Эксперимент

Характерная особенность эксперимента как специального метода эмпирического исследования заключается в том, что он обеспечивает возможность активного практического воздействия на изучаемые явления и процессы.

Исследователь здесь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания. Он может осуществить такое вмешательство путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменить условия, в которых происходит этот процесс. И в том и другом случае результаты испытания точно фиксируются и контролируются. Таким образом, дополнение простого наблюдения активным воздействием на процесс превращает эксперимент в весьма эффективный метод эмпирического исследования.

Этой эффективности в немалой степени содействует также тесная связь эксперимента с теорией. Идея эксперимента, план его проведения и интерпретация результатов в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиски и интерпретация данных наблюдения.

B настоящее время экспериментальный метод считают отличительной особенностью всех наук, имеющих дело с опытом и конкретными фактами. Действительно, огромный прогресс, достигнутый с помощью этого метода в физике и точных пауках в последние два столетия, в значительной мере обязан экспериментальному методу в сочетании с точными измерениями и математической обработкой данных.

В физике такой эксперимент систематически начал применять Галилей, хотя отдельные попытки экспериментального исследования встречаются еще в античности и средние века. Галилей начал свои исследования с изучения явлений механики, поскольку именно механическое перемещение тел в пространстве представляет наиболее простую форму движения материи. Однако, несмотря на такую простоту и кажущуюся очевидность свойств механического движения, он столкнулся здесь с рядом трудностей как чисто научного, так и ненаучного характера.

Переход от простого наблюдения явлений в естественных условиях к эксперименту, так же как и дальнейший прогресс в использовании экспериментального метода, в значительной мере связан с увеличением количества и качества приборов и экспериментальных установок.

В настоящее время эти установки, например в физике, принимают подлинно индустриальные размеры. Благодаря этому в огромной степени возрастает эффективность экспериментальных исследований, и создаются наилучшие условия для изучения процессов природы в «чистом виде».

Рассмотрим несколько подробнее основные элементы эксперимента и важнейшие их типы, которые используются в современной науке.

3.2.1. Структура и основные виды эксперимента

Любой эксперимент, как уже отмечалось, представляет такой метод эмпирического исследования, при котором ученый воздействует на изучаемый объект с помощью специальных материальных средств (экспериментальных установок и приборов) с целью получения необходимой информации о свойствах и особенностях этих объектов или явлений. Поэтому общая структура эксперимента будет отличаться от наблюдения тем, что в нее кроме объекта исследования и самого исследователя обязательно входят определенные материальные средства воздействия на изучаемый объект. Хотя некоторые из таких средств, например приборы и измерительная техника, используются и при наблюдении, но их назначение совсем иное.

Такие приборы способствуют повышению точности результатов наблюдений, но они, как правило, не служат для непосредственного воздействия на изучаемый объект пли процесс.

Значительная часть экспериментальной техники служит либо для прямого воздействия на исследуемый объект, либо для преднамеренного изменения условий, в которых он должен функционировать. В любом случае речь идет об изменении и преобразовании предметов и процессов окружающего мира для лучшего их познания.

В этом смысле экспериментальные установки и приборы в некотором отношении аналогичны орудиям труда в процессе производства. Так же как рабочий с помощью орудий труда воздействует на предметы труда, стремясь придать им необходимую форму, экспериментатор с помощью аппаратов, установок и приборов воздействует на исследуемый объект, чтобы лучше выявить его свойства и характеристики. Даже метод или, лучше сказать, подход к делу у них имеет много общего. И рабочий, и экспериментатор, осуществляя те или иные действия, наблюдают и контролируют их результаты. Соответственно этим результатам они вносят поправки в первоначальные допущения и планы. Но как бы ни важна была эта аналогия, мы не должны забывать, что в процессе труда ставятся и решаются, прежде всего, практические задачи, в то время как эксперимент представляет метод решения познавательных проблем.

В зависимости от целей, предмета исследования, характера используемой экспериментальной техники и других факторов можно построить весьма разветвленную классификацию различных видов экспериментов. Не ставя перед собой задачи дать исчерпывающую характеристику всех типов экспериментов, ограничимся рассмотрением наиболее существенных с методологической точки зрения экспериментов, применяемых в современной науке.

