Эксперимент в научном познании

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Развитие общества во многом определяется уровнем наукоемких технологий, многие направления которых основаны на достижениях соответствующих отраслей науки, которые обладают большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент - наиболее эффективное и действенное средство познания, являющееся актуальным для изучения с точки зрения методологии науки.

Несмотря на достаточную степень изученности (эксперимент как метод эмпирического познания берет своё начало ещё в 16 веке), современное описание эксперимента, выявление его сути встречает ряд сложностей.

Сложность заключается в том, что эксперимент как метод науки стоит в центре пересечения практических и познавательных деятельностей, включает признаки чувственного и рационального, эмпирического и теоретического, объективного и субъективного. Другими словами, эксперимент интегрально заключает в себе признаки различных сторон познавательной деятельности и, именно этим, определяется сложность его природы.

Цель- определить основные этапы развития эксперимента как метода эмпирического познания, выявить его место в современных научных исследования, определить глубину взаимосвязи с другими методами эмпирического и теоретического познания.

С помощью поставленной цели, можно определить задачи исследования:

- провести анализ исторического становления эксперимента как метода эмпирического познания;

- определить взаимосвязь эксперимента с другими видами эмпирического познания;

- выявить роль эксперимента в современной науке путем его изучения в контексте экспериментальных и теоретических исследований;

- определить роль экспериментального метода в реализации эксперимента механике.

1. Эксперимент, его виды и функции в научном познании

1.1 Определение и виды экспериментов

Прежде чем говорить об эксперименте как об инструменте эмпирического познания, и о том как экспериментальное исследование осуществляется, необходимо иметь представление о его отличительных признаках, и как он может взаимодействовать с другими различными методами познания. Также необходимо дать определение что же такое эксперимент.

Несмотря на множество возможных определений эксперимента, остановимся на следующем, на мой взгляд наиболее полно его отражающем в контексте названия данного реферата. Эксперимент (лат. experimentum - проба, опыт) - метод эмпирического познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях (зачастую специально конструируемых) получают знание относительно связей (чаще всего причинных) между явлениями и объектами или обнаруживают новые свойства объектов или явлений. Эксперименты могут быть натурными и мысленными. Натурный эксперимент проводится с объектами и в ситуациях самой изучаемой действительности и предполагает, как правило, вмешательство экспериментатора в естественный ход событий. Мысленный эксперимент предполагает задание условной ситуации, проявляющей интересующие исследователя свойства, и оперирование идеализированными объектами (последние зачастую специально конструируются для этих целей). Промежуточный статус носят модельные эксперименты, проводимые с искусственно созданными моделями (которым могут соответствовать, а могут и не соответствовать какие-либо реальные объекты и ситуации), но которые предполагают реальное изменение этих моделей. Особый тип экспериментов составляют социальные эксперименты (в частности эксперименты в социологии). По сути, каждое человеческое действие, предпринятое для достижения определенного результата, может быть рассмотрено как своего рода эксперимент. По логической структуре эксперименты делятся на параллельные (когда процедура экспериментирования основана на сравнении двух групп объектов или явлений, одна из которых испытала воздействие экспериментального фактора - экспериментальная группа, а другая нет - контрольная группа) и последовательные (в которых нет контрольной группы, а замеры делаются на одной и той же группе до и после введения экспериментального фактора).

Эксперимент -- наиболее сложный метод эмпирического познания. Он предполагает целенаправленное, активное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для изучения и выявления тех или иных свойств, связей, сторон. При этом ученый, проводящий эксперимент или попросту экспериментатор может преобразовывать исследуемый объект, создавать искусственные условия его изучения, вмешиваться в естественное течение процессов. «В общей структуре научного исследования эксперимент занимает особое место. С одной стороны, именно эксперимент является связующим звеном между теоретическим и эмпирическим этапами и уровнями научного исследования. По своему замыслу эксперимент всегда опосредован предварительным теоретическим знанием: он задумывается на основании соответствующих теоретических знаний и его целью зачастую является подтверждение или опровержение научной теории или гипотезы. Сами результаты эксперимента нуждаются в определенной теоретической интерпретации. Вместе с тем метод эксперимента по характеру используемых познавательных средств принадлежит к эмпирическому этапу познания. Итогом экспериментального исследования прежде всего является достижение фактуального знания и установление эмпирических закономерностей».

Эксперимент может включать в себя другие методы эмпирического исследования такие как наблюдение и измерения. В то же время ему присущи некоторые важные особенности.

Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «чистом» виде, т. е. устранять различные побочные факторы, наслоения, усложняющие процесс исследования.

Во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть поставлен в некоторые искусственные или же экстремальные условия. Например изучаться при сверхвысоких или сверхнизких температурах, при чрезмерно высоких давлениях, в вакууме, при гигантских напряженностях электромагнитного поля и т. п. В таких искусственно созданных условиях удается обнаружить удивительные порой неожиданные свойства объектов и тем самым глубже постигать их сущность.

В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его протекание. Как отмечал академик И.П. Павлов, «опыт как бы берет явления в свои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных, упрощенных комбинациях определяет истинную связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет».

В-четвертых, важным достоинством многих экспериментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента, а соответственно и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

Эксперимент подразумевает воспроизведение искусственных систем позволяющих воздействовать на них методом перегруппировки их частей или подмены иными. Отслеживая при этом изменения в системе (которые квалифицируются как следствия предпринятых действий), можно раскрыть определенные реальные взаимосвязи между элементами и тем самым обнаружить новейшие характеристики и закономерности изучаемых явлений. В естествознании видоизменение критериев и контроль за ними осуществляются за счет применения устройств разного уровня сложности (от звонка в опытах Павлова по условным рефлексам вплоть до синхрофазотронов и т.п. устройств). Эксперимент проводится для решения определенных познавательных задач, продиктованных состоянием теории, однако и сам порождает новые трудности, требующие собственного разрешения в последующих экспериментах, т.е. является и мощным генератором нового знания. Эксперимент позволяет:

1) изучать явление в "чистом" виде, когда искусственно устраняются побочные (фоновые) факторы;

2) исследовать свойства предмета в искусственно создаваемых экстремальных условиях или вызывать явления, в естественных режимах слабо или вообще не проявляющиеся;

3) планомерно изменять и варьировать различные условия для получения искомого результата;

4) многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксируемых и повторяющихся условиях.

К эксперименту обычно обращаются:

1) когда пытаются обнаружить у объекта не известные ранее свойства для продуцирования знания, не вытекающего из наличного (исследовательские эксперименты);

2) когда необходимо проверить правильность гипотез или каких-либо теоретических построений (проверочные эксперименты);

3) когда в учебных целях "показывают" какое-либо явление (демонстрационные эксперименты).

Подготовка и проведение эксперимента требуют соблюдения ряда условий. Так, научный эксперимент предполагает наличие четко сформулированной цели исследования. Эксперимент базируется на каких-то исходных теоретических положениях. Он требует определенного уровня развития технических средств познания, необходимого для его реализации. И наконец он должен проводиться людьми, имеющими достаточно высокую квалификацию.

По характеру решаемых проблем эксперименты подразделяются на исследовательские и проверочные. Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у объекта новые, неизвестные свойства. Результатом такого эксперимента могут быть выводы, не вытекающие из имевшихся знаний об объекте исследования. Примером могут служить эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда, которые привели к обнаружению ядра атома. Проверочные эксперименты служат для проверки, подтверждения тех или иных теоретических построений. Например, существование целого ряда элементарных частиц (позитрона, нейтрино и др.) было вначале предсказано теоретически, и лишь позднее они были обнаружены экспериментальным путем. Эксперименты можно разделить на качественные и количественные. Качественные эксперименты позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление. Количественные эксперименты устанавливают точные количественные зависимости. Как известно, связь между электрическими и магнитными явлениями была впервые открыта датским физиком Эрстедом в результате чисто качественного эксперимента (поместив магнитную стрелку компаса рядом с проводником, через который пропускался электрический ток, он обнаружил, что стрелка отклоняется от первоначального положения). После последовали количественные эксперименты французских ученых Био и Савара, а также опыты Ампера, на основе которых была выведена математическая формула. По области научного знания, в которой ставиться эксперимент, различают естественнонаучный, прикладной и социально-экономический эксперименты.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что эксперимент достаточно сложное понятие, имеет непростую структуру и множество видов и классификации. Более подробно, в частности об истории возникновения и развитии эксперимента, а также о его месте в эмпирическом познании и взаимодействии с другими методами остановимся в следующем пункте.

1.2 Эксперимент как эмпирическое познание

Рассматривая эксперимент как один из видов эмпирического познания невозможно не обратить внимания на другие тесно связанные с ним методы. К этим методам относятся наблюдение, описание и измерение.

