Головна |
« Попередня | Наступна » | |
Емпіричні методи. |
||
До методів емпіричного дослідження в науці і техніці відносяться, поряд з деякими іншими, спостереження, порівняння, вимірювання та експеримент. Під спостереженням розуміється систематичне і цілеспрямоване сприйняття даного нас чомусь об'єкта: речі, явища, властивості, стану, аспектів цілого - як матеріальної, так і ідеальної природи. Це найбільш простий метод, який виступає, як правило, у складі інших емпіричних методів, хоча в ряді наук він виступає самостійно або в ролі головного (як у спостереженні погоди, в спостережної астрономії та ін.) Винахід телескопа дозволило людині поширити спостереження на раніше недоступну область Мегасвіту, створення мікроскопа ознаменувало вторгнення в мікросвіт. Рентгенівський апарат, радіолокатор, генератор ультразвуку та багато інших технічних засобів спостереження привели до небаченого росту наукової та практичної цінності цього методу досліджень-ня. Існують також способи і методики самоспостереження і самоконтролю (у психології, медицині, фізкультуру і спорт та ін.) Саме поняття спостереження в теорії пізнання узагальнено виступає у формі поняття "споглядання", воно пов'язане з категоріями діяльності та активності суб'єкта. Щоб бути плідним і продуктивним, спостереження повинне задовольняти наступним вимогам: - бути навмисним, тобто вестися для вирішення цілком певних завдань в рамках загальної мети (цілей) наукової діяльності та практики; - планомірним, тобто складатися з спостережень, що йдуть за певним планом, схемою, що випливають з характеру об'єкта, а також цілей і завдань дослідження; - цілеспрямованим, тобто фіксувати увагу спостерігача лише на цікавлять його об'єктах і не зупинятися на тих, які випадають із завдань спостереження. Спостереження, спрямоване на сприйняття окремих деталей, сторін, аспектів, елементів об'єкта називають фіксуючим, а охоплює ціле за умови повторного спостереження (поворотного) - флуктуірует. Поєднання цих видів спостереження в результаті і дає цілісну картину об'єкта; - бути активним, тобто таким, коли спостерігач цілеспрямовано шукає потрібні для його завдань об'єкти серед деякого їх безлічі, розглядає окремі цікавлять його боку властивості, аспекти цих об'єктів, спираючись при цьому на запас власних знань, досвіду та навичок; - систематичним, тобто таким, коли спостерігач веде своє спостереження безперервно, а не випадково і спорадично (як при простому спогляданні) , за певною, продуманої заздалегідь схемою, в різноманітних або ж строго обговорених умовах. Спостереження як метод наукового пізнання і практики дає нам факти у формі сукупності емпіричних тверджень про об'єкти. Ці факти утворюють первинну інформацію про об'єкти пізнання і вивчення. Зауважимо, що в самій дійсності ніяких фактів немає: вона просто існує. Факти - в головах людей. Опис наукових фактів відбувається на основі певного наукової мови, ідей, картин світу, теорій, гіпотез і моделей. Саме вони і визначають первинну схематизацію уявлення про даний об'єкт. Власне, саме за таких умов і виникає "об'єкт науки" (який не треба плутати з об'єктом самої дійсності, так як другий є теоретичний опис першого!). Багато вчених спеціально розвивали у себе здатність до спостереження, тобто спостережливість. Ч. Дарвін говорив, що він зобов'язаний своїми успіхами тому, що посилено розвивав у собі цю якість. Порівняння - це один з найбільш поширених і універсальних методів пізнання. Відомий афоризм: "Все пізнається в порівнянні" - кращий тому доказ. Порівнянням називають встановлення подібності (тотожності) і відмінності предметів і явищ різного роду, їх сторін та ін, по-загально - об'єктів дослідження. У результаті порівняння встановлюється те загальне, що притаманне двом і більше об'єктах - в даний момент або в їх історії. В науках історичного характеру порівняння було розвинене до рівня основного методу дослідження, який отримав назву порівняльно-історичного. Виявлення