Пространство и время 6 страница

Отметим еще раз, что в методологии науки метод понимается как некоторая программа, регулирующая познавательную деятельность и обеспечивающая ее целенаправленный характер. Любой научный метод должен отвечать следующим требованиям:

– в нем должны быть описаны состав и последовательность действий (материальных и мысленных), необходимых для получения знания об исследуемом объекте;

– он должен быть изложен в логической форме нормативных высказыва­ний (включающих нормативы вида «сделать то-то», «взять то-то» и т. п.);

– он должен удовлетворять критерию осуществимости. Норматив счита­ется осуществимым, если описанное им действие на содержит противоречий, является осмысленным, может быть выполнено конечным числом ша­гов (не всякий предложенный норматив осуществим; например, норматив «постройте круглым квадрат» – неосуществим).

Так как в научном исследовании выделяют две стадии (уровня): эмпирическое и теоретическое исследование, причем эмпирическое, в общем случае – первично по отношению к теоретическому, то общенаучные методы и формы познания распадаются также на эмпирические и теоретические.

2. Структура и методология эмпирического знания

Эмпирическое исследование базируется на непосредственном практическом взаимодействии исследователя с изучаемым объектом. Оно предполагает осуществление наблюдений и экспериментальную деятельность, поэтому средства эмпирического исследования необходимо включают в себя приборы, приборные установки и другие средства реального наблюдения и эксперимента. Результат эмпирического исследования – научный факт и эмпирический закон.

Эмпирический уровень научного познания основывается на чувственном отражении (но не сводится к нему), поэтому отличительным признаком данного уровня являются используемые методы и средства:

– наблюдение и приборы наблюдения;

– измерение и измерительные приборы;

– натурный эксперимент и экспериментальные средства (включая натурные модели).

Эмпирический уровень имеет два подуровня:

а) непосредственные наблюдения и эксперименты, результатом которых являются данные наблюдения;

б) познавательные процедуры, посредством которых осуществляется переход от данных наблюдений к эмпирическим фактам и законам.

От обычного чувственного восприятия научное наблюдение отличается своей целенаправленностью и организованностью.

Научное наблюдение связано с решением определенной научной проблемы или задачи. Целенаправленность наблюдения связана с наличием предварительных идей, предположений, которые вызывают необходимость в наблюдении. Наблюдатель не просто фиксирует явления, а ищет их, руководствуясь некоторой идеей и прошлым опытом.

Наблюдение предполагает отвлечение от преобразующего воздействия на изучаемый объект. Наблюдатель либо вынужден, либо сознательно стремится изучать объекты в их естественных условиях. Так, при изучении астрономических объектов (движение планет, изучение химического состава звезд и тому подобное) объект недоступен для практического воздействия на него и исследователь вынужден ограничиться наблюдением.

В протоколе наблюдения указывается, кто наблюдал, время наблюдения, описываются приборы, если они применялись в наблюдении, а протокольные предложения формулируются как высказывания типа: «NN наблюдал, что после включения тока стрелка на приборе показывает цифру 5», «NN наблюдал в телескоп на участке неба (с координатами х, у) яркое световое пятнышко» и т. п.

Анализ смысла протокольных предложений показал, что они содержат не только информацию об изучаемых явлениях, но и, как правило, включают ошибки наблюдателя, наслоения внешних возмущающих воздействий, систематические и случайные ошибки приборов и т. п. Но тогда становится очевидным, что данные наблюдения, вследствие того, что они отягощены субъективными наслоениями, не могут служить основанием для теоретических построений.

В результате была поставлена проблема выявления таких форм эмпирического знания, которые бы имели интерсубъективньй статус, содержали бы объективную и достоверную информацию об изучаемых явлениях.

Было установлено, что такими знаниями выступают эмпирические факты. Именно они образуют эмпирический базис, на который опираются научные теории. Факты фиксируются в языке науки в высказываниях типа; «сила тока в цепи зависит от сопротивления проводника»; «в созвездии Девы вспыхнула сверхновая звезда»; «более половины опрошенных в городе недовольны экологией городской среды» и т. п.