По своей основной цели все эксперименты можно разделить на две группы.

К первой, самой большой группе следует отнести эксперименты, с помощью которых осуществляется эмпирическая проверка той или иной гипотезы или теории.

Меньшую группу составляют так называемые поисковые эксперименты, основное назначение которых состоит не в том, чтобы проверить, верна или нет какая-то гипотеза, а в том, чтобы собрать необходимую эмпирическую информацию для построения или уточнения некоторой догадки или предположения.

По характеру исследуемого объекта можно различать физические, химические, биологические, психологические и социальные эксперименты.

В том случае, когда объектом изучения служит непосредственно реально существующий предмет или процесс, эксперимент можно назвать прямым. Если вместо самого предмета используется некоторая его модель, то эксперимент будет называться модельным. В качестве таких моделей чаще всего используются образцы, макеты, копии оригинального сооружения или устройства, выполненные с соблюдением установленных правил. В модельном эксперименте все операции осуществляются не с самими реальными предметами, а с их моделями. Результаты, полученные при исследовании этих моделей, в дальнейшем экстраполируются на сами предметы. Конечно, такой эксперимент менее эффективен, чем прямой, но в ряде случаев прямой эксперимент нельзя осуществить вообще либо по моральным соображениям, либо в силу чрезвычайной его дороговизны. Вот почему новые модели самолетов, турбин, гидростанций, плотин и тому подобных объектов сначала испытывают на экспериментальных образцах.

В последние годы все более широкое распространение получают так называемые концептуальные модели, которые в логико-математической форме выражают некоторые существенные зависимости реально существующих систем. Используя электронно-вычислительные машины, можно осуществлять весьма успешные эксперименты с такими моделями и получать довольно надежные сведения о поведении реальных систем, которые не допускают ни прямого экспериментирования, ни экспериментирования с помощью материальных моделей.

По методу и результатам исследования все эксперименты можно разделить па качественные и количественные. Как правило, качественные эксперименты предпринимаются для того, чтобы выявить действие тех или иных факторов на исследуемый процесс без установления точной количественной зависимости между ними. Такие эксперименты скорее носят исследовательский, поисковый характер: в лучшем случае с их помощью достигается предварительная проверка и оценка той или иной гипотезы или теории, чем их подтверждение или опровержение.

Количественный эксперимент строится с таким расчетом, чтобы обеспечить точное измерение всех существенных факторов, влияющих на поведение изучаемого объекта или ход процесса. Проведение такого эксперимента требует использования значительного количества регистрирующей и измерительной аппаратуры, а результаты измерений нуждаются в более или менее сложной математической обработке.

В реальной исследовательской практике качественные и количественные эксперименты представляют обычно последовательные этапы в познании явлений. Они характеризуют степень проникновения в сущность этих явлений и поэтому не могут противопоставляться друг другу. Как только будет раскрыта качественная зависимость изучаемых свойств, параметров и характеристик явления от тех или иных факторов, так сразу же возникает задача по определению количественных зависимостей между ними с помощью той или иной математической функции или уравнения. В конечном итоге количественный эксперимент содействует лучшему раскрытию качественной природы вновь исследуемых явлений. Примером этого могут служить некоторые эксперименты, с помощью которых удалось нащупать и подтвердить важнейшие законы электромагнетизма.

Впервые связь между электричеством и магнетизмом выявил Эрстед (1820г.). Поместив компас вблизи проводника с током, он обнаружил отклонение стрелки компаса. Этот чисто качественный эксперимент в дальнейшем послужил эмпирическим исходным пунктом развития всего учения об электромагнетизме.

Вскоре после этого Ампер осуществил эксперимент, в котором количественно подтвердил идею о существовании поля вокруг проводника с током. В 1821г. Фарадей построил по существу первую экспериментальную модель электромотора.

Наконец, по самому методу осуществления в современной науке часто различают статистические и нестатистические эксперименты. В принципе статистические методы используются при оценке результатов любых экспериментов и даже наблюдений, чтобы повысить их точность и надежность. Различие между статистическими и нестатистическими экспериментами сводится не к использованию статистики вообще, а к способу выражения величин, с которыми имеют дело в эксперименте. Если в нестатистических экспериментах сами исследуемые величины заданы индивидуальным образом, то статистика здесь используется только для оценки результатов исследования.