Наблюдение является чувственным отражением явлений и предметов внешнего мира. «Наблюдение -- это целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на такие чувственные способности человека, ощущение, восприятие, представление: в ходе наблюдения мы получаем знание о внешних сторонах, свойствах и признаках рассматриваемого объекта». Научное наблюдение отличается от чувственного восприятия целенаправленностью, планомерностью, активностью и организованностью. Связано оно с решением определенной научной проблемы или задачи. Целенаправленность наблюдения связана с наличием предварительных идей, предложений, которые вызывают необходимость в наблюдении.

Научные наблюдения всегда происходят вместе с описанием объекта познания. Эмпирическое описание - это фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных в наблюдении. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр, принимая тем самым форму, удобную для дальнейшей рациональной обработки. Последнее необходимо для фиксирования тех свойств, сторон изучаемого объекта, которые составляют предмет исследования.

Ещё одним методом эмпирического познания является измерение, хотя его можно вполне считать разновидностью наблюдения как метода познания.

Измерение - операция, посредством которой определяется отношение одной (измеряемой) величины к другой однородной величине (принимаемой за единицу); число, выражающее такое отношение, называется численным значение измеряемой величины.

Измерения могут быть прямыми и косвенными. Прямые измерения заключаются в непосредственном измерении самой величины (например, измерение массы тела при помощи гирь), косвенные основаны на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Полное измерение (рис. 1) включает следующие элементы: объект измерения («О»), свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина («СВ»); единицу времени («ЕИ»); технические средства измерения («ТС»), проградуированные в выбранных единицах; метод измерения («МИ»); наблюдателя или регистрирующее устройство, воспринимающее результат измерения («РУ»); окончательный результат измерения («РИ»).

Рис. 1. Структура измерения

Объединяет эти методы эмпирического познания то, что несмотря на то, что они тесно связаны теоретическими соображениями, они всё же являются разновидностью практической деятельности. Осуществляя рассмотренные эмпирические процедуры мы выходим за рамки чисто логических рассуждений и обращаемся к материальному действию с реальными вещами. В конечном итоге только через посредство такого действия получают подтверждение или опровержение наши представления о действительности. В эмпирических познавательных процедурах наука вступает в непосредственный контакт с отображаемой ею действительностью -- именно в этом заключается громадное значение наблюдения, измерения и эксперимента для научного познания.

Но вернемся к эксперименту. Отличие его от вышеперечисленных методов научного исследования в том, что сначала формируется гипотеза, а все наблюдения и измерения направлены на её подтверждение или опровержение. Зарождение экспериментального метода наблюдалось ещё в работах Леонардо да Винчи, но для его развития у него не было соответствующих технических возможностей и условий, как и не была разработана четкая логическая структура этого метода. Тем не менее его можно считать предшественником Галилея, который дал начало экспериментальному методу Нового времени. Положил начало этому он изобретением двух важнейших инструментов: сложного микроскопа (около 1590 г.) и телескопа (около 1608 г.). Галилей в отличие от натурфилософов отказался объяснять явления природы с помощью скрытых сил и натурфилософских принципов, уходя при этом от умозрительности к специальным экспериментам, и как бы при помощи их «задавая» вопросы природе путем выдвижения определенных гипотез. Чтобы получить на них ответы, необходимо так сформулировать вопрос, чтобы получить на него вполне однозначный и определенный ответ. Для этого следует так построить эксперимент, чтобы по возможности максимально изолироваться от воздействия посторонних факторов, которые мешают наблюдению изучаемого явления в "чистом виде". В свою очередь гипотеза, представляющая собой вопрос к природе, должна допускать эмпирическую проверку выводимых из нее некоторых следствий. В этих целях, начиная с Галилея, стали широко использовать математику для количественной оценки результатов экспериментов.

Таким образом, новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с падением тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей убедился, что этот путь пропорционален их ускорению, равному 9,81 м/с2. Из астрономических достижений Галилея следует отметить открытие спутников Юпитера, а также обнаружение пятен на Солнце и гор на Луне, что подрывало прежнюю веру в совершенство небесного космоса.

Галилей обратился к математической обработке, чем и положил начало экспериментальному методу, благодаря чему ему удалось опровергнуть предположение о том, что путь падающего тела пропорционален скорости, хотя в действительности он пропорционален ускорению. По средствам понятия инерции Галилей показал также, что совершенным или идеальным движением должно считаться не движение по окружности, а равномерное движение по прямой линии.