Сам характер фактофиксирующих высказываний подчеркивает их особый объективный статус по сравнению с протокольными предложениями. Но тогда возникает новая проблема: как осуществляется переход от данных наблюдения к эмпирическим фактам и что гарантирует объективный статус научного факта?

Таким образом, произошло возвращение к проблеме критерия истинности научных высказываний.

В процессе наблюденияотображаются качественные и количественные параметры изучаемых объектов, их пространственно-временные характерис­тики, процессы изменения (т. е. объекты со стороны их явления).

Исторически сложились следующие виды наблюдения.

1. Наблюдение идет на основе непосредственного воздействия объекта О на органы чувств наблюдателя С.

Непосредственное наблюдение

Непосредственное наблюдение определяется возможностями наших органов чувств. Но возможности органов чувств биологически ограничены. Так, органы зрения реагируют на электромагнитные колебания в диапазоне от 390 до 750 миллимикрон; органы слуха воспринимают механические колебания среды в диапазоне от 20 до 20 000 герц. Мы не можем наблюдать невооруженным глазом звезды меньше 6-й величины, видеть движение пылинок в темноте и т. п. Нам трудно фиксировать данные, поступающие одновременно из разных сенсорных каналов.

2. Биологическая ограниченность органов чувств преодолевается благодаря применению приборов. Здесь мы имеем дело с так называемым опосредованным наблюдением, которое включает в себя два варианта:

а) между объектом и органом чувств субъекта помещается прибор П¹, усиливающий количественно воздействие объекта на субъект.

Опосредованное наблюдение I типа

Примером этому варианту наблюдения может служить использование в качестве прибора лупы, оптического телескопа и микроскопа;

б) между объектом и органом чувств субъекта помещается прибор П², качественно изменяющий не воспринимаемое действие объекта таким образом, что оно становится наблюдаемым субъектом.

	О				С

Опосредованное наблюдение II типа

Примером этого варианта может служить использование компаса, преобразующего воздействие магнитного поля земли в зрительно наблюдаемые положения стрелки магнита.

Благодаря использованию приборов расширяется диапазон воспринимае­мых явлений (количественно и качественно). Благодаря использованию приборов все явления материального мира становятся принципиально наблюдаемыми; это обстоятельство кладет конец агностическим сомнениям в познаваемости мира.

Результаты наблюдений зависят от органов чувств наблюдателя, средств наблюдения (приборов) и объективных свойств наблюдаемых явлений, поэтому при анализе результатов наблюдения нужно учитывать ряд обстоятельств:

1) что в результатах наблюдения зависят от самого объекта и что от специфики органов чувств;

2) что зависит от специфики применяемых приборов и что – от специфики самого объекта;

3) необходим учет того, различаются ли состояние и поведение объекта при наблюдении и состояние и поведение, которое имело бы место, если бы не было процесса наблюдения.

Приборы, увеличив количественно и расширив качественно способности наблюдения, стали посредником между объектом и субъектом. Это порождает проблему, с которой должно считаться все современное эмпирическое естествознание – необходимость учета того, какое влияние приборы оказывают на получаемые результаты.

Практика научного исследования показала, что для того, чтобы результаты наблюдений давали возможно более объективную информацию, необходимо максимально разнообразить условия наблюдения. При этом объект будет выглядеть по-разному, но то сходное, что есть во всех наблюдениях, можно рассматривать как объективную информацию о наб­людаемых явлениях.

Разновидностью наблюдения является измерение. Во всякой процедуре измерения, дающей истинный результат, используется (осознанно или интуитивно) закон единства и количественных и качественных изменений, то есть учитывается, что внешним моментом количества является величина – результат сопоставления систем по одному и тому же аспекту качества. Число же – результат сопоставления величин, в котором одна из них принимается за эталонную (единицу измерения). Качество и количество связаны в мере – множестве количественных значений, внутри которого сохраняется данное качество.

