Роль эксперимента в научном исследовании. Проект на тему: «Роль эксперимента в обучении физики

История научного метода заключена в самой науке. Исходя из этого положения, составитель решил последовательно ознакомиться со вступлениями к работам, ставшим вехами в развитии естествознания. Однако, выделив из всей совокупности данных вступления и предисловия, мы совершаем отбор, фильтрацию материала. Поэтому естественно возникает вопрос о представительности и полноте этой картины, иными словами, о мере ее объективности.

Всякий опыт представления прошлого есть проекция минувшего. Прошлое многомерно, а проекция дает лишь один разрез существовавшего некогда многообразия событий, лиц, идей. Поэтому как для читателя, так и для составителя важно уяснить работу механизма отбора, понять, как действует предложенный нами подход к прошлому.

В данном очерке мы укажем исторические границы рассматриваемого периода. Мы проследим за теми факторами, которые определяют избранные сочинения, и остановимся на тех пропусках, неизбежных пропусках, которые возникают в общей картине, и в то же время попытаемся оценить ее полноту и представительность. Мы отметим те особенности содержания и формы, которые отражены в предисловиях как явлениях литературы. Наконец, мы укажем на область применимости развитого приема и определим некоторые выводы, к которым нас приводит анализ созданного таким образом автопортрета науки.

Время, охваченное сборником, начинается с эпохи Возрождения, иными словами, мы всецело обращаемся к развитию знаний Нового Времени. Есть ряд причин такого ограничения рассматриваемого интервала времени, однако наиболее существенным представляется то, что последние пять веков являют нам единую и последовательную цепочку событий в европейской и мировой культуре, оказывающих в своей совокупности определяющее влияние на настоящее.

– так названо удивительное время в нашей истории. Время, когда с исключительной мощью проявились свежие общественные силы, разорвавшие идейные оковы феодализма, которые связывали Европу на протяжении тысячелетия. Развитие городов и становление буржуазии привело к расцвету ремесла и торговли. Нарождающийся капитализм дал новые формы социально‑экономических отношений. Великие географические открытия расширили наши представления о Земле почти до нынешних пределов. Устои католической церкви потрясла реформация. Гуманизм и просвещение преобразили мораль и этические нормы общества: изменилось само отношение к личности человека. Духовное раскрепощение привело к необыкновенному расцвету культуры – живопись и литература того времени до сих пор пленяют наше воображение.

Конец этой эпохи отмечен началом современного этапа развития науки. Именно тогда началось изучение природы, материального мира, самого человека на основе наблюдений и эксперимента, а не путем схоластики, созерцания и обращения к догме. Доказательство истины стали искать не в непротиворечивости авторитету, а в данных опыта. В рассматриваемых нами сочинениях мы видим те решительные скачки, которыми отмечено возникновение этого нового, научного мировоззрения. Может быть, единственно полезное, что было унаследовано от того прошлого, когда, выражаясь словами Тертулиана,– «...ни в одном исследовании после Евангелья нет больше нужды» – была воспитанная веками некоторая дисциплина и культура мышления. Все образование еще многие годы будет находиться в руках церкви, но, несмотря на это, часто ее воспитанники будут служить уже новым знаниям и новой культуре.

Рассматриваемое время ограничено сегодняшним днем. Однако в том, что мы завершаем этот обзор современностью, есть нечто большее, чем граница между прошлым и будущим.

Мы живем в эпоху социализма, в эпоху научно‑технической революции. Вслед за революционным изменением экономических отношений в обществе радикально изменилось не только состояние науки, но и сама ее общественная функция. Наука стала производительной силой.

Многим кажется, что существенной стала коллективность науки, однако наука как часть общественпого сознания, дающая каждому поколению сумму знаний и определяющая основные представления о мире, всегда была коллективной и интернациональной по своему духу, несмотря на то, что поворотные моменты в ее развитии четко связаны с отдельными лицами – их имена широко представлены в этой книге.

Если раньше наука была больше, хотя и не исключительно связана только с поиском научных истин, важность которых мотивировалась часто не столько практическими, сколько духовными запросами общества, то в эпоху научно‑технической революции, когда использование научных результатов стало менее опосредованным, когда научные.методы стали прямо проникать в технику и промышленность, неизбежно изменился и характер науки, и ее общественное лицо.

В нашу задачу не входит анализ того, как в будущем изменится развитие науки, хотя именно этим вопросом в значительной мере определяется тот повышенный интерес к истории науки, который ныне столь распространен. Интерес к прошлому обостряется в переходные моменты истории тогда, когда особенно остро возникает желание через прошлое заглянуть в будущее. Действительно, если прежде история науки привлекала главным образом философов и педагогов, то теперь ее вопросы интересуют все более широкие круги ученых и инженеров. История науки стала интересовать всех, кому хочется понять, как возникла эта грандиозная и могущественная сила, имеющая теперь такое влияние не только на всю нашу культуру, но и на саму нашу жизнь. Поэтому всякая попытка дать проекцию прошлого, охватить путь, пройденный наукой, представляется не только интересной, но и практически поучительной. Нам существенно важно представить себе богатство прошлого, поскольку сегодня мы несомненно переживаем рубеж в развитии науки. Нам было бы легче определить этот исторический рубеж, если бы у нас была большая временная перспектива. Этого, однако, нам не дано.

Вопрос об исторической перспективе стоял перед составителем и в более узком смысле. Ретроспектива необходима и для суждения о том пли ином труде, входящем в сборник. Чем дальше в прошлом расположена работа, тем проще о ней судить, поскольку при этом можно опираться на проверенные веками оценки многих поколений. Чем ближе к нам расположена работа, тем это суждение становится все более окрашенным субъективизмом личных взглядов и предвзятостью скоротечной интеллектуальной моды. Именно поэтому составитель в этом издании все же исключил труды ныне живущих ученых, хотя прп этом возникают совершенно очевидпые пробелы.

При составлении сборника в центре внимания составителя были вступления, в первую очередь – предисловия, иногда посвящения и введения к крупным монографическим работам, трудам, ставшим поворотными в развитии пауки. Такой подход возможен, по существу, лишь начиная с XVI века, с того времени, когда вместе со становлением современной науки оформилась научная монография. Важным техническим фактором было изобретение книгопечатания: ведь труд «Об обращении небесных сфер» Коперника был издан всего лишь через 83 года после напечатания Гутенбергом его первой 46‑строчной Библии (1460 г.).

В XVII веке существенную роль сыграло появление научных журналов, издававшихся основанными тогда научными обществами и Академиями наук. До этого обмен информацией между учеными в основном происходил путем переписки. Это не только очень ограничивало круг корреспондентов, но само качество научных сообщений было ипым. Появление научной периодики, когда формирование научных идей стало публичным, подняло на новую ступень требования к работам, и тогда стали вырабатываться приемы написания научной статьи, которые до сих пор являются общепринятыми. Как правило, научному мемуару предшествуют введения, и составитель в ряде случаев находил в них полезный и интересный материал.