Открытия Галилея стали завершающими в построении механической картины мира, в основе которой легло представление о том, что окружающий мир человека управляется универсальными детерминическими законами. Принцип механического детерминизма выражает суть механической картины мира. Согласно этому принципу мир - механическая система, каждое состояние которой точно определено предыдущим состоянием. Поэтому стали полагать, что в мире нет ничего случайного, а если некоторые явления кажутся случайными, это означает, что его причины пока не открыты. Стало считаться что в самом мире всё связано непрерывными причинами и следствиями и поэтому всё предопределено. Именно идеи закономерности связей которые господствовали в астрономии, механике и физике оказали огромное влияние на поиск ответов в области социологии. Первым это озаботило Огюста Конта, который стал родоначальником нового научного понимания общества - позитивизма, пытавшегося поставить философии в ряд частных наук. Он пришел к заключению, что необходимо и в общественных науках отказаться от умозрительности и начать изучение конкретных фактов социальной жизни, тщательно их систематизировать, обобщать и описывать как естествознание. Этим путем он предполагал и надеялся создать социологию как своеобразную социальную физику. Конт выразил мысль, что традиционные проблемы метафизики являются принципиально не решаемыми и не приносят никакой пользы науке, поэтому задачами позитивной философии он считал описание, систематизацию и классификацию конкретных результатов и выводов научного познания. Но все же позитивизм возник в 19 веке, а до него благодаря трудам Галилея было совершено немало грандиозных открытий и изобретений к которым можно отнести изготовленную в 17 веке выдающимся астрономом Гевелием первую карту Луны, усовершенствование Тихо Браге техники наблюдений и измерений астрономических явлений, открытие закона функционирования линз Кеплером, исследования давления атмосферы Торричелли, установление причины цветов тела Ньютоном, а также разработка им эмиссионной и волновой теории света. Применения экспериментального метода дало серьёзный толчок бурному расцвету анатомических исследований Везалия и Гарвея, заложившего основы экспериментальной физиологии, учению о гелиоцентрической системе Коперника и созданию классической механики Ньютоном. Без эксперимента не обошлось и развитие биологии в 18 веке. Г. Мендель открыл законы наследственности, скрещивая семена гороха в течение восьми лет, исследуя бактерии Луи Пастер показал, что они присутствуют в атмосфере, распространяются капельным путем и их можно разрушить высокой температурой. Исследования Фарадея по электрическим явлениям, работы Максвелла и Герца по электродинамике, изучение явления радиоактивности Беккерелем, открытие первой элементарной частицы (электрона) Томпсоном, создание специальной теории относительности Эйнштейном - все эти открытия обязаны своей природой экспериментальному методу исследования.

Итак, теоретически эксперимент был обоснован впервые в работах Ф. Бэкона, последующая разработка идей которого связана с именем Милля. Монопольное положение эксперимента было поставлено под сомнение только в 20 в., прежде всего в социогуманитарном знании, а также в связи с феноменологическим, а затем и герменевтическим поворотом в философии и науке, с одной стороны, и тенденцией к предельной формализации (математизации) естествознания - с другой (появление и рост удельного веса математических модельных экспериментов).

2. Реализация эксперимента в науке и технике

2.1 Специфика современных экспериментальных и теоретических исследований

Сложность в раскрытии сущности эксперимента заключается в том, что он как метод науки стоит в центре пересечения практических и познавательных деятельностей, включает признаки чувственного и рационального, эмпирического и теоретического, объективного и субъективного. Другими словами, эксперимент интегрально заключает в себе признаки различных сторон познавательной деятельности и, именно этим, определяется сложность его природы, трудности определения. Хотя он и имеет общие черты с практикой, но к ней совсем не сводится, так как служит все же методом познания, обладает гносеологическими признаками; имея общие черты с наблюдением, он не исключает и операций логического характера, что сближает его с формами теоретической деятельности, но не настолько, что бы полностью в них раствориться и потерять свою эмпирическую основу. Таким образом, сущность эксперимента заключается в том, что в нем сочетаются приемы практического, чувственного и рационального познания. Стало быть, в познавательном цикле осуществляется сложная система взаимодействий. При этом элементы процесса познания испытывают воздействия окружающей среды, а исследователь - также и различных компонентов общества. Анализ этих сторон и позволяет раскрыть природу эксперимента - научного метода.

