Науковий експеримент

Експеримент – більш складний метод емпіричного пізнання в порівнянні зі спостереженням і вимірюванням. Він припускає активний, цілеспрямований і суворо контрольований вплив дослідника на досліджуваний об'єкт для виявлення і вивчення тих чи інших його сторін, властивостей, зв'язків. При цьому експериментатор може перетворювати досліджуваний об'єкт, створювати штучні умови його вивчення, втручатися в природний плин процесів.

У загальній структурі наукового дослідження експеримент займає особливе місце. З одного боку, саме експеримент може виступати з'єднувальною ланкою між теоретичним і емпіричним етапами і рівнями наукового дослідження. За своїм задумом експеримент завжди опосередкований попереднім теоретичним знанням: він замислюється на основі відповідних теоретичних знань, і його метою найчастіше є підтвердження або спростування наукової теорії або гіпотези. Самі результати експерименту мають потребу в певній теоретичній інтерпретації. Разом з тим метод експерименту за характером використовуваних пізнавальних засобів належить до емпіричного етапу пізнання. Підсумком експериментального дослідження насамперед є досягнення фактуального знання і встановлення емпіричних закономірностей.

Експериментально орієнтовані вчені навіть стверджують часом, що розумно продуманий і “хитро”, майстерно поставлений експеримент вище теорії: теорія може бути начисто спростована, а достовірно добутий досвід – ні!

Експеримент містить в собі інші методи емпіричного дослідження (спостереження і вимірювання). У той же час він має низку важливих, властивих тільки йому особливостей.

По-перше, експеримент дозволяє вивчати об'єкт в “очищеному” вигляді, тобто усувати всякого роду побічні фактори, нашарування, що утрудняють процес дослідження.

По-друге, у ході експерименту об'єкт може бути поставлений у деякі штучні, зокрема, екстремальні умови, тобто вивчатися при наднизьких температурах, при надзвичайно високих тисках або, навпаки, у вакуумі, при величезних напруженостях електромагнітного поля і под. У таких штучно створених умовах вдається виявити дивні, часом несподівані, властивості об'єктів й, тим самим, глибше осягти їхню сутність.

По-третє, вивчаючи який-небудь процес, експериментатор може втручатися в нього, активно впливати на його протікання. Як відзначав академік Іван Павлов(1849 – 1936), «…опыт как бы берёт явления в свои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных, упрощённых комбинациях определяет истинную связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берёт у природы то, что хочет». [4]

По-четверте, важливим достоїнством багатьох експериментів є їхня відтворюваність. Це означає, що умови експерименту, а відповідно і проведені при цьому спостереження, вимірювання можуть бути повторені стільки разів, скільки це необхідно для одержання достовірних результатів.

Підготовка і проведення експерименту вимагають дотримання ряду умов. Так, науковий експеримент:

– ніколи не ставиться навмання, він припускає наявність чітко сформульованої мети дослідження;

– не робиться наосліп, він завжди базується на певних вихідних теоретичних положеннях. Без ідеї в голові, казав І. П. Павлов, взагалі не побачиш факту;

– не проводиться безпланово, хаотично, попередньо дослідник намічає шляхи його проведення;

– вимагає певного рівня розвитку технічних засобів пізнання, необхідного для його реалізації;

– повинен проводитися людьми, що мають досить високу кваліфікацію.

Тільки сукупність всіх цих умов визначає успіх в експериментальних дослідженнях.

Залежно від характеру проблем, розв'язуваних в ході експериментів, останні зазвичай поділяються на дослідницькі і перевірні.

Дослідницькі експерименти дають можливість виявити в об'єкта нові, невідомі властивості. Результатом такого експерименту можуть бути висновки, що не випливають з наявних знань про об'єкт дослідження. Прикладом можуть служити експерименти, поставлені в лабораторії Е. Резерфорда, які привели до виявлення ядра атома, а тим самим і до народження ядерної фізики.

Перевірні експерименти служать для перевірки, підтвердження тих чи інших теоретичних побудов. Так, існування цілого ряду елементарних частинок (позитрона, нейтрино та ін.) було спочатку передбачено теоретично, і лише пізніше вони були виявлені експериментальним шляхом.

Серед перевірних експериментів виділяють також так звані вирішальні експерименти (experimentum crusis), що відрізняються своєю високою значимістю при оцінюванні (підтвердженні або спростуванні) якої-небудь важливої гіпотези або теорії.

Виходячи з методики проведення і одержуваних результатів, експерименти можна поділити на якісні і кількісні.

Якісні експерименти носять пошуковий характер і не приводять до одержання яких-небудь кількісних співвідношень. Вони дозволяють лише виявити дію тих чи інших факторів на досліджуване явище.

Кількісні експерименти спрямовані на встановлення точних кількісних залежностей у досліджуваному явищі. В реальній практиці експериментального дослідження обидва зазначені типи експериментів реалізуються, як правило, у вигляді послідовних етапів розвитку пізнання.