Составитель уже отмечал неизбежную неполноту представленной выше картины развития науки. Помимо промахов самого составителя и чисто случайных обстоятельств, влияющих уже на само качество предисловий и вступлений, есть один момент, который представляется существенным. В основе естествознания лежит научный факт, открытие пового явления, опыт. Однако само оформление открытий редко происходит путем написания капитального мемуара или книги. В физике, напрпмер, наиболее яркие, и потому неожиданные открытия, часто об‑народовались в виде краткого сообщения, и только по прошествии времени возникало все более глубокое понимание важности свершившегося. Так было при открытии Эрстедом связи электричества и магнетизма, при открытии лучей Рентгена и радиоактивности. Если мы обратимся к этим работам, то мы не найдем в них интересных введений. Более того, интуитивный склад ума экспериментатора, часто более свободный от каких‑либо формализованных представлений и теорий, не способствует тому, чтобы такой ученый искал повод для выражения методов и мотивов своей работы. Во всяком случае, такие ученые делали это более сдержанно, чем авторы следующего за ними эшелона, что никоим образом не умаляет ни их заслуг, ни величия их подвига, ибо без фактов и наблюдений, как бы они ни были иногда малы, никогда не было бы всей последующей работы теоретиков.

Действительно, ученый обращается к жанру научной монографии на следующей ступени тогда, когда он от фактов переходит к их обобщению, и от частных гипотез идет к созданию более полной теории. Может быть поэтому при первом знакомстве с данным сборником у читателя может создаться впечатление, совершенно превратное впечатление, о некотором примате теории над экспериментом. Однако ничто не может быть более ложным, и надо надеяться, что глубокое прочтение этой антологии служит тому веским доказательством.

Научный метод познания Мира, основанный на диалектическом взаимодействии опыта и теории, при всем разнообразии индивидуальных черт ученых, отражен в единстве и преемственности всего содержания сборника.

Основные понятия, возникновение которых мы проследили, по существу должны быть известны любому образованному человеку из учебников средней школы или первых курсов высшей: именно поэтому мы можем теперь отвлечься от основного содержания рассматриваемых книг и раэвить подход, лежащий в основе составления этой книги. Это соображение также лежит в основе отказа составителя от каких‑либо подробных комментариев к материалам сборника. С другой стороны, следует напомнить и о прямом назначении предисловий. Может быть, для некоторых читателей возникнет потребность знакомства с тем сочинением, которое они предваряют.

Тем, кто не найдет среди авторов имен, имеющих, казалось бы, драво быть представленными, надо со всей четкостью понять, что составитель на первое место ставил конкретные труды, а не фамилии. Этот сборник надо рассматривать как последовательную попытку создать образ научного метода, а не как цитатник, иллюстрирующий некую мысль: модель науки может уже следовать из этого материала.

Как уже отмечалось, сборник посвящен развитию естествознания. Основу современной науке о природе дает физика, и поэтому физике уделено столь заметное место. В самой физике составителя больше всего привлекало развитие механики, лежащей в основе наших представлений о пространстве, времени, материи. Очевидно, что механику следует понимать более широко – в нее теперь необходимым образом входят электродинамика, квантовая механика, теория относительности, решающие те же проблемы, которые во времена классики были уделом собственно самой механики. Развитие же молекулярной физики, физики твердого тела, жидкостей нами затронуто лишь на их начальных этапах, а все, что относится к прикладной механике, динамике твердого тела, гидродинамике, пришлось полностью исключить.

В сопредельных науках, в частности в химии, составитель также остановился на тех трудах, которые являются определяющими для развития ее главных понятий, понятий, стоящих на границе с физикой. Поэтому вопросам чисто химическим, таким как органическая химия, теория строения, уделено недостаточно внимания. К сожалению, по отмеченным выше соображениям исторической перспективы вне нашего внимания оказалась квантовая химия, не говоря уже о некоторых основных работах по квантовой механике.

В биологии составитель сосредоточил свое внимание на проблеме эволюции и ее механизме, раскрытом генетикой. Физиология и патология выделены не только как научные основы медицины. Физиология дает нам метод решения элементарных задач биологии, указывая путь к раскрытию механизма биологических явлений. Следует отметить, что вне рассмотрения оказались также основные события, связанные с созданием представлений молекулярной биологии. Однако читатель может проследить пути, которые в столь недавнем прошлом привели к возникновению современных представлений о механизме наследственности и работе клетки, когда объединенными усилиями генетиков и физиологов, биохимиков и физиков были решены некоторые основные проблемы науки о жизни. С другой стороны, мы видим, что проблемы сознания, поведения и памяти пока еще не нашли своего решения, и мы еще только нащупываем отдельные подходы к этим вопросам.

Следуя тому же методу, рассматривались науки о Земле и Космосе, когда имепно на работах, направленных на поиски физических процессов развития мира, сконцентрировано основное внимание. В представленной картине развития наук о Земле остались не отраженными труды двух выдающихся геологов XIX века Лайеля и Зюсса, не давших достаточно сжатых вступлений ни к «Основам геологии», ни к «Лику Земли», трудам, оказавшим в то же время большое влияние на развитие геологии. По соображениям объема пришлось также оставить за пределами сборника геофизику, метеорологию и сейсмологию, описательную географию.

Несколько слов о математике. В этом сборнике мы не находим работ Паскаля и Лейбница, Вейерштрасса и Римана, Галуа, Чебышева, Кантора, Лебега,– имена, без которых трудно представить себе сколько‑нибудь полный образ этой науки. По‑видимому, предложенный подход через узловые монографии здесь менее эффективен, чем в других науках, где несомненно так происходит четкий отбор главных событий. Может быть, традиции математиков, традиции их науки таковы, что у них часто пет нужды обращаться к посредничеству вступлений при обращении к своим коллегам и читающей публике.

Таким образом, в сборнике в основном представлены мыслители и ученые, которые в своих трудах дали широкие обобщения, сформулировали новые направления в науке. Недаром многие из представленных в сборнике книг справедливо считаются основополагающими для целых отраслей знаний. Совокупностью таких трудов в первую очередь определяются узлы остова наших основных представлений о природе, которые в итоге дают человеку синтетическую картину мира. Отметим, что можно проследить четкую параллель между появлением новой парадигмы в смысле Т. Куна и рядом избранных выше сочинений.

