2.5. Эксперимент – основа естествознания

Эксперимент – разновидность практического действия, предпринимаемого с целью познания окружающего мира. Он позволяет в контролируемых и управляемых условиях исследовать разные явления и свойства объектов природы. Основная задача эксперимента – получение естественно-научных результатов, имеющих фундаментальное или прикладное значение. Являясь критерием естественно-научной истины, эксперимент представляет собой фундаментальную базу естествознания, эффективное средство познания окружающего мира. Многие эксперименты проводятся не только для постижения естественно-научной истины, но и отработки технологических операций.

Для современного эксперимента характерны три особенности:

• возрастание роли начальной стадии эксперимента, которой, как правило, предшествует большая теоретическая работа;

• сложность технических средств эксперимента, состоящих из многофункциональной электронной аппаратуры, прецизионных механических устройств, высокочувствительных приборов;

• масштабность – для проведения некоторых экспериментов возводятся огромные сооружения, строительство и эксплуатация которых требуют больших финансовых затрат.

Любой эксперимент включает операцию наблюдения не только с качественным описанием, но и процедурой измерений. Наблюдение, как и эксперимент, относится к эмпирической форме естественнонаучного познания, но между ними есть различие. В экспериментальной работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо в специально созданных условиях. А наблюдению свойственны созерцательность и чувственное восприятие таких свойств.

Для проведения эксперимента часто используют физическое моделирование исследуемого объекта и создают различные управляемые условия, для чего изготавливают различные установки и устройства: барокамеры, термостаты, магнитные ловушки, ускорители и т. п., – обеспечивающие сверхнизкие и сверхвысокие температуры и давления, вакуум и другие условия. В некоторых случаях моделирование – единственно возможный способ исследования.

Экспериментальные средства состоят из функционально различающихся систем:

• исследуемогообъекта с заданными свойствами;

• системы, обеспечивающей управляемые условия для этого объекта;

• измерительнойсистемы.

Чем сложнее экспериментальная задача, тем труднее получить достоверные результаты. Для повышения достоверности результатов необходимо:

• анализировать все факторы, влияющие на исследуемый объект;

• наиболее полно учитывать его специфику и возможности приборного обеспечения;

• использовать аппаратуру и приборы с высокой чувствительностью и разрешающей способностью;

• проводитьмногокра тныеизмерения.

Чем тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта и управляемые внешние условия, чем чувствительнее и точнее приборы, тем достовернее экспериментальные результаты.

В любом эксперименте можно выделить три основных этапа:

• подготовкук эксперименту;

• сборэкспериментальных данных;

• обработкурезульта товэксперимента и их анализ.

Подготовительный этап обычно сводится к обоснованию причинно-следственной связи исследуемого объекта, планированию эксперимента, изготовлению образца или модели, созданию технической базы, включающей приборное обеспечение. Результаты, полученные на хорошо подготовленной экспериментальной базе, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Первые экспериментальные данные нельзя считать окончательными. Они могут содержать ошибки, обусловленные некорректной постановкой задачи эксперимента, неправильными показаниями измерительных приборов, отклонениями в функционировании органов чувств и т. д. Поэтому проводят не один, а серию экспериментов для уточнения и проверки полученных данных, которые предварительно анализируют и затем обрабатывают с помощью математической теории ошибок, позволяющей оценить достоверность окончательных результатов. Современная статистическая теория ошибок не только эффективное средство обработки экспериментальных данных, но и первый шаг обобщения их для формирования научного факта. Разумеется, такая обработка необходима, но недостаточна для перехода от эмпирических результатов к естественно-научному факту. Математически обработанные экспериментальные результаты сравниваются с теоретическими либо полученными другим методом. Если при этом не возникает противоречий, полученные результаты после их интерпретации можно считать научным фактом, основанном на наблюдениях и измерениях характеристик исследуемого объекта при предсказании их в виде гипотезы.