По форме эксперимент сближается с деятельностью, в которой принимают участие субъект (исследователь) и объект (объект исследования), средства их взаимного воздействия и сама деятельность, в результате которой реализуется субъективная цель, видоизменяется объект, принимающий удобную форму для обеспечения потребностей человека. В эксперименте выделяются также субъект и объект познавательного действия, практические средства познания (приборы и инструменты), и само действие, направленное на изменение объекта.

Итак, эксперимент с самого начала выделяется в особый вид практики, предпринимаемой с целью получения нового знания и проверки старого.

В контексте выше сказанного следует отметить, что особенность эксперимента проявляется не просто в наличии практического действия, а в создании особой приборной ситуации, экспериментальной установки. Она состоит из элементов естественной и искусственной природы, а ее целостное функционирование и выступает в качестве объекта исследования. Создав такую установку, исследователь изучает ее функционирование, влияет на нее путем перегруппировки элементов, их элиминирования, заменой новыми и так далее, то есть активно изменяет объект изучения, его структуру. Наблюдая за возникающими следствиями, ученый выявляет скрытые от непосредственного наблюдения, но объективные свойства предметов и явлений.

При этом в процессе эмпирического исследования на изучаемый объект действительно влияет прибор, а иногда полностью его моделирует, но это не искажает реальных свойств изучаемых явлений, наоборот, служит единственным средством практического их выявления. Дело в том, что прибор (экспериментальная установка), хотя и сделан руками человека, представляет собой часть реального мира, функционирует в полном соответствие с законами природы. Конструируя сложные технические системы в качестве средств познания, человек не удаляется от мира, а приближается к нему. Как известно в природе предметы и явления существуют не изолированно друг от друга, а находятся во взаимодействии, образуя тем самым целостную систему материального мира. Каждый уровень структурной организации материи связан с другим уровнем. Микропроцессы так или иначе дают о себе знать через макроявления, в противном случае они никогда бы не были открыты и познаны. Приводя микрообъекты во взаимодействие с приборами (то есть макрообъектами), мы поступаем в полном соответствии с законами природы. Приборы становятся единственным и наиболее надежным средством практического познания.

Таким образом, прибор - важнейшее средство познания, а его использование - отличительная особенность эмпирического, в том числе и экспериментального, исследования. Специфика прибора в той или иной мере обусловливает и специфику разновидностей эмпирического познания. Поэтому большое значение имеет классификация приборов. Их можно подразделить на пять основных групп:

1) приборы, увеличивающие силу и диапазон чувственного восприятия (микроскопы, рентгеновские установки);

2) измерительные приборы (линейки, часы, барометры, термометры, расходомеры, измерители влажности, манометры);

3) технические устройства, позволяющие расчленить предметы, проникнуть в их внутреннюю структуру (ускорители, центрифуги, фильтры, призмы);

4) технические системы, обеспечивающие необходимые для эксперимента условия (вентиляторы, компрессоры, система электроснабжения, а также фактически сама опытная установка;

5) фиксирующие приборы (кино-, фото-, телеаппаратура, электроскопы, осциллографы, потенциометры, различные индикаторы, и т.д.).

В современном научном познании, как правило, применяются не отдельные приборы, а их комплекс.

Эксперимент как деятельность, имеющая внешние и внутренние, объективные и субъективные признаки, распадается на ряд этапов, сочетание которых раскрывает его логическую структуру. До некоторого (недавнего) момента времени его специфика ограничивалась лишь сбором опытных данных, то есть непосредственным экспериментированием, из которого выпадали подготовительная и заключительная стадии. Считалось, например, что логическая обработка данных выходит за рамки чисто экспериментального исследования и относится к разряду теоретического познания.

В настоящее время, стало ясно, что простые логико-математические операции входят в структуру эмпирического исследования, частью которого является эксперимент. И, без некоторой, хотя бы минимальной обработки данных опыта, то есть без особой теоретической части, эмпирическое исследование не существует.

Исходя из этого, можно утверждать, что эксперимент вовсе не ограничивается лишь проведением опыта и получением исходной информации, а складывается из этапов, на каждом из которых по-своему сочетаются элементы чувственного, практического и теоретического познания. К ним можно отнести следующие:

1) подготовительный - проверка экспериментальной установки, измерительных приборов, объекта исследования;

2) этап проведения эксперимента и получение опытных данных;

3)этап обработки опытных данных, или заключительный.