Каждому поколению известны авторы, написавшие обзорные книги, учебные курсы, оказавшие большое влияние на современников. Таков в XVII веке Мерсенн, в XVIII веке мы вспоминаем имена Мушенбрука, Еургаве и Бюффона; Био и Юнга – в XIX веке. Можно было бы думать, что такпе ученые, известные энциклопедичностью своих знаний, могли бы предварять свои всеохватывающие сочинения содержательными вступлениями. Однако опыт показывает, что этого не происходит. По‑видимому, та независимость мышления – общая и наиболее сильная черта всех тех, кто представлен в этой книге, в меньшей степени принадлежит тем ученым, которые подчинили свой талант эрудиции и у кого самостоятельность мышления отягощена часто избыточным бременем знаний. Именно тогда, когда мы обращаемся к работам ученых, известных, в первую очередь, собственными оригинальными творческими достижениями, мы находим интересные предисловия к их курсам и лекциям.

Особенно интересны книги, написанные в результате прочтения лекционного курса. Подобные книги начали появляться начиная с XIX века, и их возникновение, несомненно, связано с развитием светского высшего образования. Так было после Великой Французской революции, когда были основаны Политехническая и Нормальная школы, так было тогда, когда были созданы технические и медицинские учебные заведения, появившиеся, в первую очередь, в континентальной Европе после так называемой промышленной революции. При этом и старым университетам, где учебный процесс был больше основан на догматическом подходе к классикам давно минувших дней, пришлось перестраивать свою деятельность, откликнуться на новые требования общественного развития.

Представленный в сборнике материал дает возможность проследить тесную связь между развитием науки и высшим образованием. Мы видим сотрудничество исследовательских институтов и университетов, кли‑пик и медицинских академий. Эта связь необходима для нормального развития науки. Потребность в воспитании учеников и последователей дает сильнейший повод ученым для написания сочинений, появление которых служпт в то же время важным каналом связи науки и общества. Действительно, на уровне интеллектуальных стандартов рассматриваемых работ то, что принято называть внедрением результатов научных исследований, часто наиболее действенно происходит через учеников, воспитанных учеными, через научную школу, созданную учителем, через труды, представленные выше. Именно так обеспечивается преемствен‑пость знаний и культуры, примеры которой легко найти в сборнике.

Как уже отмечалось, в этот сборник не вошли труды, связанные с практическими исследованиями, с прикладными науками. Действительно, ознакомление с такими книгами показывает, что в них редко можно найти предисловия, которые по своему уровню могли бы соседствовать с отобранными выше. Поэтому в сборник вошли фрагменты из сочинений, посвященных тому, что иногда называется «чистой наукой». Но ничто так не определяет практические возможности науки, как ее достижения в области отвлеченного знания. Каждому из приведенных примеров можно незамедлительно указать на конкретные практические последствия этих исследований. Представленные же сочинения связаны с высшими проявлениями творческого гения человека. Мотивы, управляющие учеными, сложнее и глубже той простой и непосредственной пользы, которую можно извлечь из знаний. Удовлетворение фундаментальных духовных интересов человека – создание картины мира и постоянный поиск законов его развития – вот что вело и ведет людей по пути, который мы проследили на протяжении последних пяти веков. Решение даже малого вопроса на грандиозном поприще науки, когда часто единственной и высшей наградой является духовное удовлетворение от процесса познания,– вот что ищет человек и что он стремится передать другим в вечной эстафете знаний.

Расположение материала по отделам знаний традиционно и следует исторически сложившейся дифференциации знаний. Внутри же каждого раздела составитель следовал хронологии. Однако прп суждении о характере знаний данной эпохи полезно спроектировать содержание так, чтобы сблизить одновременно появившиеся труды, принадлежащие разным отделам, поскольку таким путем можно легко уловить доминирующие в данную эпоху умонастроения. Так, в XVIII веке хорошо видно стремление к точному научпому описанию природы. Недаром с работ Лавуазье, Линнея, Галлера начинаются соответственно современная химия, биология, физиология. Доминирующим мотивом XIX века стала проблема эволюции (Кант, Геттон, Ламарк, Кювье, Дарвин).

Однако в XX в. снова стал существен синтетический подход, столь сильный в прошлом, особенно в XVII в. Но современный синтез проявляется не столько в создании некоей новой метанауки, сколько в характерном для нашего времени развитии проблем на стыках наук. Конкретно это проявляется в том, что в традиционную классификацию уже трудно уложить события современной науки: в какой раздел следует, например, поместить книгу физика Шредингера «Что такое жизнь...», которая в равной мере принадлежит физиологии, генетике и физике? Однако мы видим, что именно на контактах старых дисциплин возникают в настоящем наиболее интересные точки роста науки. Так родились биофизика и биохимия, геофизика, биогеохимия. Еще более широкие границы перекрывают попытки построения новых синтетических дисциплин, из которых, наверное, самой известной является кибернетика. Таким образом цементируется все здание науки, в то время когда центробежные силы специализации стремятся разгородить отрасли знаний о природе на узкие, мало связанные отделы, не имеющие, казалось бы, ничего между собой общего, кроме как свой главный объект.

Знакомство с предисловиями ставит перед нами вопрос об их форме и стиле. Удивительно то, насколько их стиль и форма мало изменились за рассматриваемый период по сравнению со способом изложения основного содержания работ. На смену геометрическому методу, унаследованному от античных классиков, пришел аналитический метод. Наглядные же графические образы играют теперь все большую роль в представлении информации. За истекшие века необычайно обогатился наш научный язык. Однако эти изменения менее всего коснулись вступлений; по существу современные предисловия пишутся по тем же канонам и почти теми же словами, что и 400 лет тому назад, когда и сейчас перед автором стоят те же задачи, что и тогда: всегда на нескольких страницах он должен для широкого крута читателей дать свое credo. Эти обстоятельства ставят всех авторов в равное положение перед читателем и придают ту удивительную однородность всему материалу сборника, на которую нельзя не обратить внимания.

Заслуживает внимания поэтика предисловий, рассматриваемых как литературные произведения. Замкнутые по форме, они имеют свою экспозицию и концовку. Именно поэтому эти фрагменты могут существовать сами по себе и, будучи оторванными от основного текста, они мало что теряют. Предисловия часто пишутся отдельно, тогда, когда автор уже сам смотрит на свое сочинение несколько со стороны, перед тем как выпустить его в свет. Это нашло свое отражение в издательском приеме пагинации предисловий, страницы которых обычпо отмечены римскими цифрами, и в авторской традиции датировки. Однако важнее всего то, что этим нескольким страницам автор уделяет исключительное внимание и поэтому их следует принимать как наиболее ответственные документы истории науки. Это нашло свое отражение в том, что предисловия несомненно цитируются чаще, чем основное сочинение. С другой стороны, многие из этих научных миниатюр можно рассматривать как лучшие и высшие образцы научной прозы, когда‑либо написанные. Последнее обстоятельство заставляет уделить много сил и внимания их переводам. Переводы же, заимствованные из других изданий, в большинстве своем сделаны или отредактированы крупными отечественными учеными, среди которых мы находим академиков Н. И. и С. И. Вавиловых, А. Н. Крылова, Д. Н. Прянишникова, К. А. Тимирязева, А. Ф. Иоффе и многих других. Следует заметить, что и собственные труды этих выдающихся ученых содержат интересные предисловия. Однако в них, так же как и в ряде других весьма значимых сочинениях, предисловия не в полной мере отвечают плану книги.