Як відомо, зв'язок між електричними і магнітними явищами був вперше відкритий датським фізиком Х. Ерстедом в результаті чисто якісного експерименту (помістивши магнітну стрілку компаса поруч з провідником, через який пропускався електричний струм, він виявив, що стрілка відхиляється від первинного положення). Після опублікування Ерстедом свого відкриття пішли кількісні експерименти французьких вчених Жана-Батіста Біо(1774 – 1862) і Фелікса Савара(1791 – 1841), а також досліди Андре Ампера(1776 – 1836), на основі яких була виведена відповідна математична формула.

Всі ці якісні і кількісні емпіричні дослідження заклали основи вчення про електромагнетизм.

Залежно від галузі наукового знання, в якій використовується експериментальний метод дослідження, розрізняють природничий, прикладний (в технічних науках, сільськогосподарській науці і т. д.) і соціально-економічний експерименти.

Не треба однак змішувати експеримент як емпіричний метод наукового пізнання і уявний експеримент як теоретичний метод, про який піде мова в підрозділі 4.3.2.

4.3.2. Теоретичні методи наукового пізнання

Ідеалізація

У підрозділі 3.4. уже говорилося про ідеалізацію як формунауково-теоретичного знання. Тепер же піде мова про ідеалізацію як метод, що становить сутність теоретичної діяльності в науці. Результатами ідеалізації, як ми вже відзначали, є такі поняття, як “точка”, “пряма”,

“площина” у геометрії, “матеріальна точка” в механіці, “абсолютно чорне тіло” або “ідеальний газ” у фізиці і под. – тобто те, що зазвичай називають ідеалізованими об'єктами. В процесі ідеалізації відбувається граничне відволікання від всіх реальних властивостей предмета з одночасним введенням у зміст утворених понять ознак, принципово не реалізованих у дійсності. Утвориться так званий ідеальний (ідеалізований) об'єкт, яким може оперувати теоретичне мислення в процесі пізнання реальних об'єктів.

Ідеалізація може здійснюватися різними шляхами і ґрунтуватися на різних видах абстракцій. Після абстрагування необхідно виділити сторони, що цікавлять нас, або властивості, гранично підсилити або послабити їх і подати як властивості деякого самостійного об'єкта. Створення ідеалізованого об'єкта дозволяє виділити істотні його сторони, спростити і, завдяки цьому, уможливити застосування для його опису точних кількісних методів.

Пізнавальна цінність ідеалізації обумовлена тим, що за допомогою ідеалізації ми виявляємо деякі закономірні тенденції в “чистому” вигляді, абстрагуючись від емпірично виявлених конкретних форм їхнього прояву, від другорядних сторін досліджуваних об'єктів. Основне позитивне значення ідеалізації як методу наукового пізнання полягає в тому, що одержувані на її основі теоретичні побудови дозволяють потім ефективно досліджувати реальні об'єкти і явища. Спрощення, яких досягають за допомогою ідеалізації, полегшують створення теорії, що розкриває закони досліджуваної області явищ матеріального світу. Якщо теорія в цілому правильно описує реальні явища, то правомірні й покладені в її основу ідеалізації. Так, поняття матеріальної точки в дійсності не відповідає жодному об'єкту. Але механік, оперуючи цим ідеалізованим об'єктом, здатен теоретично пояснити і передбачити поведінку реальних, матеріальних об'єктів, таких як снаряд, штучний супутник, планета Сонячної системи і т. д.

Метод ідеалізації, який виявляється досить плідним у багатьох випадках, має в той же час певні обмеження. Розвиток наукового пізнання змушує іноді відмовлятися від прийнятих раніше ідеалізованих уявлень. Так відбулося, наприклад, при створенні Ейнштейном спеціальної теорії відносності, з якої були виключені ньютонівські ідеалізації “абсолютний простір” і “абсолютний час”. Крім того, будь-яка ідеалізація обмежена конкретною областю явищ і служить для розв’язання тільки певних проблем.

Прикладом може слугувати введена шляхом ідеалізації у фізику абстракція, відома під назвою “абсолютно чорне тіло”. Таке тіло наділяється не існуючою в природі властивістю поглинати абсолютно всю променисту енергію, яка потрапляє на нього, нічого не відбиваючи і нічого не пропускаючи крізь себе. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла є ідеальним випадком, тому що на нього не впливає природа речовини випромінювача або стан його поверхні. А якщо можна теоретично описати

спектральний розподіл густини енергії випромінювання для ідеального випадку, то можна дещо довідатися і про процес випромінювання взагалі. Проблемою розрахунку кількості випромінювання, що випускається ідеальним випромінювачем – абсолютно чорним тілом, серйозно зайнявся М. Планк, який працював над нею довгих чотири роки. Нарешті, у 1890 р. йому вдалося знайти рішення у вигляді формули, що правильно описувала спектральний розподіл енергії випромінювання абсолютно чорного тіла. Так робота з ідеалізованим об'єктом допомогла закласти основи квантової теорії, що ознаменувала радикальний переворот у науці.

Будучи різновидом абстрагування, ідеалізація все-таки припускає елемент почуттєвої наочності. Ця особливість ідеалізації дуже важлива для реалізації такого специфічного методу теоретичного пізнання, яким є уявний експеримент.