Измерение – операция, посредством которой определяется отношение одной (измеряемой) величины к другой однородной величине (принимаемой за единицу); число, выражающее такое отношение, называется численным значением измеряемой величины. Измерение – одна из древнейших операций, применявшаяся человеком в практической деятельности (при распределении земельных участков, в строительном деле, при ирригационных работах и т. д.); современная хозяйственно-экономическая и общественная жизнь немыслима без измерения.

Для точных наук характерна органическая связь наблюдений и эксперимента с определением численных значений характеристик исследуемых объектов и процессов. Д. И. Менделеев не раз подчеркивал, что наука начинается с тех пор, как начинают измерять.

Полное измерение включает следующие элементы:

– объект измерения («О»), свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина («СВ»);

– единицу измерения («ЕИ»);

– технические средства измерения («ТС»), проградуированные в выбранных единицах;

– метод измерения («МИ»); наблюдателя или регистрирующее устройство, воспринимающее результат измерения («РУ»);

– окончательный результат измерения («РИ»).

контролирующая обратная связь

Структура измерения

Простейшим и исторически первым известным видом измерения является прямое измерение, при котором результат получается непосредственно из измерения самой величины (например, измерение длины проградуированной линейкой, измерение массы тела при помощи гирь и т. д.). Однако прямые измерения не всегда возможны. В этих случаях прибегают к косвенным измерениям, основанным на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Установленные наукой связи и количественные отношения между различными по своей природе физическими явлениями позволили создать самосогласованную систему единиц, применяемую во всех областях измерения (международная система единиц).

Измерение следует отличать от других приемов количественной характеристики величин, применяемых в тех случаях, когда нет однозначного соответствия между величиной и ее количественным выражением в определенных единицах. Так, визуальное определение скорости ветра по Бофорта шкале или твердости минералов по Мооса шкале следует считать не измерением, а оценкой.

Всякое измерение неизбежно связано с погрешностями. Чаще всего, погрешности возникают «по вине» средств измерения. Различают погрешности средств измерения систематические, т. е. сохраняющиеся постоянными или закономерно изменяющиеся, и случайные, т. е. изменяющиеся случайным образом. Например, случайной будет погрешность, когда «несовершенство метода измерения» приводит к влиянию на результат «неконтролируемых факторов». Неправильно нанесенные отметки на шкале прибора или неточная подгонка мер (например, гирь) вызывают систематические погрешности; трение подвижных частей прибора – случайные. Систематические погрешности можно исключать введением поправок или умножением показаний на поправочные множители.

В некоторых случаях – особенно часто встречающихся в атомной и ядерной физике – разброс результатов измерения связан не только с погрешностями аппаратуры, но и с характером самих исследуемых явлений. Например, если пучок одинаково ускоренных электронов пропустить через щель дифракционной решетки, то электроны с определенной вероятностью попадут в разные точки поставленного за решеткой экрана. Приведенный пример показывает, что распространение измерения на новые области физики требует пересмотра и уточнения понятий, которыми оперируют при измерении в других областях.

С развитием науки и техники возникла еще одна важная проблема – автоматизация измерения. Это связано, с одной стороны, с условиями, в которых осуществляются современные измерения (ядерные реакторы, открытый космос и т. д.), с другой стороны – с несовершенством органов чувств человека. В современном производстве, особенно в условиях высоких скоростей, давлений, температур, непосредственное соединение измерительных устройств с регулирующими, минуя человека, позволяет перейти к наиболее совершенной форме производства – автоматизированному производству.

Измерения в метрологии подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямыми называются измерения, при которых мера или прибор применяются непосредственно для измерения данной величины (например, измерение массы на циферблатных или равноплечных весах, измерение температуры термометром).

Косвенными называются измерения, результаты которых находят на основании известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами (например, измерение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам).