Законченность предисловий по существу не допускает их сокращения. В тех же редких и всегда оговоренных выше случаях, когда только лишь из соображений объема составитель вынужден был сокращать текст, это всегда делалось так, чтобы не нанести ущерба ни мыслям автора, ни интересам читателя. В случаях, когда составитель обратился к введениям, естественно, что сам процесс цитирования больше нарушал ткань авторского изложения.

При работе с материалом составитель не мог не обратить внимание на то, что основной интерес представляют предисловия к первым изданиям. Написанные тогда, когда автор еще не подвержен воздействию последствий своей работы, в предисловии к первому изданию он полнее всего раскрывает свои намерения, не пытаясь что‑либо оговорить и исправить, как это постоянно бывает в переизданиях. Более того, есть ряд случаев, когда наибольший интерес представляет предисловие даже не к общепризнанному главному труду, а к тому, который ему предшествовал, но в котором уже нашли свое выражение основные мысли автора. Несомненно, предисловия могут служить ценным источником к познанию психологии творчества ученого и дают материал для суждения о типе и масштабе его мышления. Заметим, что предисловия, являясь в высшей степени личным посланием автора, в преобладающем большинстве случаев написаны от первого лица.

Предисловия часто становились ареной жестоких идеологических схваток. Укажем на предисловие издателя к труду Коперника, где благочестивый лютеранский монах Осиандер стремился представить теорию Коперника лишь как удобный способ описания солнечной системы, а не как истинную картину мира. Напомним о гневном предисловии Котса к третьему изданию «Начал», где молодой ученик Ньютона выступает против картезианства и Лейбница.

Наконец, мы обратим внимание на то, что вся совокупность материала книги приводит к убеждению о глубокой связи человеческих чувств и мыслей. Именно тогда, когда мы приближаемся к пх высшим проявлениям, то в поэзии науки и драме идеи мы видим, что расстояние между типом мышления ученого точных наук и образным мышлепп‑ем художника, что принято называть двумя культурами, совсем не так велико, как это иногда представляют. Хотелось бы надеяться, что настоящий сборник поможет преодолению этпх рубежей, возникших, быть может, из‑за стремительности роста самой культуры, тогда когда в ее разделении сталп искать оправдание недостаточной полноты.

В этом сборнике составитель ограничил себя естественными науками. Однако пичто не мешает применить развитый подход и к другим областям. Более того, даже в художественной литературе писатели часто обращаются к предисловиям и выражают в них свои точки зрсиия на те или иные общие вопросы. Примером может служить предисловие Виктора Гюго к его исторической драме «Кромвель»: этот страстный манифест французской романтической литературы пережил саму пьесу, которая написана по там же приведенным эстетическим установкам. Поучительно сравнение предисловий к книгам по истории, где авторы со времен Фукидида традиционно формулируют свое мировоззрение и метод. Так, каждый, кому интересен подход к русской истории, с пользой прочтет предисловия Н. М. Карамзина или С. М. Соловьева к их известным книгам по истории России.

Большой интерес представляют предисловия к трудам в области экономики. Читателю можно посоветовать ознакомиться с двумя страница‑ми, которыми Адам Смит предваряет свое «Исследование о причинах и природе богатства народов». Классическим является предисловие Карла Маркса «К критике политической экономии», где на пяти страницах дано непревзойденное по ясности и совершенное по форме краткое изложение сущности исторического материализма.

Методологическая цеппость собранного выше материала очевидна. Более того, именно эта сторона в трудах классиков науки представляет для нас сегодня особый интерес. Содержание избранных сочинений давно уже стало достоянием пе только науки, оно вошло в плоть и кровь нашей материальной и духовпой культуры. Однако непреходящее значение имеют документальные свидетельства о мотивах и методах работы ученых минувших дней, ц если составителю удалось достаточно убедительно иллюстрировать величественный путь, пройденный наукой за последние пятьсот лет, то он будет считать свою задачу выполненной.

Сочинения, представленные в сборпике, никоим образом не являются редкими. Болев того, преобладающее большинство трудов вышло в виде отдельных изданий на русском языке и снабжено, как правило, обширными комментариями, а также биографиями авторов, написанными видными учеными. Особенно выделяются великолепно изданные Академией наук СССР книги серии «Классики науки», выходящей с 1947 г., и начатой еще до первой мировой войны серии «Классики естествознания». Большинству авторов посвящены также отдельные исследования и биографии. Не указывая всех использованных материалов, составитель хотел бы отметить большую роль, которую сыграли для него «Большая Советская Энциклопедия» (2‑е издание было также принято за нормативное при транскрипции имен). Наконец, неоценимую помощь составителю оказали как фонды, так и справочный аппарат Библиотеки Академии наук в Ленинграде и Библиотега им. В. И. Ленина в Москве. Без помощи этого величайшего книгохранилища мира, а с другой стороны, и его скромной сестры – библиотеки Института физических проблем АН СССР, работа составителя была бы вряд ли возможна.

При подборе материала по биологическим проблемам большую помощь оказали советы академиков В. А. Энгельгардта и П. К. Анохина. Составитель также благодарен академику Б. М. Кедрову за поддержку и внимание к работе и подробное обсуждение рукописи в Институте истории естествознания и техники АН СССР.

Большинство текстов сверены с оригинальными изданиями, и во многих случаях были внесены необходимые поправки и дополнения. Четвертая часть всех вступлений была переведена специально для этого издания. Составитель хотел бы отметить помощь Л. А. Вайнштейна, взявшего на себя также труд перевода с немецкого интереснейшего введения к «Astronomia Nova» Кеплера, и Ф. А, Петровского, сверившего этот перевод с латинским оригиналом; составитель благодарен М. Е. Сер‑гиенко за перевод с латинского вступления к труду Галлера, И. Н. Веселовскому – за перевод Герике, В. Ф. Шухаевой –за помощь в переводах с французского, Е. В. Смоляницкоп – за переводы с немецкого и содействие в организации работы над книгой, Н. Г. Эл кониной, Ю. И. Матвееву, Ю. Г. Зайончику и Ф. С. Капица – за большую помощь в оформлении рукописи.

