Эксперимент

Главное отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что это метод не пассивной регистрации данных, а такой способ познания действительности, где с целью исследования существующих связей и отношений целенаправленно организуется протекание соответствующих процессов и явлений. В ходе проведения эксперимента исследователь сознательно вмешивается в естественный ход событий для того, чтобы выявить хотя и существующую, но часто неочевидную взаимосвязь между изучаемыми явлениями. Эксперимент принято относить к эмпирическим методам познания потому, что здесь, как правило, предполагается манипулирование объективно существующими предметами и процессами материального мира, которые, естественно, можно наблюдать. Однако не в меньшей степени эксперимент связан и с определенными теоретическими представлениями. В основе любого эксперимента всегда лежит определенная гипотеза или теория, для подтверждения или опровержения которых и проводится соответствующий эксперимент.

Среди видов экспериментальных исследований можно выделить следующие:

- с точки зрения цели проведения эксперименты также как и научные наблюдения можно разделить на проверочные и поисковые;

- в зависимости от объективных характеристик предметов, с помощью которых проводятся исследования, эксперименты можно разделить на прямые и модельные;

Эксперимент называется прямым, когда объектом изучения является реально существующий предмет или процесс, и модельным, когда вместо самого предмета используется его, как правило, уменьшенная модель. Особой разновидностью модельных экспериментов является исследования математических моделей тех или иных предметов или процессов. Что касается «мысленных экспериментов» – т.е. таких, где реальное исследование вообще не проводится, а только воображается протекание некоторых процессов и явлений – то последние, строго говоря, не могут быть отнесены к области эмпирического познания, так как по своей сути они представляют разновидность теоретических исследований. Впрочем, во многих случаях на основании мысленного эксперимента может быть проведено и реальное опытное исследование, которое можно рассматривать как материализацию соответствующих теоретических представлений.

Для того чтобы понять роль эксперимента как метода научного познания необходимо себе представлять, что та действительность с которой имеет дело исследователь, изначально предстает перед ним не как строго и систематически организованная цепь отношений и причинно-следственных связей, а лишь как лишь более или менее упорядоченное целое, в рамках которого роль и влияние тех или иных факторов часто не вполне очевидна. Поэтому предварительным условием проведения эксперимента является формулировка гипотезы о том, как именно изучаемые факторы могут быть связаны между собой, а для того, чтобы эту предполагаемую взаимосвязь проверить, необходимо создать условия, чтобы исключить влияние других, относительно случайных и несущественных факторов, действие которых может скрывать или нарушать протекание исследуемых отношений. Например, на основе обыденного восприятия окружающего мира можно заметить, что более тяжелое тело падает на поверхность Земли быстрее, чем более легкое. Так происходит потому, что воздух атмосферы препятствует движению тел. Не зная этого, на основе одного только опыта обыденного наблюдения, предварительно обобщив его, можно прийти к «открытию» не существующей на самом деле зависимости: утверждению о том, скорость падения тела всегда зависит от их массы. В действительности такой связи как постоянной зависимости нет, так как массу Земли можно считать бесконечно большой величиной по сравнению с массой любого предмета, который мы в состоянии сбросить на нее. В силу этого скорость падения любого сбрасываемого тела зависит только от массы Земли. Но как это доказать? Галилей, с именем которого принято связывать начало применения эксперимента как метода научного познания, сделал это следующим образом. Он сбросил с высоты 60 м. (Пизанская башня) одновременно два предмета: мушкетную пулю (200 гр.) и пушечное ядро (80 кг.). Так как оба предмета упали на Землю одновременно, Галилей сделал вывод, что гипотеза о том, что скорость падения тела всегда связана с его массой, неверна.

Опыт Галилея – это пример прямого эксперимента с целью проверки (опровержения) неверной теории, согласно которой скорость падения всегда зависит от массы падающего тела. Несколько изменив исходные условия в опыте Галилея нетрудно организовать проведение такого эксперимента, результаты которого можно интерпретировать в качестве подтверждения теории тяготения. Например, если взять достаточно большую камеру, из которой предварительно был откачен весь воздух, и поместить туда неплотный комок ваты и свинцовый шарик, а затем заставить их падать внутри этой камеры, то в результате можно увидеть, что шарик и комок, имея существенно разные параметры массы, площади поверхности и плотности, тем не менее, в разряженной среде (в отсутствии воздуха) упадут одновременно. Этот факт и можно интерпретировать как подтверждение теории тяготения.