Совокупными называются измерения нескольких одноименных величин, значения которых находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин (например, калибровка набора гирь, когда значения масс гирь находят на основании прямого измерения массы одной из них и сравнения масс различных сочетаний гирь).

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин с целью нахождения зависимости между ними (например, нахождение зависимости удлинения тела от температуры).

Различают также абсолютные и относительные измерения. К первым относят косвенные измерения, основанные на измерении одной или нескольких основных величин (например, длины, массы, времени) и использовании значений фундаментальных физических постоянных, через которые измеряемая физическая величина может быть выражена. Под вторыми понимают измерения либо отношения величины к одноименной величине, играющей роль произвольной единицы, либо изменения величины относительно другой, принимаемой за исходную.

Найденное в результате измерения значение измеряемой величины представляет собой произведение отвлеченного числа (числового значения) на единицу данной величины.

Результаты измерения из-за погрешностей всегда несколько отличаются от истинного значения измеряемой величины, поэтому результаты измерения обычно сопровождают указанием оценки погрешности.

Обеспечение единства измерения в стране возлагается на метрологическую службу, хранящую эталоны единиц и производящую поверку применяемых средств измерения. Широкое распространение получила классификация измерения по объектам. Согласно ей, различают измерения линейные (измерения длины, площади, объема), механические (измерения силы, давления и пр.), электрические и т. д. В общем эта классификация соответствует основным разделам физики.

Измерение в социальном исследовании (в статистике, социологии, психологии, экономике, этнографии) – способ упорядочения социальной информации, при котором системы чисел и отношений между ними ставятся в соответствие ряду измеряемых социальных фактов. Различные меры повторяемости, воспроизводимости социальных фактов и являются социальными измерениями, или шкалами. С развитием общества получают распространение простые шкалы – денежная оценка труда, разряды квалификации, оценка успехов в обучении (система баллов), спорте и др. Измерение в общественных науках отличается от таких «естественных» шкал точным определением измеряемых признаков и правил построения шкалы.

В социальных исследованиях измерения впервые вошли в употребление в 1920–1930 гг., когда исследователи столкнулись с проблемой достоверности при изучении общественного сознания, социально-психологических установок (отношений), социального и профессионального статусов, общественного мнения, качественных характеристик условий труда и быта и т. д. Эти измерения являются примером стандартизованной групповой оценки, когда с помощью методов выборочной статистики измеряется «интенсивность» общественного мнения.

Измерения разделяются на три типа:

1) номинальное – числа, приписываемые объектам на номинальной шкале, лишь констатируют отличие или тождество этих объектов, т. е. номинальная шкала есть, по существу, группировка или классификация;

2) порядковое – числа, приписываемые объектам на шкале, упорядочивают их по измеряемому признаку, но указывают лишь на порядок размещения объектов на шкале, а не на расстояние между объектами или, тем более, координаты;

3) интервальное – числа, приписываемые объектам на шкале, указывают не только на порядок объектов, но и на расстояние между ними.

Интервальным измерением является, например, шкала привлекательности профессий. Такая шкала, придавая каждой профессии условный балл, позволяет сравнивать профессии по популярности, т. е. утверждать, что, например, профессия шофера на М баллов популярнее профессии слесаря и на К баллов менее популярна, чем профессия летчика. Однако она не позволяет утверждать, что интерес к профессиям шофера и слесаря превышает интерес к профессии летчика, если сумма соответствующих баллов превышает балл профессии летчика. Нахождение количественной меры социальных явлений и процессов ограничивается этими тремя типами измерения. Предпринимаются попытки создания четвертого типа измерения – количественного, с введением единицы измерения.

Второй метод эмпирического исследования – эксперимент. В отличие от наблюдения в ходе эксперимента субъект активно воздействует на объект исследования посредством других материальных объектов – экспериментальных устройств – ЭУ (инструментов, аппаратов и т. п.).