Во многих же экспериментах в биологии, агрономии, технологии первоначальные величины заданы статистически, и поэтому построение таких экспериментов с самого начала предполагает использование методов статистики и теории вероятностей.

3.2.2. Планирование и построение эксперимента

В процессе научного наблюдения исследователь руководствуется некоторыми гипотезами и теоретическими представлениями о тех или иных фактах. В гораздо большей степени эта зависимость от теории проявляется в эксперименте. Прежде чем поставить эксперимент, надо не только располагать его общей идеей, но и тщательно продумать его план, а также возможные результаты.

Выбор того или иного типа эксперимента, так же как и конкретный план его осуществления, в существенной степени зависит от той научной проблемы, которую ученый намеревается разрешить с помощью опыта. Одно дело, когда эксперимент предназначен для предварительной оценки и проверки гипотезы, и совсем другое, когда речь идет о количественной проверке той же самой гипотезы.

В первом случае ограничиваются общей, качественной констатацией зависимостей между существенными факторами или свойствами исследуемого процесса, во втором — стремятся количественно выразить эти зависимости, когда осуществление эксперимента требует не только привлечения значительно большего количества регистрирующих и измерительных приборов и средств, но гораздо большей аккуратности и точности в контроле над изучаемыми характеристиками и свойствами. Все это неизбежно должно сказаться на общем плане построения эксперимента.

В еще большей мере планирование эксперимента связано с характером величин, которые приходится оценивать в ходе опыта. В этом отношении гораздо более сложными являются эксперименты, в которых изучаемые величины заданы статистическим образом. К чисто экспериментальным трудностям здесь присоединяются трудности математического характера. Не случайно поэтому в последние годы в математической статистике возникло самостоятельное направление планирования эксперимента, которое ставит своей задачей выяснение закономерностей построения статистических экспериментов, т.е. экспериментов, в которых не только окончательные результаты, но и сам процесс требуют привлечения статистических методов.

Поскольку каждый эксперимент призван решать определенную теоретическую проблему: будь то предварительная оценка гипотезы или ее окончательная проверка, — постольку при его планировании следует учитывать не только наличие той или иной экспериментальной техники, но и уровень развития соответствующей отрасли знания, что особенно важно при выявлении тех факторов, которые считаются существенными для эксперимента.

Все это говорит о том, что план проведения каждого конкретного эксперимента обладает своими специфическими чертами и особенностями. Не существует единого шаблона или схемы, с помощью которых можно было бы строить эксперимент для решения любой проблемы в любой отрасли экспериментальных наук. Самое большее, что можно здесь выявить,— это наметить общую стратегию и дать некоторые общие рекомендации по построению и планированию эксперимента.

Всякий эксперимент начинается с проблемы, которая требует экспериментального разрешения. Чаще всего с помощью эксперимента осуществляется эмпирическая проверка какой-либо гипотезы или теории. Иногда он используется для получения недостающей информации, чтобы уточнить или построить новую гипотезу.

Как только научная проблема точно сформулирована, возникает необходимость выделить факторы, которые оказывают существенное влияние на эксперимент, и факторы, которые можно не принимать во внимание. Так, Галилей в своих экспериментах по изучению законов свободного падения тел не учитывал влияние сопротивления воздуха, неоднородность поля тяжести, не говоря уже о таких факторах, как цвет, температура тел, ибо все они не оказывают какого-либо существенного влияния па падение тел вблизи земной поверхности, где сопротивление воздуха незначительно, а поле тяжести с достаточной степенью приближения можно считать однородным. Эти факты в настоящее время кажутся чуть ли не очевидными, но во времена Галилея не существовало теории, которая позволяла бы объяснить их.

Если имеется достаточно разработанная теория исследуемых явлений, то выделение существенных факторов достигается сравнительно легко. Когда же исследование только начинается, а область изучаемых явлений совершенно новая, тогда выделить факторы, существенным образом влияющие на процесс, оказывается весьма трудно.

