Общенаучные методы эмпирического познания

Наблюдение

Наблюдение – целенаправленное, организованное чувственное отражение предметов и явлений и явлений внешнего мира. Это – исходный метод эмпирического (исследовательского) познания. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу, выступающих основой для определенных теоретических обобщений.

Научное наблюдение, в отличие от обыденного, характеризуется рядом особенностей: 1) целенаправленностью – наблюдение должно вестись только для решения поставленных задач; 2) планомерностью (наблюдение должно проводиться строго по плану, составленному исходя из задачи исследования); 3) активностью (исследователь должен активно искать, выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении).

Научные наблюдения всегда сопровождаются описанием объекта познания, фиксированием исследуемых свойств изучаемого объекта. Обыденное наблюдение ограничено био­логическими возможностями органов чувств. Но благодаря развитию техники, созданию и применению для целей научного познания специальных инструментов, приборов диапазон чувственно воспринимаемых явлений неограниченно расширяется.

В наблюдении всегда сохраняется полная зависимость наблюдателя от изучаемого процесса, явления. Оставаясь наблюдателем, исследователь не может изменять объект, регулировать само протекание процесса, управлять им и контролировать его. Невмешательство исследователя в протекание наблюдаемого явления может быть связано с разными причинами: недоступностью этих объектов для практического воздействия (например, наблюдения удаленных космических объектов), нежелательностью, исходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс (фенологические, поведенческие, психологические и др. наблюдения), отсутствием технических, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки экспериментальных исследований объектов познания.

По способу проведения наблюдения могут быть непосредственными и опосредованными. При непосредственных наблюдениях те или иные свойства, стороны объекта отражаются, воспринимаются органами чувств человека (наблюдения за звездами в телескоп, наблюдение за состоянием атмосферы с космической станции, наблюдения за поведением животных). Большинство объектов и явлений, изучающихся в ядерной физике, не могут прямо наблюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помощью самых совершенных приборов. В таком случае говорят об опосредованном, или косвенном наблюдении. То, что ученые наблюдают в процессе эмпирических исследований в атомной физике, это не сами микрообъекты, а только результаты их воздействия на определенные объекты, являющиеся техническими средствами исследования. Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью камеры Вильсона эти частицы воспринимаются исследователем косвенно по таким видимым их проявлениям, как образование треков, состоящих из множества капелек жидкости.

Наблюдение как метод познания более или менее удов­летворяло потребности наук, находившихся на описатель­но-эмпирической ступени развития. Дальнейший прогресс научного познания был связан с переходом многих наук к следующей, более высокой ступени развития, на которой наблюдения дополнялись экспериментальными исследова­ниями, предполагающими целенаправленное воздействие на изучаемые объекты.

Эксперимент

Эксперимент – активное, целенаправленное, строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект. В отличие от наблюдения, данный способ исследования, характеризуется преобразующим воздействием на объект изучения. Эксперимент позволяет, во-первых, изолировать исследуемый объект от влияния побочных, несущественных для него, скрывающих его собственную сущность явлений, изучать объект в «чистом» виде. Во-вторых, в ходе эксперимента возможно многократное воспроизведение хода процесса в стро­го фиксированных, контролируемых условиях. В-третьих, эксперимент позволяет планомерно изменять само протекание изучаемого процесса, состояния объекта изучения вплоть до превращения его в другие, еще не известные объекты. Все это подчинено решению проблемы, в связи с которой ставится эксперимент.

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, в том числе А. Ф. Иоффе, отнеслись к ним скептически. Тогда Шэнкланд решил повторить свои эксперименты. Пытаясь воспроизвести свои прежние результаты, он нашел ошибку в методике экспериментирования. Выяснилось, что при правильной 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 наличие четко сформулированной цели исследования;

– всегда базируется на каких-то исходных теоретических положениях;

– не проводится беспланово, 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. 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 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 ХIХ века, например, два видных ученых Генрих Герц (1857 – 1894) и Александр Степанович Попов (1859 – 1906) 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, следует 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.

Измерение

В ходе наблюдения и эксперимента, как правило, проводится такая процедура, как измерение, объективная количественная оценка исследуемых явлений. Измерение – это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения; определение количественных значений свойств, сторон изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, назы­вается числовым значением этой величины. Значение же вели­чины, принятое за единицу (1 см, 1 м, 1 г, 1 кг и т.п.), называется размером единицы (единицей измерения).

Огромное значение измерений для науки отмечали многие видные ученые. Например, Д.И. Менделеев подчеркивал, что «наука начинается с тех пор, как начинают измерять». А известный английский физик В. Томсон (Кельвин) указывал на то, что «каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Единицы измерения подразделяются на основные, выбираемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из других единиц с помощью каких-то математических соотношений.

Методика построения системы единиц как совокупности основных и производных была впервые предложена в 1832 году К. Гауссом. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга основные единицы – длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда). Все остальные (производные) единицы можно было определить с помощью этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга основными единицами.

Кроме того, в физике появились так называемые естественные системы единиц. Их основные единицы определялись из законов природы. Примером может служить «естественная» система физических единиц, предложенная в свое время Максом Планком. В ее основу были положены «мировые постоянные»: скорость света в пустоте, постоянная тяготения, постоянная Больцмана и постоянная Планка. Исходя из них, Планк получил ряд производных единиц (длины, массы, времени и температуры).

Вопрос об обеспечении единообразия в измерении величин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда был очень важным. Отсутствие такого единообразия порождало существенные трудности для научного познания. Например, до 1880 г. включительно не существовало единства в измерении электрических величин: использовалось 15 различных единиц электрического сопротивления, 8 единиц электродвижущей силы, 5 единиц силы электрического тока и т. д.

В настоящее время в естествознании действует преимущественно Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Международная система единиц построена на базе семи основных единиц: метр (единица длины), килограмм (единица массы), секунда (единица времени), ампер (единица силы тока), кельвин (единица температуры), кандела (единица силы света), моль (количество вещества). С помощью специальной таблицы множителей и приставок можно образовывать кратные и дольные единицы.

Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существовавших до настоящего времени. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптики, которые связаны между собой физическими законами.

Дата добавления: 2014-01-07