загального, повторюваного у явищах, як відомо, - ступінь на шляху до пізнання закономірного. Для того, щоб порівняння було плідним, воно повинно задовольняти двом основним вимогам: порівнюватися повинні лише такі сторони і аспекти, об'єкти в цілому, між якими існує об'єктивна спільність; порівняння має йти по найбільш важливих, істотним в даній дослідницькій або іншій задачі ознаками. Порівняння по несуттєвим ознаками може призвести лише до помилок і помилок. У цьому зв'язку треба обережно ставитися до умовиводів "по аналогії". Французи навіть говорять, що "порівняння - не доказ!". Композитори, дослідника, інженера, конструктора об'єкти можуть порівнюватися або безпосередньо або опосередковано - через третій об'єкт. У першому випадку отримують якісні оцінки типу: більше - менше, світліше - темніше, вище - нижче, ближче - далі і ін Правда, і тут можна отримати найпростіші кількісні характеристики: "вище в два рази", "важче в два рази" і ін Коли ж є ще й третій об'єкт в ролі еталона, мірки, масштабу, то отримують особливо цінні і більш точні кількісні характеристики. Таке порівняння за посередництвом об'єкт називаю виміром. Порівняння готує основу і для ряду теоретичних методів. Само воно спирається часто на умовиводи за аналогією, про які ми будемо говорити далі. Вимірювання історично розвивалося зі спостережень і порівняння. Однак на відміну від простого порівняння воно більш результативно і точно. Сучасне природознавство, початок якому було покладено Леонардо да Вінчі, Галілеєм і Ньтона. Своїм розквітом зобов'язане застосуванню вимірювань. Саме Галілей проголосив принцип кількісного підходу до явищ, згідно з яким опис фізичних явищ має спиратися на величини, що мають кількісну міру - число. Він говорив, що книга природи написана мовою математики. Інженерія, проектування і конструювання у своїх методах продовжують цю ж лінію. Ми будемо тут розглядати вимір на відміну від інших авторів, які об'єднують вимір з експериментом, як самостійний метод. Вимірювання - це процедура визначення чисельного значення деякої характеристики об'єкта за допомогою порівняння її з одиницею виміру, прийнятої як стандарт даними дослідником або всіма вченими та практиками. Як відомо, існують міжнародні та національні одиниці виміру основних характеристик різних класів об'єктів, такі як година, метр, грам, вольт, біт і ін; день, пуд, фунт, верста, миля та ін Вимірювання передбачає наявність наступних основних елементів: об'єк - єкта вимірювання, одиниці виміру, тобто масштабу, мірки, еталона; вимірювального пристрою; методу вимірювання; спостерігача. Вимірювання бувають прямі і непрямі. При прямому вимірі результат виходить безпосередньо із самого процесу вимірювання (наприклад, використовуючи міри довжини, часу, ваги і т.д.). При непрямому вимірі шукана величина визначається математичним шляхом на основі інших величин, отриманих раніше прямим виміром. Так отримують, наприклад, питома вага, площа і об'єм тел правильної форми, швидкість і прискорення тіла, потужність і ін Вимірювання дозволяє знаходити і формулювати емпіричні закони і фундаментальні світові константи. У зв'язку з цим воно може служити джерелом формування навіть цілих наукових теорій. Так, багаторічні вимірювання руху планет Тихо де Браге дозволили потім Кеплеру створити узагальнення у вигляді відомих трьох емпіричних законів руху планет. Вимірювання атомних ваг в хімії стало однією з основ формулювання Менделєєвим свого знаменитого періодичного закону в хімії тощо Вимірювання дає не тільки точні кількісні відомості про дійсність, але і дозволяє вносити нові якісні міркування в теорію. Так сталося в підсумку з вимірюванням швидкості світла Майкельсоном в ході розвитку ейнштейнівська теорії відносності. Приклади можна продовжити. Найважливішим показником цінності вимірювання є його точність. Завдяки їй можуть бути відкриті факти, які не узгоджуються з нині існуючими теоріями. Свого часу, наприклад, відхилення у величині