Характерная особенность эксперимента как специального метода эмпирического исследования заключается в том, что он обеспечивает возможность активного практического воздействия на изучаемые явления и процессы. Исследователь здесь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания. Он может осуществить такое вмешательство путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменить условия, в которых происходит этот процесс. И в том, и другом случае результаты испытания точно фиксируются и контролируются. Таким образом, дополнение простого наблюдения активным воздействием на процесс превращает эксперимент в весьма эффективный метод эмпирического исследования. Этой эффективности в немалой степени содействует также тесная связь эксперимента с теорией. Идея эксперимента, план его проведения и интерпретация результатов в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиски и интерпретация данных наблюдения. B настоящее время экспериментальный метод считают отличительной особенностью всех наук, имеющих дело с опытом и конкретными фактам и действительно, огромный прогресс, достигнутый с помощью этого метода в физике и точных науках в последние два столетия, в значительной мере обязан экспериментальному методу в сочетании с точными измерениями и математической обработкой данных.

На протяжении всех этапов эксперимента естествоиспытатель руководствуется в той или иной форме теоретическими знаниями. В последнем столетии в силу ряда объективных причин основной профессиональной деятельностью некоторых ученых стала исключительно теоретическая работа. Одним из первых ученых, который не проводил никаких экспериментов, был немецкий физик Макс Планк.

Произошло, таким образом, деление естествоиспытателей на профессиональных теоретиков и экспериментаторов. Во многих отраслях естествознания возникли экспериментальные и теоретические направления и в соответствии с ними появились специализированные лаборатории и даже институты, например Институт теоретической физики. Такой процесс наиболее активно проходит во второй половине XX столетия. В прежние времена не только Ньютон и Гюйгенс, но и такие выдающиеся теоретики, как Максвелл, обычно сами экспериментально проверяли свои теоретические выводы и утверждения. В последние же десятилетия только в исключительных случаях теоретик проводит экспериментальную работу, чтобы подтвердить выводы своих теоретических изысканий.

Одна из существенных объективных причин профессиональной обособленности экспериментаторов и теоретиков заключается в том, что технические средства эксперимента значительно усложнилась. Экспериментальная работа требует концентрации больших усилии, она не под силу одному человеку и выполняется в большинстве случаев целыми коллективом научных работников. Например, для проведения эксперимента с применением ускорителя, реактора и т.п. требуется относительно большой штат научных сотрудников. Поэтому даже при большом желании теоретик не в состоянии проверить на практике свои теоретические выводы и предложения.

Еще в 60-е годы нынешнего столетия, когда практически все отрасли естествознания находились на подъеме, академик П.Л. Капица с тревогой говорил о разрыве между теорией и экспериментом, между теорией и жизнью, между теорией и практикой, отмечая отрыв теоретической науки от жизни, с одной стороны, и, с другой стороны, недостаточно высокое качество экспериментальных работ, что нарушает гармоническое развитие науки.

Гармоническое развитие естествознания возможно тогда, когда теория опирается на достаточно крупную экспериментальную базу. А это означает, что для экспериментатора нужна хорошая материальная база: помещение со всевозможным специальным оборудованием, большой набор высокочувствительных приборов, специальные материалы, мастерские и т.п. Темпы развития естествознания в значительной степени обусловливаются совершенством такой материальной базы.

Отрыв теории от эксперимента, опыта, практики наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и, следовательно, науке в целом. Отрыв от опыта и жизни характерен не только для естествоиспытателей, но и для философов, занимающихся философскими проблемами естествознания. Ярким примером может служить отношение некоторых философов к кибернетике в конце 40-х -- начале 50-х годов, когда в отечественных философских словарях кибернетика называлась реакционной лженаукой. Если бы ученью руководствовались таким определением кибернетики, то, очевидно, освоение космоса и создание современных наукоёмких технологий не стало бы реальностью, так как сложные многофункциональные процессы, вне зависимости от их области применения, управляются кибернетическими системами.

Работа крупных ученых-естествоиспытателей, внесших большой вклад в развитие современного естествознания, несомненно проходила в тесной взаимосвязи теории и эксперимента. Поэтому для развития естествознания на здоровой почве всякое теоретическое обобщение должно непременно проверяться на опыте. Только гармоническое развитие эксперимента и теории способно поднять на качественно новый уровень все отрасли естествознания.