В принципе любой фактор может оказаться важным, поэтому заранее нельзя исключить ни один из них без предварительного обсуждения и проверки. Поскольку такая проверка неизбежно связана с обращением к опыту, возникает трудная проблема отбора именно таких факторов, которые являются существенными для изучаемого процесса. Обычно невозможно фактически проверить все предположения о существенных факторах. Поэтому ученый больше полагается на свой опыт и здравый смысл, но они не гарантируют его от ошибок. Известно, что Роберт Бойль, открывший закон об обратно пропорциональной зависимости между давлением и объемом газа, не считал температуру фактором, существенно влияющим на состояние газа. Впоследствии Жак Шарль и Гей-Люссак установили, что объем газа увеличивается прямо пропорционально его температуре. Кроме того, следует помнить, что фактор, который является несущественным в одном эксперименте, может стать существенным в другом. Если Галилей в своих опытах мог пренебречь сопротивлением воздуха, поскольку имел дело с медленно движущимися телами, то этого нельзя сделать в экспериментах по исследованию быстро движущихся тел, например снаряда или самолета, в особенности если он летит со сверхзвуковой скоростью. Следовательно, само понятие существенного фактора является относительным, ибо оно зависит от задач и условий эксперимента, а также от уровня развития научного знания.

Следующим этапом в осуществлении эксперимента является изменение одних факторов при сохранении других относительно неизменными и постоянными. Пожалуй, в этом наиболее ярко проявляется отличие эксперимента от наблюдения, так как именно возможность создания некоторой искусственной среды позволяет исследователю наблюдать явления «при условиях, обеспечивающих ход процесса в чистом виде». Допустим, известно, что изучаемое явление зависит от некоторого числа существенных свойств или факторов. Чтобы установить роль каждого из них, а также их взаимосвязь друг с другом, надо выбрать сначала два каких-либо свойства. Сохраняя все другие существенные свойства или факторы постоянными, заставляем одно из выбранных свойств изменяться и наблюдаем, как ведет себя другое свойство или фактор. Таким же способом проверяется зависимость между другими свойствами. В результате экспериментально устанавливается зависимость, которая характеризует отношение между исследуемыми свойствами явления.

После обработки данных эксперимента эта зависимость может быть представлена в виде некоторой математической формулы или уравнения.

В качестве наглядной иллюстрации рассмотрим, как эмпирически были открыты законы, описывающие состояние идеального газа. Первый газовый закон был открыт Бойлем в 1660г. Он полагал, что температура не оказывает какого-либо существенного влияния на состояние газа. Поэтому в его эксперименте этот фактор не фигурировал.

Поддерживая температуру постоянной, можно убедиться в справедливости закона, установленного Бойлем: объем данной массы газа обратно пропорционален давлению. Поддерживая постоянным давление, можно поставить эксперимент, чтобы выяснить, как влияет повышение температуры газа на его объем. Впервые такие измерения были осуществлены французским физиком Ж. Шарлем, однако полученные им результаты не были опубликованы. Полтора века спустя английский химик Джон Дальтон провел эксперименты с различными газами и убедился, что при постоянном давлении они расширяются при нагревании (хотя полагал, что их способность расширяться должна уменьшаться с повышением температуры).

Значение экспериментов Дальтона состоит не столько в точности выводов, сколько в доказательстве того, что с повышением температуры состав газа не влияет на его расширение.

Гей-Люссак, восстановивший приоритет Шарля, много сделал для установления точной количественной зависимости между температурой и объемом газа. Он нашел, что для так называемых постоянных газов увеличение объема каждого из них в пределах от температуры таяния льда до температуры кипения воды равно 100/26666 первоначального объема. После того как были найдены, и экспериментально проверены частные эмпирические законы, выражающие связь между давлением и объемом, объемом и температурой газа, можно было сформулировать более общий закон, характеризующий состояние любого идеального газа. Этот закон гласит, что произведение давления на объем газа равно произведению температуры на некоторую величину R, которая зависит от количества, взятого газа: PV=RT,

где Р обозначает давление, V — объем, Т — температуру газа.