перигелію Меркурія від розрахункового (тобто приголосного з законами Кеплера і Ньютона) на 13 секунд в сторіччя змогли пояснити, тільки створивши нову, релятивістську концепцію світу в загальній теорії відносності. Точність вимірювань залежить від наявних приладів, їх можливостей і якості, від застосовуваних методів і самої підготовки дослідника. На виміру часто витрачаються великі кошти, нерідко їх готують тривалий час, в них бере участь безліч людей, а результат може виявитися або нульовим або непереконливим. Слід мати на увазі, що існують певні вимоги до рівня точності. Він повинен знаходитися у відповідності з природою об'єктивним тов і з вимогами пізнавальної, проектувальної, конструкторської або інженерного завдання. Так, в техніці і будівництві постійно мають справу з вимірюванням маси (тобто ваги), довжиною (розміром) та ін Але в більшості випадків прецизійна точність тут не потрібно, більше того, вона виглядала б взагалі смішно, якби, скажімо, вага опорної колони для будівлі перевірявся до тисячних або ще менших часток грама! Існує і проблема вимірювання массовидного матеріалу, пов'язаного з випадковими відхиленнями, як це буває у великих сукупностях. Подібні явища характерні для об'єктів мікросвіту, для біологічних, соціальних, економічних та інших подібних об'єктів. Тут застосовні пошуки статистичного середнього і методи, спеціально орієнтовані на обробку випадкового і його розподілів у вигляді імовірнісних методів та ін Для виключення випадкових і систематичних помилок вимірювання, виявлення помилок і похибок, пов'язаних з природою приладів і самого спостерігача (людини), розвинена спеціальна математична теорія помилок. Особливе значення в XX столітті придбали у зв'язку з розвитком техніки методи вимірювання в умовах швидкого протікання процесів, в агресивних середовищах, де виключається присутність спостерігача, і т.п. На допомогу тут прийшли методи авто-і електрометрії, а також комп'ютерної обробки інформації та управління процесами вимірювання. У їх розробці видатну роль зіграли розробки вчених Новосибірського інституту автоматики і електрометрії СО РАН, а також НГТУ (НЕТІ). Це були результати світового класу. Вимірювання, поряд зі спостереженням і порівнянням, широко використовується на емпіричному рівні пізнання і діяльності людини взагалі, воно входить до складу найбільш розвиненого, складного і значущого методу - експериментального. Під експериментом розуміється такий метод вивчення і перетворення об'єктів, коли дослідник активно впливає на них шляхом створення штучних умов, необхідних для виявлення будь-яких цікавлять його властивостей, характеристик, аспектів, свідомо змінюючи протягом природних процесів, ведучи при цьому регулювання, вимірювання і спостереження. Основним засобом створення таких умов є різноманітні прилади та штучні пристрої, про які ми ще поговоримо нижче. Експеримент являє собою найбільш складний, комплексний і ефективний метод емпіричного пізнання і перетворення об'єктів різного роду. Але сутність його не в складності, а в цілеспрямованості, навмисність і втручанні шляхом регулювання та управління протягом досліджуваних і преутворених процесів і станів об'єктів. Засновником експериментальної науки та експериментального методу вважається Галілей. Досвід як головний шлях для природознавства позначив вперше наприкінці XVI, початку XVII століття англійський філософ Френсіс Бекон. Досвід - головний шлях і для інженерії, технологій. Відмінними ознаками експерименту вважають можливість вивчення та перетворення того або іншого об'єкта у відносно чистому вигляді, коли всі побічні чинники, затемняющие суть справи, усуваються майже цілком. Це дає можливість дослідження об'єктів дійсності в екстремальних умовах, тобто при наднизьких і надвисоких температурах, тисках і енергіях, величинах швидкості процесів, напруженості електричних і магнітних полів, енергіях взаємодії та ін У цих умовах можна отримати несподівані і дивовижні