Реакция изучаемого объекта фиксируется приборами, которыми обыч­но оснащены экспериментальные устройства. Отсюда видно, что между экспериментом и наблюдением есть тесная связь. В эксперименте можно выделить три составляющие:

– познающий субъект (экспериментатор), его деятельность;

– экспериментальные средства;

– объект исследования. Первая составляющая – субъективная, вторая и третья – объективные стороны эксперимента.

К субъективной стороне относятся особенности органов чувств экс­периментатора, его логические способности, уровень научных знаний, квалификация; к субъективной стороне можно также отнести цели и за­дачи экспериментатора и характер самой его деятельности. В общем, следует учитывать все эти моменты, но при методологическом анализе, как указывалось выше, от ряда указанных моментов мы отвлекаемся.

Основные виды экспериментальных средств:

а) приготовляющие устройства (например, источники света или электрического тока, генераторы элементарных частиц и т. п.);

б) изолирующие устройства (защитные экраны, вакуумные насосы и т. п.);

в) устройства, непосредственно воздействующие на объект (призмы для света, дифракционные решетки и т. д.);

г) средства усиления и преобразования (микроскопы, ускорители частиц и т. п.); регистрирующие и измеряющие устройства (гальванометры, счетчики, эмульсионные пластинки и т. д.).

В ходе эксперимента обычно производится изолирование объекта от влияния побочных, несущественных явлений, воспроизведение хода процесса в неподдающихся контролю условиях, варьирование условий.

Типичный ход эксперимента заключается в следующем. Имеется, некоторое явление. Выбираются существенные факторы. Естественно, что нужно определить, что является существенным и что несущественным. Так, в свое время при исследования газов было решено, что существенными факторами являются температура, давление и объем, а такие факторы, как форма сосуда, в котором находится газ, или настроение физика-экспементатора являются несущественными. (Р. Карнап приводит шутливый пример. Ставится эксперимент. Заявление астролога о том, что нужно учесть расположение планет, отклоняется как несущественное.)

Разрабатывается методика и план проведения эксперимента, выделяется объект и конструируются условия, в которых он находится, выбираются (создаются) экспериментальные средства, осуществляется воздействие экспериментальных средств на объект, фиксируются данные.

Задача эксперимента – установление зависимости между существенными свойствами объектов исследуемой предметной области.

Эксперименты различаются по специфике объектов исследования (физический, биологический, социальный и др.), по характеру целей, которые ставит перед собою экспериментатор (поисковый, проверочный, демонстрационный (учебный), по характеру экспериментальных средств и способов их использования (прямой, натурный, модельный). Значительный интерес представляет выявление специфики модель­ного эксперимента.

Моделированиеприменялось издавна, например, в строительстве и некоторых других сферах деятельности. Начиная с середины XIX века, моделирование используется систематически; в XX веке оно становится все более широко применяемым методом. Не случайно, что с середины XХ века моделирование не стало предметом пристального внимания практи­ков, ученых, методологов.

Необходимость экспериментирования на моделях определяется объективными условиями и особенностями объектов познания, которые делают затруднительными или невозможными прямые эксперименты. Так, например, объект исследования может быть удален в пространстве (космические объекты) или во времени (события и процессы, существовавшие в прошлом); объект может иметь очень большие размеры или быть недоступен наглядному созерцанию (пример последнего – объекты микромира); прямой эксперимент может быть экономически нерентабельным и нецелесообразным и т. д. Во всех подобных случаях для получения исходной научной информации целесообразно обращаться к эксперименту на моделях.

Если в натурном эксперименте экспериментатор с помощью средств исследования воздействует непосредственно на изучаемый объект, то в модельном эксперименте исследуется не объект (оригинал), а модель; оригинал непосредственно в самом эксперименте не участвует.

В модельном эксперименте, кроме тех действий, операций, которые характерны для натурного эксперимента, добавляется операция построения модели и перехода от модели к объекту (оригиналу).

Некоторый объект становится моделью, если он удовлетворяет следующим необходимым признакам:

1) между моделью и оригиналом имеется отношение сходства (условие аналогии);

2) модель является заместите­лем изучаемого объекта (условие репрезентации);

3) изучение модели позволяет получить информацию об оригинале (условие экстраполяции).