Подобное обобщение эмпирических законов не дает возможности открывать более сложные и глубокие теоретические законы, с помощью которых могут быть объяснены эмпирические законы. Однако описанный метод экспериментального установления зависимостей между существенными факторами исследуемого процесса служит важнейшей предварительной ступенью в познании новых явлений.

Если в планировании эксперимента предусматривается только выявление существенных факторов, влияющих на процесс, то такого рода эксперименты часто называют факторными. В большинстве случаев, в особенности в точном естествознании, стремятся не только выявить существенные факторы, но и установить формы количественной зависимости между ними: последовательно определяют, как с изменением одного фактора или величины соответственно изменяется другой фактор. Иными словами, в основе указанных экспериментов лежит идея о функциональной зависимости между некоторыми существенными факторами исследуемых явлений. Такие эксперименты получили название функциональных.

Однако какой бы эксперимент ни планировался, его проведение требует точного учета тех изменений, которые экспериментатор вносит в изучаемый процесс. Это требует тщательного контроля, как объекта исследования, так и средств наблюдения и измерения.

3.2.3. Контроль эксперимента

Большая часть экспериментальной техники служит для контроля тех факторов, характеристик или свойств, которые по тем или иным причинам считаются существенными для исследуемого процесса. Без такого контроля нельзя было бы достичь цели эксперимента. Техника, которая используется в эксперименте, должна быть не только практически проверена, но и теоретически обоснована.

Однако прежде чем говорить о теоретическом обосновании, надо убедиться в практической осуществимости эксперимента.

Даже в том случае, когда Опытная установка успешно функционирует, ее работа, и в особенности результаты, может зависеть от самых разных причин. Поэтому прежде чем приступить к эксперименту, исследователь стремится объяснить функционирование будущей экспериментальной установки с помощью уже известной и хорошо подтвержденной теории.

Если эксперимент должен служить критерием истинности научного знания, то вполне естественно, что он должен опираться только на хорошо проверенное и надежное знание, истинность которого установлена вне рамок данного эксперимента.

Точно так же обстоит дело с новой экспериментальной техникой. Кроме теоретического обоснования её надежность следует проверять с помощью других методов. Например, техника использования так называемых меченых атомов в биологии и радиоактивных изотопов в различных отраслях науки и техники в существенной степени опирается на сопоставление результатов, полученных с помощью указанной техники, с данными, полученными другим способом. Известно, что результаты определения времени существования тех пли иных органических отложений в Земле, возраста горных пород с помощью техники радиоизотопов (в частности, изотопа углерода С14) контролировались уже проверенными методами (астрономическими, биологическими, хрониками и т.д.).

Однако, как бы ни была важна проверка технической стороны опыта, она не исчерпывает существа контроля при планировании и проведении эксперимента. Чтобы точно определить изменения, которые происходят в процессе эксперимента, очень часто наряду с экспериментальной группой используют еще так называемую контрольную группу. Там, где не происходит заметных индивидуальных изменений, в качестве контрольной группы или системы может служить сам исследуемый объект. Например, для определения изменения механических свойств металла от воздействия токов высокой частоты достаточно исчерпывающим образом описать эти свойства до и после эксперимента.

Первоначальные свойства металла можно при этом рассматривать как свойства контрольной системы, с помощью которых можно судить о результатах воздействия на металл в процессе эксперимента.

Все воздействия и изменения совершаются над экспериментальной группой, а о результатах этих воздействий судят, сравнивая с контрольной группой. Так, чтобы проверить эффективность нового лекарства, точно выяснить все положительные и отрицательные факторы, вызванные им, необходимо всех подопытных животных разделить на две группы: экспериментальную и контрольную. То же самое делают при экспериментальной проверке прививок против инфекционных заболеваний.

Во всех случаях, когда по условиям исследования требуется образовать экспериментальную и контрольную группы, необходимо добиваться того, чтобы они были как можно более однородными. В противном случае результаты эксперимента могут оказаться не вполне надежными и даже весьма сомнительными. Самый простой способ достижения такой однородности состоит в попарном сравнивании индивидуумов экспериментальной и контрольной групп. Для больших групп такой способ оказывается малопригодным. Поэтому в настоящее время чаще всего прибегают к статистическим методам контроля, при использовании которых учитываются общие, статистические характеристики сравниваемых трупп, не индивидуальные их особенности.