властивості у звичайних об'єктів і , тим самим, глибше проникнути в їх суть і механізми перетворень (екстремальний експеримент і аналіз). Прикладами явищ, відкритих в екстремальних умовах, є надтекучість і надпровідність при низьких температурах. Найважливішим достоїнством експерименту є його повторюваність, коли спостереження, вимірювання, випробування властивостей об'єктів проводяться багаторазово при варіюванні умов, щоб підвищити точність, достовірність і практичну значимість раніше отриманих результатів, переконатися взагалі в існуванні нового явища. До експерименту звертаються в таких ситуаціях: - коли намагаються виявити в об'єкта раніше невідомі властивості і характеристики - це дослідницький експеримент; - коли перевіряють правильність тих чи інших теоретичних положень, висновків і гіпотез - перевірочний до теорії експеримент; - коли перевіряють правильність раніше вироблених експериментів - перевірочний (до експериментів) експеримент; - навчально-демонстраційний експеримент. Будь-який з цих видів експерименту може бути проведений як безпосередньо з обстежуваним об'єктом, так і з його заступником - моделями різного роду. Експерименти першого типу називають натурними, друга - модельними (моделювання). Прикладами експериментів другого типу є дослідження гіпотетичної первинної атмосфери Землі на моделях з суміші газів і парів води. Досліди Міллера і Абельсона підтвердили можливість утворення при електричних розрядах в моделі первинної атмосфери органічних утворень, з'єднань, а це, в свою чергу, стало перевіркою теорії Опаріна і Холдейна про походження життя. Іншим прикладом є модельні експерименти на комп'ютерах, отримують все більше поширення у всіх науках. У цьому зв'язку фізики сьогодні говорять про виникнення "обчислювальної фізики" (робота комп'ютера базується на математичних програмах і обчислювальних операціях). Перевагою експерименту є можливість вивчення об'єктів у більш широкому діапазоні умов, ніж це допускає оригінал, що особливо помітно в медицині, де не можна вести досліди, що порушують здоров'я людини. Тоді вдаються до допомоги живих і неживих моделей, які повторюють або імітують особливості людини та її органів. Експерименти можна вести як над вещественно-польовими та інформаційними об'єктами, так і з їх ідеальними копіями, у останньому випадку перед нами уявний експеримент, в тому числі обчислювальний як ідеальна форма реального експерименту (комп'ютерне моделювання експерименту). В даний час посилюється увага до соціологічних експериментів. Але тут існують особливості, що обмежують можливості подібних експериментів згідно законам і принципам гуманності, які знаходять відображення в концепціях і угодах ООН і міжнародного права. Так, ніхто, крім злочинців, не стане планувати експериментальні війни, епідемії і т.п., щоб вивчити їх наслідки. У цьому зв'язку сценарії ракетно-ядерної війни і наслідки з неї у вигляді "ядерної зими" програвалися на комп'ютерах у нас і в США. Висновок з цього експерименту: ядерна війна принесе неминуче загибель всього людства і всього живого на Землі. Велике значення економічних експериментів, але й тут безвідповідальність і політична ангажованість політиків може призвести і призводить до катастрофічних результатів. Спостереження, вимірювання та експерименти в основному базуються на різних приладах. Що ж таке прилад із точки зору його ролі для дослідження? У широкому сенсі слова під приладами розуміють штучні, технічні засоби та різного роду пристрої, які дозволяють вести дослідження якого-небудь даного нас явища, властивості, стану, характеристики з кількісної та / або якісної сторони, а також створювати строго певні умови для їх виявлення, реалізації та регулювання; пристрої, що дозволяють разом з тим вести спостереження і вимір. Не менш важливо при цьому вибрати систему відліку, створити її спеціально в приладі. Під системами відліку розуміють об'єкти, які подумки приймають за вихідні, базисні і фізично