Роль научного эксперимента в становлении науки. Эксперименты Тихо Браге и Г.Галилея.

Галилей был первым, кто создал действительно точные научные инструменты на основе физической теории – это были телескоп и маятник. При создании телескопа он исходил из оптической теории, стремясь сделать невидимое наблюдаемым. Математический расчет позволил ему достичь точности в наблюдениях и измерениях. Новая наука, у истоков которой стоял Галилей, посредством использования экспериментального метода, заменила расплывчатые понятия аристотелевской физики системой строго количественных понятий. Заслуга теоретиков и философов в том, что они заменили приблизительность оценок ремесленников при создании технических сооружений и машин на математическую точность, экспериментальную установленность и теоретическую обоснованность. Галилей разрабатывал и применял новые методы получения строгого и достоверного знания, благодаря чему и заложил первые камни в здание естествознания. 1. Если прежние мыслители и ученые опирались на опыт и практику в их обыденном понимании, то Галилей опирается на научный эксперимент как специальную научную познавательную процедуру. Один и тот же опыт при интуитивном осмыслении может толковаться по-разному, иногда противоположно. Тогда как научный эксперимент в разработке Галилея исключает разночтения, особенно если условия его проведения и результаты выражены числовыми отношениями. Именно Галилей сформулировал кредо экспериментального естествознания: «Измеряй все доступное измерению, и недоступное измерению делай доступным». 2. Вместе с тем Галилей не абсолютизировал роли научного эксперимента. Он понимал, что научный эксперимент сам по себе еще не составляет науки, что он обретает свою силу только тогда, когда включен в структуру научно-теоретического знания. Поэтому разработка метода построения научно-теоретического знания - еще одна важная заслуга Галилея. В чем состоял метод Галилея по построению научной теории в области классической физики? Можно указать два главных приема, позволивших ему решить эту задачу. Первый прием состоял в том, что он ввел в физику рассуждения об идеализированных объектах и событиях, которые в реальном опыте не встречаются. Переход от реального эксперимента к мысленному открывает возможность перехода от реальных объектов к их идеализированным моделям. Это важно потому, что на теоретическом уровне исследуют идеализированные модели объектов, а не сами объекты. Благодаря этому теоретические положения могут формулироваться в форме логической всеобщности. С этим связан второй прием, использованный Галилеем, сохранивший свое значение в современной науке. Это - логическая связь теоретических утверждений, целостность и системность теории, а также ее логическая непротиворечивость. 3. Итак, на теоретическом уровне исследуется идеализированная модель объекта. Поскольку она не сводится к реальным объектам, то и теоретические выводы не сводятся полностью к данным эксперимента. Это значит, что эксперименты могут подтверждать (или не подтверждать) теорию, но не могут служить ее доказательством. Иначе говоря, эмпирические данные необходимы, но недостаточны для обоснования теории. Галилей показал, что доказательно строить научную теорию можно лишь опираясь не только на эксперимент, но и на более широкие основания - на универсальные формы мирового порядка, на гармонию Вселенной. Эта гармония и отражается научной картиной мира. Истинность теоретических построений определяется: соответствием экспериментальным данным, с одной стороны, и соответствием теоретических построений принципам мироздания (то есть научной картины мира) - с другой. Таким образом, идеализация - это не подсобное средство ученого, а отражение граней гармоничного мира, граней мирового порядка. 4. Четвертый метод Галилея состоит в математизации, в обязательном использовании математического аппарата на эмпирическом и теоретическом уровне научного исследования. Четыре указанных метода послужили для Галилея надежным средством разработки научно-теоретических оснований классической физики. Было бы неверно выдергивать из этой связки какой-то один метод и абсолютизировать его, так как они работают вместе, дополняя друг друга. Поскольку отражение универсальных форм мирового порядка в современной терминологии называют научной картиной мира, то галилееву модель научного познания можно представить схематически в виде взаимной связи трех звеньев единой цепи: научный эксперимент ↔ научная теория ↔ научная картина мира. Таким образом, по Галилею, научное познание представляет собой взаимную связь трех структурных компонентов: эмпирического - теоретического - мировоззренческого. Но здесь мировоззрение не философское, а скорее натурфилософское, выступающее в виде научной картины мира. Мы заострили на этом внимание, потому что все последующее развитие естествознания происходит во взаимосвязи с развитием научной картины мира. Галилей своими конкретными научными результатами заложил фундамент классической физики. 1. Прежде всего, он установил (открыл) основополагающий принцип классической механики - принцип инерции. Этот принцип сразу же показал коренное отличие понимания движения в классической механике от догалилеевой механики, авторство которой приписывалось Аристотелю. В механике Аристотеля утверждалось, что движение тел есть результат постоянного действия на тело внешней приложенной силы. «Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие». Совершенно другое осмысление движения содержится в принципе инерции Галилея. К этому принципу он пришел путем следующего рассуждения. Гладкий шар нa гладкой наклонной плоскости движется вниз с ускорением, что известно из опыта. Если же шар толкнуть вверх, то он будет двигаться с замедлением, что также известно из опыта. В таком случае логически необходимо, чтобы имела место промежуточная ситуация, когда шар на горизонтальной плоскости будет двигаться равномерно (без замедления и ускорения), если пренебречь силами трения и сопротивления воздуха. Здесь мы видим типичный пример идеализации: если пренебречь действием на движущееся тело сил трения и сопротивления воздуха, то тело будет находиться в состоянии равномерного движения вечно. Так при помощи процедуры идеализации мы приходим к принципу инерции Галилея: если на движущееся тело не действуют силы трения, то его движение по горизонтальной плоскости будет вечным, оно не может быть уменьшено, а тем более уничтожено. Как видим, процедура мысленной идеализации выводит ученого за рамки реального опыта и позволяет формулировать научные положения в теоpeтической форме, в форме общих принципов и законов. Такая теория будет правильной, такую теорию создал Галилей и опирался на нее. Поэтому принцип инерции Галилея вошел в противоречие с догалилеевой механикой: если прежде механическое движение (то есть перемещение тел в пространстве) трактовалось как функция постоянного действия внешней приложенной силы, то, по Галилею, движение - естественное состояние тел, тогда как трение и действие других внешних сил может изменить и даже прекратить движение тела. 2. Другое важное достижение Галилея связано с формулировкой еще одного принципа классической физики - принципа относительности движения. Согласно этому принципу внутри движущейся равномерно системы все механические процессы происходят так, как если бы система (тело) покоилась. 3. Далее, принцип относительности движения, если говорить языком современной физики, задает правила перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой. Эти правила в дальнейшем получили название преобразований Галилея и состоят они в проецировании одной инерциальной системы отсчета на другую. Галилеевы преобразования замечательны тем, что они предъявляют определенное требование к формулировке законов механического движения: эти законы должны быть сформулированы так, чтобы остались инвариантными (то есть неизменными) в любой инерциальной системе отсчета. Под инерциальными системами отсчета понимают такие две (или более) системы, которые находятся друг относительно друга в состоянии либо покоя, либо равномерного прямолинейного движения. 4. К числу основных достижений Галилея нужно еще отнести формулировку закона свободного падения тел. Еще Аристотель выдвинул положение, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Галилей, опираясь на опыт и на идеализацию, показал, что путь свободно падающего тела пропорционален не скорости, а ускорению, равному 9.81 м/с². Таковы важнейшие достижения Галилея, легшие в основу классической физики. Но наука создается и развивается не одним поколением ученых.