В качестве статистических критериев контроля нередко выбирают контроль распределений. Распределения характеризуют, как часто или с какой вероятностью та или иная случайная, величина принимает какое-либо из возможных ее значений. Путем сравнения функций распределения можно достичь большей пли меньшей степени однородности экспериментальной и контрольной групп.

Однако как при индивидуальной, так и статистической оценке этих групп всегда сохраняется возможность предвзятого выбора индивидуумов. Чтобы исключить такую возможность, при планировании эксперимента прибегают к методу рандомизации, цель которого —обеспечить равновероятность выбора любого индивидуума из имеющейся совокупности. Техника такого выбора может быть самой различной, но она должна способствовать достижению главной цели — построению однородных групп (экспериментальной и контрольной) из совокупности, подлежащей исследованию.

3.2.4. Интерпретация результатов эксперимента

Зависимость эксперимента от теории сказывается не только при планировании, но в еще большей степени при истолковании его результатов.

Во-первых, результаты любого эксперимента нуждаются в статистическом анализе, чтобы исключить возможные систематические ошибки. Такой анализ становится особенно необходимым при осуществлении экспериментов, в которых исследуемые факторы или величины заданы не индивидуальным, а статистическим образом. Но даже при индивидуальном задании, как правило, производят множество различных измерений, чтобы исключить возможные ошибки. В принципе статистическая обработка результатов эксперимента, в котором исследуемые величины заданы индивидуально, ничем не отличается от обработки данных наблюдения. Гораздо большие трудности возникают при анализе статистических экспериментов.

Прежде всего, здесь приходится устанавливать и оценивать различие между экспериментальной и контрольной группами. Иногда разница между ними может быть вызвана случайными, неконтролируемыми факторами.

Поэтому возникает задача определения и статистической проверки разницы между экспериментальной и контрольной группами. Если эта разница превышает некоторый минимум, то это служит показателем того, что между величинами, изучаемыми в данном эксперименте, существует некоторая реальная связь. Нахождение конкретной формы этой взаимосвязи представляет цель дальнейшего исследования.

Во-вторых, результаты эксперимента, подвергшиеся статистической обработке, могут быть по-настоящему поняты и оценены только в рамках теоретических представлений соответствующей отрасли научного знания. При всей тонкости и сложности современных статистических методов с их помощью в лучшем случае может быть нащупана или угадана некоторая гипотеза о реальной взаимосвязи исследуемых факторов или величин. С помощью методов корреляционного анализа можно, например, оценить степень зависимости или соотношения одной величины от другой, но такой анализ не может раскрыть конкретную форму или тип функциональной связи между ними, т.е. закон, управляющий этими явлениями. Вот почему истолкование результатов экспериментального исследования приобретает такое важное значение для понимания и объяснения этих результатов.

При интерпретации данных эксперимента исследователь может встретиться с двумя альтернативами.

Во-первых, он может объяснить эти результаты в терминах уже известных теорий или гипотез. В этом случае его задача сводится к проверке или перепроверке наличного знания. 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 неизбежно связано с интерпретацией, по крайней мере, некоторых понятий и утверждений теории.

Во-вторых, в ряде случаев ученый не располагает готовой теорией или даже более или менее обоснованной гипотезой, с помощью которых он смог бы объяснить данные своего эксперимента. Иногда такого рода эксперименты даже противоречат тем теоретическим представлениям, которые господствуют в той или иной отрасли науки.

Об этом свидетельствуют многочисленные экспериментальные результаты, полученные в физике в конце XIX— начале XX в., которые упрямо не укладывались в рамки старых, классических представлений. В 1900г. Макс Планк, убедившись в невозможности классическими методами объяснить экспериментальные данные, относящиеся к свойствам теплового излучения, предложил свою интерпретацию в терминах конечных квантов энергии.

Эта интерпретация помогла впоследствии объяснить особенности фотоэлектрического эффекта, эксперименты Франка и Герца, эффекты Комптона и Штерна—Герлаха и многие другие опыты.