При отборе портретов составитель стремился использовать рисунки и гравюры, изображающие авторов в том возрасте, когда опи писали приведенный нами труд. В подборе портретов составитель использовал знаменитую коллекцию гравюр Государственного Эрмитажа в Ленинграде, гравюры Музея изобразительных искусств им А. С. Пушкина и собрания портретов ученых в Ипститутс истории естествознания и техники в Москве, Института истории науки в Штутгардте, Немецкого Музея в Мюнхене, Кавендшпской лаборатории в Кембридже и, наконец, собрание портретов ученых, находящееся у академика П. Л. Капица.

Учитывая всю сложность представленного издания как первой попытки такого подхода к прошлому науки, составитель был бы очень обязан за замечания и предложения читателей, которые следует направлять по адресу: Москва В‑334, Воробьевское шоссе, 2, Институт физических проблем АН СССР.

Л.М.Барков

Вопрос о роли эксперимента в физике, казалось бы, очень простой, и ни у кого не вызывает сомнений, что эксперимент является фундаментом, на котором построены все наши представления о структуре окружающего нас мира. Однако, вопрос этот не так прост, если рассматривать его с точки зрения вечного спора между теоретиками и экспериментаторами по поводу того, что важнее: теория или эксперимент.

Прежде всего уточним, что имеется в виду, когда речь идет о теории и эксперименте. Согласно Советскому энциклопедическому словарю (М.: Сов. энциклопедия, 1980), эксперимент – это чувственно-предметная деятельность в науке (с. 1551), а теория – это система основных идей в той или иной отрасли знания (с. 1330), причем практика, т.е. эксперимент, является критерием истинности и основой развития теории.

Поскольку я работаю в области ядерной физики и физики элементарных частиц уже более 50 лет, мне легко проследить, как теоретики и экспериментаторы, тесно взаимодействуя друг с другом, открыли целый мир элементарных частиц, о существовании которого каких-то 100 лет назад ученые даже не догадывались. Около 100 лет назад, в самом конце XIX в., были открыты электрон и радиоактивность атомов. До этого считалось, что атомы неделимы. Однако то, как устроены атомы, оставалось непонятым. Только после опытов по рассеянию альфа-частиц на атомах золота, проведенных Резерфордом в 1912 г., стало очевидно, что в центре атома находится массивное положительно заряженное ядро размером, в десятки тысяч раз меньшим, чем размер атома. Попытка объяснить строение атомов была предпринята Н.Бором, сформулировавшим постулаты, согласно которым электроны в атомах могут двигаться во-круг ядра только по фиксированным орбитам. Но модель Бора оставляла без объяснения вопрос, почему электроны не падают на ядро из-за электромагнитного излучения.

Только после создания квантовой волновой механики удалось сформулировать теорию, последовательно и с высокой точностью описывающую строение атомов. Квантовая механика с ее непривычными с точки зрения классической физики представлениями о волновой природе движения частиц, в том числе точечных, была в конце концов признана правильной, так как ее и только ее предсказания соответствовали результатам бесчисленных экспериментов. Для описания движения частиц квантовая механика использует комплексные волновые функции, без которых не удается описать, например, прохождение точечного объекта, падающего на непрозрачный экран с двумя щелями так, как будто он проходит через обе щели одновременно. Человек, привыкший воспринимать природу через чувственно-предметную деятельность, долго привыкал к новым представлениям о сущности процессов в микро-мире. Несмотря на то что квантовая механика продемонстрировала свою способность рассчитывать процессы, происходящие в микромире, ощущение недопонимания внутренних основ этой загадочной теории остается. Главный параметр теории – постоянная Планка – до сих пор известен только из эксперимента.

После создания квантовой механики последовало открытие нейтрона, в результате чего стало ясно, что ядра состоят из нейтронов и протонов, связанных сильными ядерными силами. Примерно в то же время была создана теория бета-распада, в которой было введено представление о новом виде взаимодействий – так называемых слабых взаимодействиях, приводящих к тому, что из ядер вылетают электроны и нейтрино – нейтральные частицы с полуцелым спином и массой, близкой к нулю. Перед войной было открыто деление ядер, после чего наступил “золотой век” ядерной физики. Было создано ядерное оружие невиданной разрушительной силы, правительства ряда стран стали выделять очень большие деньги на работы в области ядерной физики. Стали строиться ускорители частиц высоких энергий для изучения ядерных сил, действующих между ядрами и открытыми к тому времени элементарными частицами.

Поскольку сразу после войны в космических лучах были обнаружены предсказанные японским теоретиком Юкавой кванты поля ядерных сил – пионы, от новых экспериментов не ждали новых крупных открытий. Многим казалось, что главные частицы, из которых состоит окружающая нас материя, уже открыты, а другие не нужны. Так, никому не был нужен открытый в космических лучах мюон, который первоначально приняли за предсказанный Юкавой квант поля ядерных сил. Оказалось, что он, как и электрон, не обладает ядерными взаимодействиями, но в 200 раз его тяжелее и распадается за две микросекунды на электрон и два нейтрино. Но после того как в космических лучах обнаружили так называемые странные частицы, странность которых заключалась в том, что они охотно рождались при взаимодействии первичных космических частиц и неохотно распадались на сильно взаимодействующие более легкие частицы, стали искать их и на ускорителях. Последовало открытие за открытием, и в течение примерно 20 лет было от-крыто несколько сотен элементарных частиц. Некоторые были довольно долгоживущие, некоторые – короткоживущие.

Если вспомнить пору, когда Эйнштейн сделал свои великие открытия, то он говорил тогда, что ему достаточно знать массу электрона, чтобы построить всю систему мироздания. В те далекие времена многим казалось, что мир устроен очень просто. Как показало развитие физики, мир устроен очень непросто. Физика элементарных частиц дала много примеров того, как наивные утверждения о простоте или о “красивости” заводили ученых в тупик. Дело еще и в том, что научных гипотез, объясняющих экспериментальные данные, обычно несколько и лишь одна из них, единственно верная, со временем становится научной теорией. Только эксперимент позволяет найти правильный путь в познании законов природы. Можно привести много примеров теоретических построений, которые пошли “в корзину”, поскольку они противоречили при проверке данным эксперимента. Каждая новая теория, в сущности, является гипотезой, теорией она становится после того, как ее предсказания подтверждаются в экспериментах. При этом есть теории, роль которых сводится в основном к систематизации накопленных экспериментальных данных, и они, разумеется, могут быть очень полезны. А есть и такие, которые, опираясь на экспериментальные данные, предсказывают явления, невероятные с точки зрения сложившихся ранее представлений.