Следует заметить, что далеко не во всех случаях у ученых есть хорошее теоретическое обоснование для экспериментальных исследований. Особенность поисковых экспериментов связана с тем, что они проводятся, чтобы собрать необходимую эмпирическую информацию для построения или уточнения некоторого предположения или догадки. Наглядным примером такого типа исследований могут служить опыты Бенджамина Румфорда по изучению природы тепловых явлений. До создания молекулярно-кинетической теории теплоту считали своего рода материальной субстанцией. В частности, полагали, что нагревание тела связано с добавлением к нему этой субстанции, которую называли теплородом. Специалистам по обработке металла резанием во времена Румфорда было хорошо известно, что при сверлении металла образуется большое количество теплоты. Этот факт в рамках теории теплорода пытались объяснить тем, что при обработке металла теплород отделяется от него и переходит в металлическую стружку, которая образуется в результате сверления. Хотя такое объяснение и выглядит малоубедительным, однако ничего лучшего в тот период предложить не могли.

Румфорд естественно знал о факте сильного тепловыделения при сверлении, однако для того, чтобы его объяснить он проделал следующий эксперимент. Он взял специально затупленное сверло и с его помощью проделал отверстие. В результате выделилось еще больше тепла, чем при действии острым сверлом, но зато было просверлено гораздо меньшее отверстие и образовалось совсем немного опилок. На основании данного эксперимента был сделан вывод: увеличение тепла не связано с образованием опилок, в которые, как считалось, переходит субстанция теплорода. Причина тепла – это не высвобождение и переход особой материальной субстанции теплорода, а движение. Таким образом, эксперимент, проделанный Румфордом, способствовал пониманию того, что тепло – это характеристика определенного состояния вещества, а не что-то добавленное к нему.

Далеко не во всех случаях эксперимент является прямым взаимодействием с изучаемым объектом. Очень часто гораздо экономнее проводить исследование на уменьшенных моделях этих объектов. В частности, примерами таких исследований являются опыты по определению аэродинамических характеристик планера (корпуса) самолета или исследования величины сопротивления воды, которое существует при данных формах корпуса судна. Очевидно, что проведение таких исследований на моделях, соответственно, в аэродинамической трубе или в бассейне гораздо дешевле, чем эксперименты с реальными объектами. При этом, надо понимать, что уменьшенная модель – это не точная копия изучаемого объекта, так как физические эффекты, возникающие при обдуве или движений модели, не только количественно, но и качественно не тождественны тем, которые имеют место в случае полноразмерных объектов. Поэтому для того, чтобы полученные на модельных экспериментах данные могли быть использованы при проектировании полноразмерных объектов, они должны быть пересчитаны с учетом специальных коэффициентов.

В связи с распространением в настоящее время ЭВМ все более широкое распространение получают эксперименты с математическими моделями исследуемых объектов. Предпосылкой математического моделирования является квантификация каких-либо существенных свойств исследуемых объектов и тех закономерностей, которым подчиняются эти объекты. Исходные параметры математической модели – это свойства реально существующих объектов и систем, которые переведены в числовую форму. Процесс математического моделирования – это вычисление тех изменений, которые произойдут с моделью в случае изменения исходных параметров. В силу того, что таких параметров может быть очень много, для их расчета требуется большая затрата сил. Применение ЭВМ позволяет автоматизировать и существенно ускорить процесс соответствующих расчетов. Очевидными достоинствами математического моделирования является возможность получения (за счет обработки большого числа параметров) быстрого расчета возможных сценариев развития моделируемых процессов. Дополнительным эффектом такого вида моделирования является значительная экономия средств, а также минимизация других издержек. Например, проведение расчетов особенностей протекания ядерных реакций с помощью ЭВМ позволили отказаться от реальных испытаний ядерного оружия.