Конечно, не всякая новая интерпретация экспериментальных данных приводит к революционным изменениям в науке. Однако любая интерпретация предъявляет серьезные требования к существующим теориям, начиная от пересмотра и модификации некоторых их элементов и кончая радикальным пересмотром исходных принципов и постулатов.

3.2.5. Функции эксперимента в научном исследовании

Преимущество эксперимента над наблюдением состоит, прежде всего, в том, что он дает возможность активно и целенаправленно исследовать интересующие науку явления. Ученый может по своему желанию изучать эти явления в самых различных условиях их протекания, усложнять или упрощать ситуации, строго контролируя при этом ход и результаты процесса. Часто эксперимент уподобляют вопросу, обращенному к природе. Хотя такой метафорический способ выражения и не свободен от недостатков, тем не менее, он очень удачно схватывает основную цель эксперимента — давать ответы на наши вопросы, проверять идеи, гипотезы и теории относительно свойств и закономерностей протекания тех или иных процессов в природе. В обычных условиях эти процессы крайне сложны и запутаны, не поддаются точному контролю и управлению. Поэтому и возникает задача организации такого их исследования, при котором можно было бы проследить ход процесса «в чистом» виде.

В этих целях в эксперименте отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. Хотя такое упрощение и отдаляет нас от действительности, но в конечном итоге оно способствует более глубокому пониманию явлений и возможности контроля немногих существенных для данного процесса факторов или величин. В этом отношении эксперимент гораздо ближе стоит к теоретической модели, чем наблюдение. При экспериментировании исследователь сосредоточивает внимание на изучении лишь наиболее важных сторон и особенностей процессов, стараясь свести к минимуму возмущающее действие второстепенных факторов. Отсюда напрашивается естественная аналогия между экспериментом и абстрагированием.

Подобно тому, как при абстрагировании мы отвлекаемся от всех несущественных моментов, свойств и особенностей явлений, яри экспериментировании стремятся выделить и изучить те свойства и факторы, которые детерминируют данный процесс. И в том и другом случае исследователь ставит задачу — изучить ход процесса «в чистом виде», и поэтому не принимает в расчет множество дополнительных факторов и обстоятельств.

Но, пожалуй, больше чем в другой аналогии, здесь приходится считаться с важными различиями принципиального характера. Во-первых, всякое абстрагирование представляет способ мысленного выделения существенных свойств и особенностей исследуемого, явления, в то время как при экспериментировании с помощью специальных средств и приборов создают искусственную среду, которая даст возможность анализировать явления в условиях, более или менее свободных от возмущающего влияния второстепенных факторов. Конечно, в сравнении с возможностями мысленного отвлечения возможности фактической изоляции явлений в условиях эксперимента представляются более скромными. Во-вторых, в реальной практике научного исследования абстрагирование всегда предшествует эксперименту. Прежде чем поставить эксперимент, ученый должен исходить из некоторой гипотезы или просто догадки о том, какие свойства или факторы в изучаемом явлении считать существенными, а какие можно не принимать во внимание. Все это показывает, что абстрагирование и эксперимент относятся к качественно различным методам исследования и решают свои, специфические задачи.

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 в научном исследовании, которая служит показателем зрелости самого метода. Ни в античности, ни в средние века не было эксперимента в точном смысле этого слова, так как там целью опытов скорее был сбор данных, чем проверка идей.

Галилей, решительно порвавший с натурфилософскими и схоластическими традициями прежней физики, впервые систематически стал проверять свои гипотезы с помощью эксперимента. Огромные успехи в развитии механики в Новое время были связаны с тем, что разработка новых ее гипотез и теорий шла рука об руку с их экспериментальной проверкой. Постепенно такой метод проверки новых гипотез и теорий проник во все отрасли естествознания, а в наше время успешно используется и в ряде социальных наук.