Примерами такой теории являются специальная теория относительности Эйнштейна, квантовая механика и квантовая электродинамика. Если созданию квантовой механики предшествовал долгий период мучительных поисков теории, объясняющей большое количество экспериментальных фактов, относящихся к строению атомов и атомным переходам, то квантовая электродинамика возникла для объяснения результатов измерения лэмбовского сдвига в атоме водорода уже в конце 40‑х годов. Дело в том, что к этому времени была освоена и хорошо проверена на опыте не только обычная квантовая механика, но и уравнение Дирака, описывающее на очень высоком уровне точности поведение частиц с полуцелым спином, таких как электрон. Оказалось, что в кулоновском поле заряженных частиц происходят удивительные процессы рождения виртуальных частиц – фотонов и электрон-позитронных пар, в результате чего точечные частицы окружаются, особенно на самых малых расстояниях, облаком виртуальных частиц.

Эксперименты по измерению лэмбовского сдвига продолжались не один десяток лет и со все возрастающей точностью подтверждали правильность новой теории – квантовой электродинамики, которая сегодня считается самой совершенной теорией, описывающей электромагнитные взаимодействия элементарных частиц. В настоящее время с помощью квантовой электродинамики рассчитана с точностью в одну миллиардную величина аномального магнитного момента электрона. С такой точностью удается оценить распределение зарядов и токов в облаке виртуальных частиц вокруг точечного электрона, из-за наличия которых и возникает аномальный магнитный момент. Оказалось, что результаты одного из самых точных теоретических расчетов совпадают с экспериментом, являющимся одним из самых точных в физике элементарных частиц. Такого рода теории по своей созидательной силе не уступают эксперименту. Первоначально трудно поверить, что природа устроена именно так.

Другим красивым примером сложной и удивительной теории является теория кварков, которая гласит, что все сильновзаимодействующие элементарные частицы сделаны из особых частиц – кварков, имеющих полуцелый спин, дробный заряд, равный 1/3 или 2/3 заряда электрона. Согласно кварковой модели протон состоит из двух u -кварков с зарядом +2/3 и одного d -кварка с зарядом –1/3, а нейтрон – из одного u - и двух d -кварков. Каждый кварк обладает барионным зарядом 1/3, так что протоны и нейтроны имеют единичный барионный заряд, который строго сохраняется при всех взаимодействиях. Мезоны состоят из кварка и антикварка. Например, положительно заряженный пион состоит из u -кварка и анти-d -кварка. Пикантность ситуации заключается в том, что экспериментально ни тогда, ни позднее никаких частиц с дробным зарядом в свободном состоянии не было обнаружено, несмотря на большое количество экспериментов по их поиску. Прошло несколько десятилетий, прежде чем скептически мыслящие ученые смирились с этой теорией, видя, что ей нечего противопоставить и что только ее предсказания соответствуют результатам эксперимента.

С помощью теории кварков удалось провести всю классификацию элементарных частиц. Правда, для спасения принципа Паули, запрещающего частицам с полуцелым спином находиться в одном квантовом состоянии, пришлось ввести понятие “цвет”, так что каждый кварк может находиться в трех цветовых состояниях. Только при этом дополнении удалось классифицировать все наблюдаемые на опыте элементарные частицы. Наличие трех цветовых состояний у кварков было позднее подтверждено в экспериментах на встречных электрон-позитронных пучках, когда оказалось, что количество рождающихся при аннигиляции частиц, расчитанное по формулам квантовой электродинамики, требует утроения числа каналов аннигиляции.

Согласно теории кварков взаимодействие между ними осуществляется глюонами – цветными безмассовыми частицами со спином 0 или 1. В соответствии с кварковой моделью кварки не могут наблюдаться в свободном состоянии именно из-за наличия цвета у каждого отдельного кварка. В свободном состоянии могут находиться составленные из кварков частицы, только в бесцветном состоянии. Так, протон и нейтрон составлены из красного, синего и желтого кварка, так что цвет протонов и нейтронов оказывается белым. Помимо двух главных кварков, из которых построены протоны, нейтроны и пионы, открыто еще четыре более тяжелых кварка – s , c , b и t -кварки. Самый тяжелый из них примерно в 200 раз тяжелее протона.

Силы взаимодействия между кварками оказались непохожими на другие известные силы. Гравитационные и электрические силы квадратично спадают с расстоянием, короткодействующие ядерные – экспоненциально, а силы, действующие между кварками, не уменьшаются при увеличении расстояния между двумя кварками. Поэтому, когда, например, на установках со встречными пучками происходит аннигиляция электронов и позитронов и в результате образуются кварк и антикварк, их разлет тормозится за счет силы притяжения, не спадающей с увеличением расстояния. Такое поведение силы соответствует появлению натянутой струны. Чем большей кинетической энергией обладают родившиеся при аннигиляции кварки, тем дальше они могли бы разлететься. Но когда запасенная в струне энергия оказывается достаточной для образования пар кварков и антикварков нужных цветов, вся конструкция немедленно превращается в бесцветные мезоны, и именно они наблюдаются в экспериментах. Когда энергия частиц в коллайдере очень велика, родившиеся мезоны вылетают в виде двух струй, летящих в направлении движения двух первоначально родившихся кварков. Распределения частиц по углам вылета и по энергиям согласуется с ожидаемым.

Такая теория, описывающая поведение сильновзаимодействующих частиц – адронов и названная квантовой хромодинамикой, безукоризненно описывает огромный объем экспериментальных данных, накопленных при изучении свойств сотен элементарных частиц, их взаимодействий и взаимных превращений. Но главный аргумент, свидетельствующий в пользу ее правильности, состоит в том, что все ее предсказания экспериментально подтверждаются.

Параллельно со становлением кварковой картины происходило накопление данных в секторе ядерно не взаимодействующих частиц – лептонов. Помимо электрона и мюона со своими электронным и мюонным нейтрино был открыт тау-лептон, в 3,5 тыс. раз более тяжелый, чем электрон, распадающийся по большому количеству каналов на более легкие элементарные частицы, но обязательно с участием своего тау-нейтрино. Таким образом, число лептонов оказалось равным числу кварков, что послужило основанием для гипотезы о симметрии в секторе лептонов и кварков.

Еще один революционный скачок в понимании законов природы произошел после того, как Вайнберг и Салам сформулировали гипотезу о единой теории электромагнитного и слабого взаимодествия, согласно которой вся разница связана с массой квантов поля – переносчиков слабого и электромагнитного взаимодействий. Согласно модели переносчиком электромагнитного взаимодействия является безмассовый фотон, а слабого – его “родные братья”, векторные заряженные W -бозоны и ней-тральный Z -бозон с массой в 100 масс протона. При этом слабость слабого взаимодействия обязана коротко-действию сил, которые почти в 1000 раз более короткодействующие, чем ядерные.

Теория Вайнберга – Салама вместе с квантовой хромодинамикой позволяют объяснить все наблюдаемые в настоящее время явления в мире элементарных частиц. Ожидается, что в ближайшие годы будут найдены бесспиновые хиггсовские бозоны, которые требуются для обоснования модели Вайнберга – Салама. Проектируются и строятся ускорители, по энергии на порядок большие, чем действующие. На них ожидается открытие новых тяжелых частиц, предсказываемых современными теориями Великого объединения.

