Эксперимент. Эксперимент (от лат. проба, опыт) – метод познания, основанный на контролируемом взаимодействии исследующей системы (человек со специальными инструментами) с

Эксперимент (от лат. проба, опыт) – метод познания, основанный на контролируемом взаимодействии исследующей системы (человек со специальными инструментами) с исследуемой системой (объект исследования в заданных условиях), планирование которого осуществляется на основании исходных идей, теорий, знания. Это непосредственное материальное воздействие на реальный объект или окружающие его условия, производимое с целью познания этого объекта. Эксперимент предполагает процедуры сравнения и измерения. Выделяют следующие элементы эксперимента:

-цель эксперимента;

-объект и предмет экспериментирования;

-условия, в которых находится или помещается объект;

-средства эксперимента;

-материальное воздействие на эксперимент.

Рассмотрим их по порядку.

Целью эксперимента может быть установление каких-либо закономерностей или обнаружение фактов. Такие эксперименты называются поисковыми, их итогом является новая информация об изучаемой области явлений. Однако чаще всего эксперимент проводится с целью проверки некоторой гипотезы или теории. Такой эксперимент называют проверочным. Один и тот же эксперимент может быть направлен на несколько целей.

Объектом эксперимента является то или иное явление природы, некая система, которая существует сама по себе, вне сознания познающего субъекта.

Предмет эксперимента – это специально выделенная область исследования, это проблемное поле той или иной области науки, это также система, созданная в сознании познающего субъекта им самим.

В эксперименте получают информацию об исследуемом объекте в контролируемых, искусственно созданных условиях, что отличает эксперимент от наблюдения. В отличие от мысленных, материализованные эксперименты имеют свою специфику. Дело в том, что все естественнонаучные объекты могут быть представлены веществом и полем. В эксперименте варьируется только одна из характеристик объекта, чтобы можно было установить корреляции исследуемых свойств с контролируемыми характеристиками экспериментальной ситуации.

Варьирование более чем одной характеристики (напряженность поля, частота излучения, температура, фрагмент молекулы и вид живого организма в пределах одного рода) приводит к трудно анализируемым многопараметровым задачам.

Основу познавательной деятельности в эксперименте представляет природа первичного взаимодействия: между природой материального объекта (вещество-поле) и приборной установкой (система вещественно-полевой организации с известными свойствами естественного или искусственного происхождения). В этом зазоре возникает первичный, или исходный сигнал, материальный отклик, который поддается регистрации и преобразованию, а также описанию в понятийной системе. К примеру, при реализации физического метода исследования объект (элементарные частицы, поля, твердые кристаллические тела, газожидкостные среды, космические объекты) вводятся во взаимодействие с известным объектом, называемым прибором (частицами, полями, твердыми телами с известной массой, импульсом, напряженностью, частотой, твердостью, вязкостью). При реализации химического метода объект (атомно-молекулярные образования, неорганические и органические мономолекулы; неорганические, органические и биополимеры, комплексные соединения) вводятся во взаимодействие с известным объектом, называемым прибором (с различными веществами с известной структурой, функциональными группами и реакционной способностью по отношению к конкретным веществам, классам соединений).

В этом же ключе решается вопрос о содержании биологического метода, где организуется (или наблюдается в естественных природных условиях) взаимодействие объектов живой природы (иммунных тел с клеткой микроорганизмов или тканевых структур, различных клеточных культур между собой, разнообразные взаимодействия между различными особями и популяциями на разных стадиях организации живого).

Таким образом, именно первичное взаимодействие, реализуемое в эксперименте, определяет принципиальные познавательные возможности метода. Как например, это имеет место в случае метода иммунного анализа (часто его называют иммунохимическим методом), который по сути занимает пограничное положение в области трех наук – биологии, химии и физики.

Чтобы цель эксперимента была осмысленной, он должен опираться на предварительное знание, которое дает теория. Поэтому эксперимент, как вид материальной деятельности всегда связан с теорией. Первоначальный вопрос всегда формулируется на языке теории, т.е. в теоретических терминах, обозначающих абстрактные, идеализированные объекты. Чтобы эксперимент мог ответить на вопросы теории, этот вопрос нужно переформулировать в эмпирических терминах, значениями которых являются эмпирические объекты.