Не менее ценную роль эксперимент играет при формировании новых гипотез и теоретических представлений. Эвристическая функция эксперимента при создании гипотез состоит в том, чтобы использовать опыт для уточнения и исправления первоначальных допущений и догадок. В то время как при проверке исследователь располагает готовой гипотезой и стремится с помощью эксперимента либо подтвердить, либо опровергнуть ее, при выдвижении и обосновании новых гипотез ему часто не хватает дополнительной эмпирической информации. Поэтому он вынужден обращаться к эксперименту, в том числе к модельному и мысленному, чтобы откорректировать свои первоначальные допущения. Обычно поисковый и проверочный эксперименты осуществляются одновременно.

В ходе исследования ученый не только уточняет свою первоначальную догадку и доводит ее до уровня научной гипотезы, но одновременно проверяет эту гипотезу сначала по частям, а затем и целиком.

Какой бы эксперимент, однако, ни осуществлялся, он всегда служит лишь определенным звеном в общей цепи научного исследования. Поэтому его нельзя рассматривать как самоцель и тем более противопоставлять теории.

Если эксперимент ставит вопрос природе, то такой вопрос может возникнуть лишь в сфере идей и при достаточно высоком уровне развития теоретического знания.

Как уже отмечалось, сам план проведения эксперимента, интерпретация его результатов требуют обращения к теории. Без теории и её руководящих идей невозможно никакое научное экспериментирование.

На первый взгляд может показаться, что такое подчеркивание значения теории для эксперимента и эмпирического познания вообще противоречит известному тезису о последовательности этапов процесса познания. В действительности тезис о движении познания от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике дает общую историческую картину процесса, выясняет генетическую связь между эмпирической и рациональной ступенями познания.

В реальной практике научного исследования эти ступени выступают во взаимодействии и единстве. Бесспорно, что теоретические представления всегда основываются на каких-то эмпирических данных или фактах.

В конечном счете, все знание опирается на опыт, эксперимент, практику. Однако само эмпирическое познание, особенно в науке, отталкивается от существующих теоретических представлений. Такое взаимодействие между теорией и эмпирией с особой наглядностью проявляется на примере эксперимента. Вот почему в научном исследовании меньше всего можно говорить о независимости различных методов и ступеней познания, а тем более об их противопоставлении друг другу. Наоборот, только учет их диалектической взаимосвязи и взаимодействия дает возможность правильно понять не только весь процесс исследования в Целом, но и отдельные его этапы и методы.

За четыре века существования экспериментальный метод продемонстрировал свою высокую эффективность как важнейший способ эмпирического исследования. Эта эффективность возрастала, но мере усложнения экспериментальной техники и степени зрелости теоретической мысли. От простейших опытов, представляющих по сути дела усложненные наблюдения, до создания индустриальных установок для ускорения заряженных частиц, получения высоких и сверхвысоких температур и давлений, мощных радиотелескопов и космических лабораторий — вот тот гигантский скачок, который характеризует развитие экспериментальной техники. Индустриальный характер современного физического эксперимента и сложность его техники делают необходимым создание больших коллективов исследователей. Важным достоинством коллективных методов научной работы является то, что они помогают преодолевать односторонность и субъективизм как в оценке перспективности тех или иных направлений, так и в интерпретации полученных результатов.

Возникает вопрос: если экспериментальный метод является столь эффективным методом эмпирического исследования, то почему он не применяется во всех науках?

Главным условием успешного применения экспериментального метода в той или иной науке является принципиальная возможность активной, преобразующей деятельности исследователя с изучаемым объектом. Действительно, наибольший успех, достигнутый с помощью этого метода, относится главным образом к физике и химии, где легче всего можно вмешиваться в ход исследуемых процессов.

В некоторых науках ученые объективно не могут воздействовать на изучаемые процессы. Так, в астрономии, несмотря на большой успех космических исследований, они часто вынуждены ограничиваться наблюдениями за небесными телами. То же самое следует сказать о геологии и некоторых других науках. Такие науки хотя и используют эмпирические методы (например, наблюдения и измерения), но не относятся к наукам экспериментальным.

В наиболее развитых экспериментальных науках и наблюдения и опыты сопровождаются тщательными измерениями исследуемых величин. Хотя техника измерений и их специальная методика может быть весьма различной, все же существуют некоторые общие принципы, правила и приемы измерений, которыми руководствуется любой ученый в процессе исследования.