Какие теории окажутся верными, может сказать только опыт. Так всегда было и так будет. Сколько времени может занять создание единой теории материи, сказать трудно, легче предсказать, сколько времени потребуется на строительство конкретных, гигантских по старым меркам, установок, которое уже запланировано на 10–20‑летний срок. За это время будет исследован диапазон энергий в системе центра масс вплоть до 14 ТэВ на протон-протонных и электрон-позитронных коллайдерах. Завершится строительство гигантских детекторов гравитационных волн, что даст возможность изучать крупномасштабные процессы во Вселенной на протяжении всей истории ее существования. Возможно, удастся найти и изучить с помощью развиваемых в настоящее время методик темную материю во Вселенной.

Вообще, работы по астрофизике будут иметь приоритетное значение наряду с работами по физике элементарных частиц. Дело в том, что эти две науки оказываются все более связанными друг с другом в русле изучения проблем Большого взрыва, от которого нам в наследство остались вещество во Вселенной и реликтовое микроволновое излучение. Переход в исследованиях в области физики элементарных частиц на более высокий уровень энергий позволит продвинуться в анализе явлений, происходивших на ранних стадиях развития Вселенной, когда температура вещества соответствовала температурам, возникающим при столкновениях тяжелых ядер, ускоренных до гигантских энергий. Такие эксперименты планируются на строящемся в ЦЕРНе коллайдере LHC. Дальнейшее развитие будут иметь работы по астрофизике на все больших по размерам составных телескопах на Земле и в космосе. Изучение потоков нейтрино из космоса с помощью расположенных под толщей земной поверхности нейтринных детекторов позволит разобраться, что же происходит внутри Солнца, при взрывах сверхновых звезд, какие процессы происходят в ядрах галактик.

Очевидно, что созданная и развитая за прошедшее столетие теория строения материи является далеко не законченной и человечеству предстоит пройти долгий путь до ее полного завершения. Каковы материальные, финансовые и прежде всего интеллектуальные ресурсы, которые человечество может выделить для решения все более сложных вопросов, возникающих по мере продвижения в указанном направлении научных исследований? Может быть, рациональнее использовать эти ресурсы для развития других направлений? Ответ на последний вопрос, очевидно, зависит от того, какие ожидается получить научные результаты и какую практическую пользу для человечества могут принести эти исследования.

Оглянемся на столетие назад. Можно ли было предвидеть, что изучение ядерной физики даст заметные плоды? Очень часто ученые делали пессимистические прогнозы. А между тем была создана наука о строении материи на очень глубоком уровне понимания, открыты источники получения ядерной энергии для нужд человечества, разработаны методики, применяемые на других научных направлениях. Так, ядерные реакторы дают пучки нейтронов, широко использующиеся в научных исследованиях и в медицине. Ускорители заряженных частиц дают пучки синхротронного излучения с уникальными возможностями для изучения свойств самых разнообразных веществ, биологических объектов, для нанотехнологий и т.д. Но может быть, главная заслуга ученых, работающих в физике элементарных частиц, состоит в том, что они создали установки, требующие использования вычислительной техники на самом высоком технологическом уровне. Применение мощной вычислительной техники, почти идеальные условия для проверки ее работоспособности на гигантских ускорительных комплексах способствовало развитию электроники все возрастающими темпами. В настоящее время не видно причин для замедления темпов ее развития. Если за последние 50 лет быстродействие ЭВМ возросло примерно в 1 млрд раз, то по крайней мере технологических причин для снижения темпов дальнейшего столь же значительного продвижения в области быстродействия нет.

Человечество должно быть благодарно природе за предоставленную возможность развивать свои способности и технологии, вкладывая средства в научные исследования, а не в гонку вооружений. В развитых странах Европы, в США, Японии строятся гигантские ускорители, на которые тратятся миллиарды долларов. К сожалению, российская наука сидит без денег, и мы в соревновании за лучшие успехи в научных исследованиях практически не участвуем. Не участвуем в том смысле, что у нас не строятся никакие установки. Между тем лет 10 и даже 50 лет тому назад в нашей стране строились лучшие в мире ускорители, а сейчас на этом, и не только на этом, направлении наблюдается полный крах. Наши ученые, конечно, продолжают работать, но за границей или на старых установках. Перестав участвовать в соревновании на самом престижном научном направлении, мы затормозили и работу западных исследователей. Один из ведущих американ-ских ученых, лауреат Нобелевской премии, назвал нашу страну виновницей прекращения строительства крупнейшего в мире коллайдера SSC со встречными протон-протонными пучками энергией 2 ґ 10 ТэВ и длиной почти 90 км. Конгресс США приостановил финансирование строительства, на которое было уже истрачено около 2 млрд долл., так как после развала Советского Союза соревнование с нашим ускорительным комплексом УНК в Серпухове для американцев потеряло смысл.

Приходится с сожалением констатировать, что в области эксперимента, который, как мы видели, определяет будущее науки, основная часть работы российских ученых будет проходить на Западе или в будущем на Востоке. Это очень печальный факт, но такова современная действительность.

Институт ядерной физики

СО РАН, Новосибирск

Barkov, L.M. The role of experiment in modern physics

The theory of matter structure which has been created during the last century is far from being completed. To complete it perfectly, the mankind has to travel a long road where experiment will play the most important part. However, political, ideological, financial and intellectual factors exert more and more destructive influence on organization and carrying out of experimental research in fundamental physics.

Эксперимент, как и наблюдение, относится к группе универсальных методов - таких, какие используются в рамках различных наук и типов научного познания.

Главным признаком эксперимента считают такую процедурную, ситуационную и содержательную организацию процесса познания, при котором возможно получить объективные эмпирические данные, в отличие от тех, что имеют субъективную оценку при применении других методов психолого-педагогического познания. Использование эксперимента в учебном процессе позволяет:

проиллюстрировать установлены в науке законы и закономерности в доступном для учащихся виде и сделать их содержание понятным для учащихся;
повысить наглядность преподавания;
ознакомить учащихся с экспериментальным методом исследования;
показать применение приобретенных знаний в технике, технологиях и быту;
усилить интерес учащихся к обучению;
формировать у школьников опытно-экспериментаторские навыки.

Сегодня учебный эксперимент, особенно школьный является очень развитым. Чтобы дать ученикам прочные знания, сформировать у них важные практические умения и навыки, необходима координация в применении различных видов учебного эксперимента.

На основе исследования, мы пришли к выводу, что эксперимент - это педагогическое, контролирующее наблюдение, которое позволяет выявить необходимые связи, явления, закономерности, процессы.

В ходе научно-технического прогресса и перехода к новому содержанию образования возрастает роль эксперимента в обучении в школе.