Рассмотрим на примере экспериментального открытия светового давления этапы подготовки и проведения эксперимента, его условия, средства, материальное воздействие на объект.

Идея о том, что свет производит давление на освещаемые тела, была высказана еще И.Кеплером. В корпускулярной теории света И.Ньютона эта идея получила теоретическое обоснование и развитие. Он писал о том, что поток корпускул, представляющий собой свет, ударяясь о поверхность тела, должен производить давление. Из волновой теории Х.Гюйгенса также следовало, что световая волна давит на освещаемые тела. Таким образом, теория поставила вопрос о существовании светового давления и предсказала, что ответ на него должен быть положительным. Однако долгое время было неясно, как поставить эксперимент для получения ответа на этот вопрос.

Создатель электромагнитной теории Дж.Максвелл вычислил величину светового давления. Согласно теории, сила давлении зависит от интенсивности света. Для случая, когда световые лучи образуют параллельный пучок, давление равняется плотности световой энергии, т.е. энергии в единице объема. При этом полагается, что тело, на которое падает свет, является абсолютно черным, т.е. поглощает всю падающую на него световую энергию. А в отношении идеального зеркала все будет иначе. Максвелл вычислил, что сила, с которой солнечные лучи в ясный день давят на 1 метр черной поверхности, равна 0,4 мг.

Теоретическая основа эксперимента была подготовлена. Световое давление было представлено в виде измеряемой величины, а вычисление значения этой величины могло дать представление о тонкости и сложности эксперимента. Однако на тот момент проблема была сформулирована лишь в теоретических терминах, которые относились к идеализированным объектам и свойствам, с которыми реальное действие невозможно. В расчет Максвелла входили такие понятия, как абсолютно черное тело, идеальное зеркало, интенсивность света. Ни наблюдать, ни измерять объекты, обозначенные этими понятиями, было нельзя. Только после того, как русский ученый П.Н.Лебедев придал этим понятиям определенный эмпирический смысл, ему удалось построить прибор для обнаружения и измерения светового давления.

Прибор состоял из легкого подвеса на тонкой нити, по краям которой были прикреплены очень тонкие и легкие крылышки. Одно из них было зачерчено, а другое было блестящим. Подвес помещался в сосуде, из которого был откачан воздух. Свет от дуговой лампы концентрировался при помощи линз и зеркал на одном из крылышек и вызывал закручивание подвеса, которое можно было наблюдать и замерять. Определенная часть светового пучка подавалась на термоэлемент, который служил для измерения величины падающей энергии. Измерения Лебедевым давления с помощью этого прибора дали величину, которая соответствовала предсказанной.

На этом примере можно видеть, каким образом теоретическая задача формулируется как экспериментальная. В данном эксперименте световое давление было интерпретировано как наблюдаемое закручивание подвеса, а интенсивность света посредством термоэлемента трансформировалась в тепловое расширение. Цель эксперимента, которая, с точки зрения теории, состояла в обнаружении и измерении светового давления, непосредственно ставилась как обнаружение и измерение закручивания подвеса.

Непосредственный результат эксперимента состоял в обосновании эмпирического суждения: подвес закручивается. В итоге теоретического осмысления наблюдаемого положения дел, выражаемого этим суждением, Лебедев имел возможность сформулировать и такой результат: световое давление существует.

Как видим, разнообразные идеализированные конструкции, наметки теории или закона, лежат в основе замысла и планирования эксперимента. Следующий шаг связан с подбором технического и компьютерного инструментария, который поможет нам воссоздать материальный двойник идеализированного конструкта. Затем следует измерение и интерпретация эксперимента. В случае исследовательского эксперимента мы еще не располагаем развитой системой научных представлений об объекте исследования, мы лишь создаем условия, позволяющие построить эту систему.

В этом отношении указывают на различные теоретико-познавательные функции проверочного и исследовательского экспериментов.

Отрицательный результат эксперимента побуждает отклонить теорию вместе с принципами интерпретации.