработка новых ее гипотез и теорий шла рука об руку с их экспериментальной проверкой. Постепенно такой метод проверки новых теоретических идей проник во все отрасли естествознания, а в наше время используется также и в других науках.