Наглядным и самым известным примером мысленного эксперимента является «корабль Галилея». Во времена Галилея полагали, что покой носит абсолютный характер, а движение – это лишь временный процесс перехода от одного состояния к другому под действием какой-либо силы. Стремясь опровергнуть это утверждение, Галилей представил себе следующее. Пусть человек, который находится в закрытом трюме равномерно движущегося корабля и поэтому ничего не знает о том, что происходит вне трюма, попытается ответить на вопрос: стоит ли корабль на месте или плывет? Размышляя над этим вопросом, Галилей пришел к выводу, что у находящегося в трюме при данных условиях нет никакого способа, для того чтобы узнать правильный ответ. А из этого следует, что равномерное движение неотличимо от покоя и, следовательно, нельзя утверждать, что покой – это естественное, как бы первичное, и поэтому соответствующее абсолютной системе отсчета состояние, а движение – это лишь момент покоя, нечто такое, что всегда сопровождается действием какой-либо силы.

Естественно, мысленный эксперимент Галилея нетрудно реализовать и в натурном исполнении.

Экспериментальные исследования могут проводиться не только в естественных, но и в социально-гуманитарных наука.. Например, в психологии, где на основе экспериментов получены данные, которые используются для обоснования предположений, которые, на первый взгляд, достаточно сложно верифицировать. В частности, до всяких специализированных исследований, на уровне обыденного восприятия взрослому человеку хорошо известно, что его психика отличается от психики ребенка.

Вопрос в том, насколько именно она отличается? Если, допустим, характеризуя уровень психического развития взрослого, используют такие понятия, как «личность» и «самосознание», то можно ли и в каком смысле использовать их для характеристики уровня психического развития ребенка? В каком возрасте, например, у человека уже есть самосознания, а когда его еще нет? На первый взгляд, здесь достаточно сложно сказать что-то определенное. Тем более что и сами эти понятия не являются такими, которые определены строго и однозначно.

Несмотря на эти трудности, психолог Жан Пиаже в своих работах достаточно убедительно показал, что маленький ребенок гораздо в меньшей степени способен к осознанному контролю собственных психических процессов, нежели взрослый. В результате ряда исследований Пиаже пришел к выводу, что дети в возрасте 7-8 лет практически не способны к интроспекции (без которой говорить о самосознании в том смысле, в каком им обладают взрослые люди, вряд ли возможно). Эта способность, по его мнению, постепенно формируется в возрастном промежутке между 7-8 и 11-12 годами. Такие выводы Пиаже сделал на основе ряда экспериментов, содержание которых сводилось к тому, что сначала детям предлагали несложную арифметическую задачу (с которой большинство детей может справиться), а затем просил их объяснить, как именно они пришли к соответствующему решению. По мнению Пиаже, наличие интроспективной способности можно признать существующей, если ребенок может провести ретроспекцию, т.е. способен правильно воспроизвести процесс собственного решения. Если он это сделать не может и пытается объяснить решение, отталкиваясь, например, от полученного результата, как если бы он знал его наперед, то это означает, что ребёнок не обладает интроспективной способностью в том смысле, как это присуще взрослым.

В рамках экономической науки тоже, вероятно, можно осмысленно говорить об экспериментальных исследованиях. В частности, если существует некоторая налоговая ставка, в соответствии с которой осуществляются платежи, но при этом часть налогоплательщиков стремиться занизить или скрыть свои доходы, то в рамках описываемой ситуации могут быть предприняты действия, которые можно назвать экспериментальными. Допустим, зная описываемое положение дел, соответствующие правительственные органы могут принять решение об уменьшении ставки налогового обложения, предполагая, что при новых условиях значительной части налогоплательщиков будет выгоднее платить налоги, нежели уклоняться от них, рискуя получить штрафы и другие санкции.

После введения новых ставок налогообложения необходимо сравнить уровень собираемых налогов с тем, который существовал при прежних ставках. Если окажется, что количество налогоплательщиков возросло, так как некоторые при новых условиях согласились выйти «из тени», и общее количество сборов тоже увеличилось, то полученная информация может быть использована для совершенствования работы налоговых органов. Если же окажется, что никаких изменений в поведении налогоплательщиков не произошло и общее количество собранных налогов упало, то эта информация также может быть использована в работе соответствующих органов, мотивируя их, естественно, к поиску каких-то других решений.