покояться, нерухомі. Найбільш зрозуміло це видно при вимірюванні за допомогою різних шкал для відліку. У астрономічних спостереженнях - це Земля, Сонце, інші тіла, нерухомі (умовно) зірки та ін У класичний період науки серед вимог до приладів були, по-перше, чутливість до впливу зовнішнього вимірюваного фактора для вимірювання та регулювання умов експерименту, по-друге, так звана "роздільна здатність" - тобто кордону точності і підтримки заданих умов для досліджуваного процесу в експериментальному пристрої. При цьому мовчазно вважалося, що в ході прогресу науки їх все вдасться поліпшити і збільшити. У XX столітті, завдяки розвитку фізики мікросвіту, знайшли, що існує нижня межа подільності речовини і поля (кванти та ін.), мається нижнє значення величини електричного заряду і т. п. Все це викликало перегляд колишніх вимог і привернуло особливу увагу до систем фізичних та інших одиниць, відомих кожному з шкільного курсу фізики. Важливою умовою об'єктивності опису об'єктів вважалася також принципова можливість абстрагуватися, відволіктися від систем відліку шляхом або вибору так званої "природної системи відліку", або шляхом виявлення таких властивостей у об'єктів, що не залежать від вибору систем відліку. У науці їх називають "інваріантами" У самій природі не так вже й багато подібних інваріантів: це вага атома водню (і він став мірою, одиницею для вимірювання ваги інших хімічних атомів), це електричний заряд, так зване "дія" в механіці і в фізиці (його розмірність - енергія х час), планковские квант дії (у квантовій механіці), гравітаційна стала, швидкість світла та ін На рубежі XIX і XX століть наука з'ясувала, здавалося, парадоксальні речі: маса, довжина, час - відносні, вони залежать від швидкості руху частинок речовини і полів і, звичайно, від положення спостерігача в системі відліку. У спеціальній теорії відносності у результаті був знайдений особливий інваріант - "чотиривимірний інтервал". Значення і роль досліджень систем відліку і інваріантів протягом усього XX століття наростало, особливо при вивченні екстремальних умов, характеру і швидкості протікання процесів, таких як надвисокі енергії, низькі і наднизькі температури, бистропротекающие процеси і т.п. Залишається важливою і проблема точності вимірювання. Всі прилади, що застосовуються в науці і техніці, можна розділити на спостережні, вимірювальні та експериментальні. Їх декілька видів і підвидів за їх призначенням і функцій у дослідженні: 1. Вимірювальні проділи різного роду з двома підвидами: а) прямого вимірювання (лінійки, мірні судини та ін.); б) непрямого, опосередкованого вимірювання (наприклад, пірометри, що вимірюють температуру тіла через вимір енергії випромінювання; тензометри-етичні прилади та датчики - тиск через електричні процеси в самому приладі; та ін.) 2. Підсилюючі природні органи людини, але не змінюють суті і природи спостережуваної і вимірюваної характеристики. Такі оптичні прилади (від окулярів до телескопа), багато акустичні прилади та ін 3. Перетворюючі природні процеси і явища з одного виду в інший, доступний спостерігачеві та / або його наглядовою і вимірювальним пристроям. Такі рентгенівський апарат, сцинтиляційні датчики і т. п. 4. Експериментальні прилади та пристрої, а також їх системи, що включають спостережні та вимірювальні прилади як свою невід'ємну частину. Діапазон таких приладів простягається до розмірів гігантських прискорювачів частинок, начебто Серпуховського. У них процеси і об'єкти різного роду відносно ізольовані від середовища, вони регулюються, управляються, а явища виділяються в максимально чистому вигляді (тобто, без інших, сторонніх явищ і процесів, перешкод, збурюючих факторів і т.п.). 