Современные методы и технические средства эксперимента

Экспериментальные методы и технические средства современных естественно-научных исследований достигли высокой степени совершенства. Многие технические устройства эксперимента основаны на физических принципах. Но их практическое применение выходит далеко за рамки физики -- одной из отраслей естествознания. Они широко применяются в химии, биологии и других смежных естественных науках. С появлением лазерной техники, компьютеров, спектрометров и другой совершенной техники стали доступны для экспериментального исследования неизвестные ранее явления природы и свойства материальных объектов, стал возможен анализ быстропротекающих физических и химических процессов. Рассмотрим подробнее современное применение лазерной техники.

Лазерная техника.

Для экспериментальных исследований многих физических, химических и биологических процессов весьма важны три направления развития лазерной техники;

* разработка лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения;

* создание ультрафиолетовых лазеров;

* сокращение длительности импульса лазерного излучения до 1 пс (10-12 с) и меньше.

Трудно перечислить все области применения лазеров для исследования многообразных химических процессов. Можно назвать лишь некоторые из них: в фотохимии лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффективно использовать солнечную энергию; с помощью лазеров разделяются изотопы, например, производится очистка изотопов урана и плутония; лазерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха; в биологии лазеры дают возможность изучать живые организмы на клеточном уровне.

Возможности естественно-научных исследований расширяются с применением лазеров на свободных электронах. Принцип действия таких лазеров основан на том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в периодически изменяющемся магнитном поле в направлении движения электронов возникает излучение света. Эксперимент показывает, что лазеры на свободных электронах отличаются высокой эффективностью перестройки длины волны при большой мощности излучения в широком диапазоне -- от микроволнового излучения до вакуумного ультрафиолета.

Синхротронные источники излучения.

Синхротроны применяются не только в физике высоких энергий для исследования механизма взаимодействия элементарных частиц, но и для генерации мощного синхротронного излучения с перестраиваемой длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Исследование структуры твердых тел, определение расстояния между атомами, изучение строения молекул органических соединений -- успешному решению этих и других задач способствует синхротронное излучение.

Экспериментальные методы расшифровки сложных структур.

Для идентификации и анализа сложных структур, в частности для анализа сложных молекул, необходимо управлять химическими процессами и затем определять состав и структуру продуктов реакций. Предложенные физиками эффективные методы экспериментальных исследований макрообъектов на молекулярном уровне -- ядерный магнитный резонанс, оптическая спектроскопия, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, нейтронография и т.п. -- позволяют исследовать состав и структуру необычайно сложных молекул, что способствует изучению, например, химической природы жизненно важных биологических процессов.

Оптическая спектроскопия позволяет анализировать спектр излучения вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Спектральный анализ - физический метод качественного и количественного определения состава вещества по его оптическому спектру излучения. В качественном спектральном анализе полученный спектр интерпретируют с помощью таблиц и атласов спектров элементов и индивидуальных соединений. Содержание исследуемого вещества при количественном спектральном анализе определяют по относительной или абсолютной интенсивности линий или полос спектра.

С применением лазерного источника излучения и персонального компьютера возможности оптического спектрометра значительно расширяются: такой спектрометр способен обнаружить отдельную молекулу или даже атом любого вещества.

С помощью метода индуцированной лазерной флуоресценции можно регистрировать загрязнение воздуха на расстоянии около двух километров.

В масс-спектроскопии исследуемое вещество вначале превращается в газовую фазу, затем газ конденсируется и ионы ускоряются до заданной кинетической энергии электрическим полем. Масса частиц может быть определена двумя способами: измерением радиуса кривизны траектории иона и измерением времени пролета им заданного расстояния.

Современные электрохимические методы в сочетании с высокочувствительной аппаратурой открывают новые возможности исследования структуры и функций живой клетки: с помощью электродов, площадь которых составляет всего лишь несколько микрометров, можно регистрировать процессы, происходящие внутри клетки.

Как видно, эксперимент действительно является важнейшим методом познания окружающего нас мира, что позволяет называть его основой научно-практического 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. В этом, на мой взгляд, состоит наиглавнейшее преимущество эксперимента над другими методами научного познания, а следовательно и его огромная значимость.

Таким образом как было установлено, 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 эти огромные успехи в области науки и техники, о которых говорилось выше. Это и дает право называть именно эксперимент основой научного познания.