Модель должна быть не только сходна с оригиналом,но и отличаться от него. Именно отличие и дает возможность «обойти» препятствия, имею­щиеся при изучении оригинала.

По характеру, по способу замещения объекта модели подразделяют на материальные и мысленные. В материальных моделях, независимо от того, сконструированы ли они искусственно или в качестве моделей использованы существующие в природе процессы или предметы, их отно­шения сходства с оригиналами существуют объективно, вне и независи­мо от сознания. Мысленные же модели конструируются в форме мыслен­ных, идеальных образов, существующих в голове исследователя.

Специфика модельного эксперимента становится еще более нагляд­ной, если сопоставить ход натурного и модельного экспериментов.

Право на перенос полученных результатов при исследовании модели на оригинал должно быть теоретически обосновано.

Объективные основания модельного эксперимента заключаются в существовании общих закономерностей организации и функционирования различных явлений.

Теоретической основой модельного эксперимента в области физического моделирования является теория подобия. В ней формулируются условия, при которых физические системы считаются подобными, и даются указания о возможности переноса результатов эксперимента с одной системы на другую. В отношении подобия (гомоморфизма или изоморфизма) могут быть материальные системы, принадлежащие к различным формам движения материи. В таком случае, например, создаются электрические модели для изучения свойств механических систем.

Логической формой вывода, используемой в модельном эксперименте, является аналогия. Аналогия– умозаключение, в котором от сходства объектов в одних признаках делается вывод о сходстве этих объектов в других признаках. Схема аналогии:

объект А имеет признаки а, б, в, х

объект В имеет признаки а, б, в.

Вероятно, что объект В имеет признак х.

Примером может служить следующая ситуация: модель самолета (А) имеет такую же форму (а), такое же отношение веса к плоскости крыльев (б), такое же соотношение между весом носовой части и остальной части фюзеляжа (в), как и конструируемый самолет (В). При испытании модели в аэродинамической трубе оказывается, что модель неустойчива (х). На основании аналогии (сходства в трех признаках) делается вывод, что и конструируемый самолет будет неустойчив при полете.

Аналогия дает в принципе вероятные выводы. Степень вероятности их зависит от ряда факторов: и от числа общих признаков у сравниваемых объектов, и от характера признаков, и от связи сравниваемых признаков друг с другом.

Непосредственная цель и результат научного наблюдения и различных форм экспериментирования – получение и накопление фактов. Научный факт – первая, исходная форма эмпирического знания.

Понятие факта неоднозначно. В научной и житейской практике термин «факт» употребляется в трех значениях:

1) как некоторое событие, явление (лат. factum – сделанное, совершившееся);

2) как особого рода эмпирическое высказывание, в котором описывается познанное событие или явление (например, запись в Ипатьевской летописи относительно солнечного затмения I мая 1185 г.);

3) как синоним слов «верно», «истинно», например: «факт, что сумма внутренних углов треугольника равна 180º».

Последнее значение не является специфическим для понятия факта, и его можно исключить из рассмотрения.

Для первого и второго значения предлагают иногда во избежание путаницы ставить индексы: факт как объективно существующее событие или явление обозначать «факт», а описание события – «факт₂». Если факт есть событие или явление объективного мира, то зачем наряду с понятием о событии вводится понятие о факте, т. е. зачем нужны два разных термина для обозначения одного и того же? Ответ состоит в том, что здесь одно и то же рассматривается в разных отношениях. Когда мы говорим о события или о явлении, мы их рассматриваем онтологически, безотносительно к субъекту, но в различных – причинных, структурных, генетических и т. п. – отношениях к другим событиям и явлениям. Когда же мы эти события называем фактами, мы их рассматриваем гносеологически, т. е. в их отношении к познающему субъекту, к гипотезам и те­ориям, которые создаются на основе фактов».[72]