5. Демонстраційні прилади, які служать для наочного показу різних властивостей, явищ і закономірностей різного роду при навчанні. До них можна віднести також випробувальні стенди та тренажери різного роду, оскільки вони володіють наочністю, а також часто імітують ті чи інші явища, як би обманюючи навчаються. Розрізняють також прилади та пристрої: а) дослідного призначення (для нас тут вони головне) і, б) масового споживчого призначення. Прогрес приладобудування - це турбота не тільки вчених, але також конструкторів та інженерів-приладобудівників в першу чергу. Можна розрізнити також прилади-моделі, як би продовження усіх попередніх у вигляді їх заступників, а також зменшені копії і макети реальних приладів і пристроїв, природних об'єктів. Прикладом моделей першого роду будуть кібернетичні й комп'ютерні імітації реальних, що дозволяють вивчати і проектувати реальні об'єкти, часто в широкому діапазоні східних в чомусь систем (в управлінні і зв'язку, проектуванні систем і комунікацій, мереж різного роду, в САПР). Приклади моделей другого роду - речові моделі моста, літака, греблі, балки, машини і її вузлів, якого пристрою. У широко сенсі прилад - це не тільки деякий штучне утворення, але це і середу, в якій протікає небудь процес. У ролі останньої може виступати і комп'ютер. Тоді кажуть, що перед нами обчислювальний експеримент (при оперуванні числами). У обчислювального експерименту як методу велике майбутнє, так як часто експериментатор має справу з багатофакторними і колективними процесами, де потрібна величезна статистика. Експериментатор також має справу з агресивними середовищами і процесами, небезпечними для людини і живого взагалі (у зв'язку з останнім існують екологічні проблеми наукового та інженерного експерименту). Розвиток фізики мікросвіту показало, що у своєму теоретичному описі об'єктів мікросвіту ми в принципі не можемо позбутися впливу приладу на шуканий відповідь. Більше того, тут ми в принципі не можемо одночасно вимірювати координати і імпульси мікрочастинки та ін; після вимірювання доводиться будувати взаємодоповнюючі опису поведінки частинки за рахунок показань різних приладів і неодночасно описів даних вимірювань (принципи невизначеностей В.Гейзенберга і принцип додатковості Н. Бора) . Прогрес в приладобудуванні нерідко створює справжню революцію в тій чи іншій науці. Класичними є приклади відкриттів, зробленими завдяки винаходу мікроскопа, телескопа, рентгенівського апарату, спектроскопа і спектрометра, створення супутникових лабораторій, винос приладів у космос на супутниках і т.п. Витрати на прилади та експерименти в багатьох НДІ складають часто левову частку їхніх бюджетів. Сьогодні багато прикладів, коли експерименти не по кишені цілим немаленьким країнам, і тому вони йдуть на наукову кооперацію (як ЦЕРН у Швейцарії, в космічних програмах та ін.) У ході розвитку науки роль приладів нерідко спотворюється, перебільшується. Так у філософії, у зв'язку з особливостями експерименту в мікросвіті, про що йшлося трохи вище, виникла ідея, що в цій області всі наші знання цілком приладового походження. Прилад, як би продовжуючи суб'єкта пізнання, втручається в об'єктивний хід подій. Звідси робиться висновок: все наше знання про об'єкти мікросвіту суб'єктивно, воно приладового походження. У підсумку в науці XX століття виникло цілий напрям філософії - приладовий ідеалізм або операціоналізм (П.Бріджмен). Звичайно, послідувала відповідна критика, але подібна ідея зустрічається серед учених до цих пір. Багато в чому вона виникла через недооцінку теоретичного знання і пізнання, а також його можливостей. Перш ніж перейти до нього, відзначимо: створення приладів і винахід нових як для вимірювань, так і для експериментів - це здавна особлива область діяльності вчених та інженерів, що вимагає величезного досвіду і таланту. Сьогодні - це також і сучасна, все більш активно розвивається галузь виробництва, торгівлі та відповідного маркетингу. Самі прилади і пристроїв як продукти технологій, наукового та технічного приладобудування, їх якість і кількість - по суті справи показник ступеня розвиненості тієї чи іншої країни та її економіки.
|
||
« Попередня | Наступна » | |
|
||
Інформація, релевантна "Емпіричні методи." |
||
|