2.2 Практика применения экспериментов в механике

Эксперимент как метод научного познания нашел широкое применение в различных науках: физике, химии и др. Он незаменим при создании новых устройств. Эксперимент является основным методом научного познания в разработке пневмоструйной установки для измельчения цемента. Рассмотрим практику применения и структуру экспериментов в механике в контексте конструирования пневмоструйной мельницы.

Планирование экспериментов позволяет, используя минимальное число опытов, выбрать именно те условия, которые оптимизируют выходные параметры. При этом необходимо исследовать влияние на процесс измельчения в первую очередь наиболее существенных факторов, не усложняя и без того трудоемкий метод экспериментирования и выработки экспериментальных данных [1, стр. 45].

Для получения продукта необходимого качества конструкция механоактивирующего устройства должна обеспечивать соответствующий характер силового воздействия на исходный активируемый материал. При разработке нового оборудования, необходимо установить какими силовыми характеристиками машины можно добиться получения конечного продукта. Затем определить конструктивные особенности аппарата, с помощью которых можно реализовать это силовое воздействие.

Оценка эффективности использования оборудования применительно к конкретному технологическому процессу и обрабатываемым материалам требует проведения экспериментальных исследований с целью определения основных технологических и эксплуатационных характеристик исследуемых устройств. Исследование процессов, протекающих при измельчении в пневматической установке для механической активации цемента, проводится в два этапа.

На первом этапе производится статистический анализ показателей эффективности работы пневматических мельниц с целью определения количественного влияния на показатели эффективности её работы различных факторов: габаритов помольной камеры; диаметров разгонных трубок и сопел; число оборотов ротора сепаратора и колеса вентилятора; скорости и расхода воздуха в разгонных трубках; гранулометрического состава исходного материала. На основе анализа выявляется их удельный вес в совокупном влиянии на процесс помола и определено влияние наиболее существенных из них.

На втором этапе проводятся экспериментальные исследования по механоактивации цемента в разработанной и изготовленной в соответствии с патентным решением пневматической установке. При этом применяется метод наложения полученных на первом этапе данных при тех же комбинациях изменяемых параметров, с использованием критериев оценки результатов процесса механоактивации.

В соответствии с целью работы и поставленными задачами, программа проведения экспериментальных исследований по механической активации цемента в пневматической установке, может включать в себя следующие этапы:

- разработка и изготовление экспериментальной лабораторной модели;

- проведение поисковых экспериментов и наработка массива экспериментальных данных, необходимых для обоснования выбора построенных математических моделей;

- выявление конструктивных и технологических параметров (факторов), подвергающихся изменению и контролю при проведении экспериментальных исследований процессов, происходящих в пневматической установке, определение основных из них;

Алгоритм проведения лабораторных и экспериментальных исследований процесса механоактивации цемента в пневматической установке.

- выбор критериев оценки эффективности процесса механической активации;

- выбор плана проведения многофакторного эксперимента, установление уровней и интервалов варьирования исследуемых параметров процесса;

- определение показателей качества получаемого продукта механоактивации.

Заключение

экспериментальный измерение теоретический

В ходе написания работы были определены основные этапы развития эксперимента как метода эмпирического познания, выявлено его место в современных научных исследованиях и определена глубина взаимосвязи с другими методами эмпирического и теоретического познания. Был проведен анализ исторического становления эксперимента как метода эмпирического познания, выявлена роль эксперимента в современной науке путем его изучения в контексте экспериментальных и теоретических исследований. Также была определена роль экспериментального метода в реализации эксперимента в механике.

Таким образом, была выявлена сущность эксперимента, заключающаяся в том, что в нем сочетаются приёмы практического, чувственного и рационального познания. Как выяснилось, в познавательном цикле осуществляется сложная система взаимодействий, при этом элементы процесса познания испытывают воздействие окружающей среды, а исследователь - также и различных компонентов общества. Анализ всех этих сторон позволил раскрыть природу эксперимента - научного познания.

Список литературы

1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280с.

2. Алексеев П.В, Панин А.В. «Философия» М - 2000. 608с.

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Академический Проект; Фонд «Мир», 2005. - 9-е изд., испр. И доп. - 640с.

4. Кохановский В.П. Философия науки. Учебное пособие / Кохановский В.П., Пржиленский В.И., Сергодеева Е.А. - М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2005. - 496с.

5. Лешкевич Т.Г. Философия науки: традиции и новации: Учебное пособие для вузов / Лешкевич Т.Г. - М.: «Издательство ПРИОР», 2001. -- 428с.

Размещено на Allbest.ru