Процесс обучения заключается в последовательном формировании новых для учеников понятий и теорий на основе немногих фундаментальных положений, опирающихся на опыт.

В ходе этого процесса находит отражение индуктивный характер установления основных закономерностей на базе эксперимента и дедуктивный характер вывода следствий из установленных таким образом закономерностей. Таким образом, эксперимент в учебном процессе играет важную роль.

Для измерения влажности воздуха используют разные измерительные приборы. В нашем случае мы пользовались психрометрическим гигрометром – психрометром. Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения. Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.

В психрометре есть два термометра. Один – обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха, колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр.

Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.

Психрометр устанавливался на 30 мин в исследуемых кабинетах и, по истечении времени снимались показания. Вычисляется разность показаний между влажным и сухим термометром. Зная разность показаний сухого и влажного термометров и температуру окружающей среды с помощью психрометрических таблиц измеряем относительную влажность воздуха.

Опытная работа по измерению относительной влажности в помещении

Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние влажности в учебных кабинетах. Исходя из этого, мы решили узнать, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов. Измерения проводились в предметных кабинетах и в компьютерном классе, библиотеке, столовой.

Замеры проводились в течении недели, ежедневно, затем данные усреднялись. Для измерения относительной влажности использовался психрометр и подручные материалы. Результаты измерений показаны в таблице

Определение относительной влажности воздуха с помощью приборов и подручных материалов

1 способ

Оборудование: два пластиковых стаканчика до 200 мл (один прозрачный), сосуд с ледяной водой (один на всех) и черпаком, сосуд с горячей водой (один на всех) и черпаком, термометр, таблица зависимости давления насыщенных водяных паров от температуры, (сборник задач по физике под редакцией А. П. Рымкевич).

Решение: Наливаем в прозрачный стаканчик ледяную воду и опускаем в неё термометр. Через некоторое время наружные стенки стаканчика запотеют и измерив температуру, а это будет точка росы мы по таблице определяем парциальное давление.

Затем, медленно доливаем из второго стаканчика горячую воду, пока не исчезнет роса на стенках. Замечаем температуру, при которой исчезла роса и измерив комнатную температуру, определяем максимальное давление водяных паров р0 в классе.

По формуле φ=(р/р0)100% находим относительную влажность воздуха в классе и приходим к выводу, полученный результат соответствует норме или нет.

2 способ

Оборудование: психрометр Августа, конденсационный гигрометр, волосной гигрометр.

А) Измерение влажности воздуха с помощью психрометра Августа.

Показания сухого термометра tc = 22oC, а показания влажного tв = 16oC, разность показаний ∆t=6oС. По психрометрической таблице при 22o С и ∆t=6o С относительная влажность φ = 54%.

Психрометрическая таблица

Определение влажности воздуха в разных помещениях школы в период отопительного сезона

Место определения влажности	В начале рабочего дня				В конце рабочего дня
tсух,0С	tвл,0С	Δ t,0С	φ,%	tсух,0С	tвл,0С	Δ t,0С	φ,%
Столовая	21	18	3	73	22	20	2	80
Кабинет физики	22	15	7	38	23	17	5	47
Кабинет математики	22	16	6	50	23	18	5	56
Библиотека	21	16	5	53	22	17	5	54
Спортзал	23	16	7	40	24	17	7	40

- 113.17 Кб

1. Наблюдение, измерение и эксперимент – неразрывно связанные методы эмпирического познания

1.1 Значение наблюдения в системе эмпирического познания и его связь с экспериментом

Наблюдение лежит в основе всех других эмпирических методов познания, являясь наиболее элементарным из них. В науке наблюдение используется для получения эмпирической информации относительно исследуемой области, но главным образом - для проверки и обоснования истинности эмпирических суждений.
Наблюдение считают разновидностью научной практики. Это обусловлено тем, что наблюдение существенно предполагает материальную деятельность, связанную с самим актом чувственного восприятия, использования приборов и т. п. Его специфика по сравнению с другими видами практики состоит в том, что наблюдение не включает себя непосредственного физического воздействия на объект (либо этим воздействием можно пренебречь). Но оно является необходимым элементом других эмпирических методов познания - измерения и эксперимента, которые опираются на практические действия с предметами.

Эксперимент

Наблюдение

Измерение

1.2 Сущность измерения – необходимого метода при проведении экспериментов

Измерением называют процесс представления свойств реальных объектов в виде числовой величины.
Измерение - новая ступень в развитии эмпирического познания. Переход от наблюдения к измерению требует новых приборов и инструментов, а также новых понятии и предположении. Результаты наблюдения обычно выражаются с помощью качественных и сравнительных понятии. Качественные понятия - такие, как "теплый", "зеленый", "большой", - обозначают некоторые классы, и, приписывая предмету свойство, выражаемое качественным понятием, мы тем самым включаем этот предмет в определенный класс. Когда мы приступаем к исследованию некоторой новой области явлений, то начинаем с формулирования качественных понятий, с помощью которых проводим классификацию предметов исследуемой области, опираясь на наблюдение.
Результаты измерения выражаются с помощью количественных понятий. Количественные понятия численно выражают степень интенсивности некоторого свойства.

2. Роль экспериментальных исследований в развитии естественнонаучного знания.

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.

Основная 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, по выражению Маркса, ход процесса ≪в чистом≫ виде.

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. 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.

Всякое абстрагирование представляет способ мысленного выделения существенных свойств и особенностей исследуемого явления.

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.

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.

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.

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 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 ее руководящих идей невозможно никакое научное экспериментирование.

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.

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.

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.

Как видно, эксперимент действительно является важнейшим методом познания окружающего нас мира, что позволяет называть его основой естественнонаучного знания.
Как метод эмпирического познания, эксперимент – в отличии, например, от наблюдения – представляет наиболее широкие возможности и средства в познании сущности огромного множества процессов и явлений. В экспериментальном исследовании не природа, а человек создает различные условия и обстоятельства, что позволяет “подстроить” саму окружающую действительность в пределах определенных рамок.
Конечно же, эксперимент не может существовать обособленно. В осуществлении экспериментального исследования, как уже упоминалось, огромную роль играет теоретическая база. Теоретические предпосылки и подготовка эксперимента представляют собой “львиную долю” самого процесса экспериментального исследования.
Но все же, в большинстве своем, именно посредством экспериментального исследования, были достигнуты огромные успехи в области науки и техники. Это и дает право называть именно эксперимент основой естествознания.

Краткое описание

1. Наблюдение, измерение и эксперимент – неразрывно связанные методы эмпирического познания
1.1 Значение наблюдения в системе эмпирического познания и его связь с экспериментом
1.2 Сущность измерения – необходимого метода при проведении экспериментов
2. Роль экспериментальных исследований в развитии естественнонаучного знания.