Эксперимент. Эксперимент — более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением

Эксперимент — более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воз­действие исследователя на изучаемый объект для выявле­ния и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать иссле­дуемый объект, создавать искусственные условия его изу­чения, вмешиваться в естественное течение процессов.

Эксперимент включает в себя другие методы эмпириче­ского исследования (наблюдение, измерение). В то же вре-

мя он обладает рядом важных, присущих только ему осо­бенностей.

Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» виде, т. е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Например, проведение некоторых экспериментов требует специально оборудованных помещений, защищенных (экра­нированных) от внешних электромагнитных воздействий на изучаемый объект.

Во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть поставлен в некоторые искусственные, в частности, экстре­мальные условия, т. е. изучаться при сверхнизких темпе­ратурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наобо­рот, в вакууме, при огромных напряженностях электромаг­нитного поля и т. п. В таких искусственно созданных условиях удается обнаружить удивительные, порой неожи­данные свойства объектов и тем самым глубже постигать их сущность. Очень интересными и многообещающими являются в этом плане космические эксперименты, позво­ляющие изучать объекты, явления в таких особых, необыч­ных условиях (невесомость, глубокий вакуум), которые не­достижимы в земных лабораториях.

В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его проте­кание. Как отмечал академик И.П. Павлов «наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет»¹.

В-четвертых, важным достоинством многих экспери­ментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента, а соответственно и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столь­ко раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

В истории науки известен, например, такой случай. Американский физик Шэнкланд, изучавший соударения фотонов с электронами, пришел к выводу о невыполнении закона сохранения энергии в элементарном акте соударе­ния. Эти эксперименты вызвали сенсацию. Но ряд круп­ных физиков отнеслись к ним скептически. Тогда Шэнк­ланд решил повторить свои эксперименты. Пытаясь вос­произвести свои прежние результаты, он нашел ошибку в методике экспериментирования. Выявилось, что при пра-

вильной постановке эксперимента закон сохранения энер­гии соблюдается и в указанном элементарном акте соуда­рения. Так, благодаря воспроизводимости эксперименталь­ных исследований, вторая работа Шэнкланда опровергла первую.

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

—никогда не ставится «наобум», он предполагает нали­
чие четко сформулированной цели исследования;

—не делается «вслепую», он всегда базируется на каких-
то исходных теоретических положениях;

—не проводится беспланово, хаотически; предварительно
исследователь намечает пути его проведения;

—требует определенного уровня развития технических
средств познания, необходимого для его реализации;

—должен проводиться людьми, имеющими достаточно
высокую квалификацию.

Только совокупность всех этих условий определяет ус­пех в экспериментальных исследованиях.

В зависимости от характера проблем, решаемых в ходе экспериментов, последние обычно подразделяются на иссле­довательские и проверочные.

Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у объекта новые, неизвестные свойства. Резуль­татом такого эксперимента могут быть выводы, не выте­кающие из имевшихся знаний об объекте исследования. Примером могут служить эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда, в ходе которых обнаружилось странное поведение альфа-частиц при бомбардировке ими золотой фольги: большинство частиц проходило сквозь фольгу, небольшое количество частиц отклонялось и рас­сеивалось, а некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали обратно, как мяч от сетки. Такая эксперимен­тальная картина, согласно расчетам, получалась в силу того, что вся масса атома сосредоточена в ядре, занимаю­щем ничтожную часть его объема (отскакивали обратно альфа-частицы, соударявшиеся с ядром). Так, исследова­тельский эксперимент, проведенный Резерфордом и его со­трудниками, привел к обнаружению ядра атома, а тем са­мым и к рождению ядерной физики.

Проверочные эксперименты служат для проверки, под­тверждения тех или иных теоретических построений. Так,

существование целого ряда элементарных частиц (позитро­на, нейтрино и др.) было вначале предсказано теоретиче­ски, и лишь позднее они были обнаружены эксперименталь­ным путем.

Исходя из методики проведения и получаемых резуль­татов, эксперименты можно разделить на качественные и количественные. Качественные эксперименты носят поис­ковый характер и не приводят к получению каких-либо количественных соотношений. Они позволяют лишь выя­вить действие тех или иных факторов на изучаемое явле­ние. Количественные эксперименты направлены 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 была открыта датским физиком Эрстедом в результате чисто качественного эксперимента (поместив магнитную стрелку компаса рядом с проводни­ком, через который пропускался электрический ток, он об­наружил, что стрелка отклоняется от первоначального по­ложения). После опубликования Эрстедом своего откры­тия последовали количественные эксперименты француз­ских ученых Био и Савара, а также опыты Ампера, на ос­нове которых была выведена соответствующая математи­ческая формула. Все эти качественные и количественные эмпирические исследования заложили основы учения об электромагнетизме.

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

В конце XIX века, например, два видных ученых Г. Герц и А. С. Попов занимались экспериментальным изучением электромагнитных колебаний. Но Герц ставил перед собой лишь задачу экспериментальной проверки теоретических построений Максвелла. Практическое применение электро­магнитных колебаний его не интересовало. Поэтому экс­перименты Герца, в ходе которых были получены электро­магнитные волны, предсказанные теорией Максвелла, сле-

дует рассматривать как естественнонаучные. Что же каса­ется экспериментов А.С. Попова, то они имели четкую практическую направленность (как практически использо­вать «волны Герца»?) и были экспериментами в области зарождающейся прикладной науки — радиотехники. Бо­лее того, Герц вообще не верил в возможность практиче­ского применения электромагнитных волн, не видел ника­кой связи между своими экспериментами и нуждами прак­тики. Узнав о попытках практического использования электромагнитных волн, Герц даже написал в Дрезденскую палату коммерции, что исследования в этом направлении нужно запретить как бесполезные.

Завершая рассмотрение экспериментального метода ис­следования, следует упомянуть об очень важной проблеме планирования эксперимента. Еще в первой половине ны­нешнего столетия 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 настойчиво требовало исследо­вания процессов, зависящих от множества меняющихся факторов. Использование в этом случае методики одно­факторного эксперимента было бессмысленным, ибо требо­вало выполнения астрономического количества опытов.

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

После упомянутой работы Бокса и Уилсона появился 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 решение задачи по­лучения достоверного результата экспериментального исследования с минимальными затратами труда, времени и средств. В итоге достигается оптимизация работы экспе­риментатора при одновременном обеспечении высокого ка­чества экспериментальных исследований. А «высокое ка­чество эксперимента, — как подчеркивал академик П.Л. Ка­пица, — является необходимым условием здорового разви­тия науки»².

Дата добавления: 2015-05-07