Вопрос №41 Методы и средства эмпирического познания: наблюдение, эксперимент, измерение. Роль приборов в современном научном познании.

К эмпирическим методам относятся: наблюдение, эксперимент, измерение.

Чаще всего процесс познания начинается с изучения наблюдаемых свойств отношений. Наблюдение – целенаправленное, преднамеренное и планомерное восприятие явлений. Наблюдатель не просто воспринимает явление, а вопрошает природу, ставя относительно неё какие-то вопросы и задачи. Наблюдение используется, как правило, там, где вмешательство в исследуемый процесс нежелательно и невозможно.

Наблюдение может быть прямым (с помощью органов чувств) и косвенным, когда наблюдаемый помещает между собой и объектом приборы (микроскоп, телескоп, счётчик Гейгера и т. д.) для усиления своих познавательных возможностей. При этом следует отметить, что косвенные наблюдения всё шире используются в современной науке, особенно там, где речь идёт об исследовании мега и микромира.

Наблюдать можно как один объект, так и несколько (с целью сопоставления). Наблюдать можно как сам изучаемый объект (непосредственное наблюдение), так и его модели (опосредованное наблюдение). Наконец наблюдение может быть как объективно реальным процессом, так и совершаемым только в воображении исследователя.

Особой сложностью отличаются наблюдения в социальных – культурологических, психологических, социологических науках, где его результат во многом зависит от личности наблюдателя и его отношения к изучаемому явлению. Здесь помимо простого применяется включённое наблюдение, когда имеет место непосредственный контакт исследователя с объектом наблюдения (индивид, группа).

При этом событие анализируется как бы «изнутри», а от исследователя требуется нейтральное отношение к происходящему, умение выделять существенные признаки, объективно и глубоко их интерпретировать.

Различают скрытое включённое наблюдение, когда участники деятельности не догадываются о присутствии исследователя, и открытое, когда исследователь сообщает участникам о своих намерениях. В последнее десятилетие метод включённого наблюдения актуализировался ввиду необходимости осмысления социального и культурного мира, понимания представлений, целей, мотивов, действующих в нём.

Однако поскольку с помощью наблюдения мы познаём не процесс в целом, а лишь определённые его срезы, то в науке обобщения только на базе данных наблюдений не строятся. Тем более они не строятся на базе случайных наблюдений, которые также могут иметь место в науке. Данных такого вида наблюдений явно недостаточно для полноценного научного исследования, они могут быть лишь начальным (предпосылочным) импульсом к постановке проблемы, выдвижению гипотезы и т. д.

Хотя в практике научных исследований выдвигаются определённые принципы с целью увеличения степени достоверности и глубины данных научного наблюдения. Вот некоторые из них: а) исследовать возможно более разнообразные предметы, условия, в которых они находятся; б) исследовать наиболее типичные признаки изучаемых объектов и т. д.; в) чётко формулировать цели наблюдения; г) разрабатывать план наблюдения; д) осуществлять контроль за корректностью и надёжностью результатов наблюдения.

Эксперимент – это способ получения информации о количественном и качественном изменении состояния объекта в результате воздействия на него некоторых управляемых и контролируемых факторов (переменных). Именно выделение значимых переменных является важнейшим пунктом данного метода познания.

Эксперимент предполагает наличие цели исследования, гипотезы, наблюдения, предметно-орудийной практической деятельности по целенаправленному изменению изучаемого объекта.

По характеру экспериментальной ситуации эксперименты делятся на полевые (естественная ситуация) и лабораторные, по характеру исследуемых объектов – на технические, экономические, социальные (правовые, педагогические, эстетические), по специфике поставленной задачи – на научно-исследовательские и прикладные.

В результате совершенствования методики экспериментального исследования, использования в нём сложнейших приборов и оборудования достигнут чрезвычайно широкий диапазон применения этого метода, позволяющих по сравнению с наблюдением более глубоко познавать изучаемые явления.

Мысленный эксперимент даёт возможность отвлечься от целого ряда ограничений реальных процессов, идеализировать их и тем самым рассматривать в предельных условиях и состояниях. Различают два типа мысленных экспериментов: а) мысленные эксперименты, могущие в последствии быть осуществлёнными на практике; б) не могущие быть реализованными в действительности.

Известны, например мысленные эксперименты Г. Галилея с бросанием матросом взобравшемся на мачту, предметов на палубу корабля с целью определения траектории падения (случай а) в нашей классификации), известен также мысленный эксперимент А. Эйнштейна с оборвавшимся и летящим вниз огромным лифтом, где в это время проводится эксперимент (ситуация б) в нашей классификации), ситуация также близкая к анекдотической).

В целом эксперимент позволяет максимально сократить время и условия по изучению объекта, создать возможность для повторения с целью более точного измерения и обоснованного доказательства существования или не существования исследуемых свойств и отношений, уменьшить личностную компоненту при интерпретации полученных выводов. Поэтому по сравнению с наблюдением эксперимент является более глубоким эмпирическим методом познания. Недостаток эксперимента – большие затраты.

Измерение – это способ получения, прежде всего (но не только), количественной информации об объекте, когда одна (измеряемая) величина соотносится (сравнивается) с другой, принятой за эталон. Измерение свойств осуществляется с использованием измерительных инструментов, в точных науках – математических методов либо технических устройств. В социальных науках – тест, анкет.

Необходимо также наличие масштаба измерения (единицы измерения) и правил измерения. По типу различают прямое и косвенное измерение.

Важнейшей характеристикой процесса измерения является точность. Она всегда ограничена, поскольку в процессе измерения сам процесс измерения вносит искажения в изучаемый объект плюс несовершенство измерительных инструментов, небрежность исследователя и др. Однако чем точнее проведено измерение, тем надёжнее полученные выводы.

Эмпирические знания – необходимая ступень познания, без которой невозможна следующая, теоретическая ступень познания.

В реальной практике научных исследований различные методы познания теснейшим образом связаны друг с другом, проникают друг в друга. Научный эксперимент не существует без научного наблюдения. Существенным компонентом эксперимента зачастую является измерение и т. д. Широкое применение эксперимента является характерной и в определённом смысле конституирующей чертой науки, начиная с Нового времени. В этом плане наука указанного времени и более поздних периодов радикально отличается от науки античной, которая была преимущественно созерцательной и умозрительной.

Научный эксперимент – это форма активного диалога исследователя с изучаемым объектом. Проводя эксперимент, исследователь не просто наблюдает изучаемый объект в обычных, естественных для этого объекта условиях и фиксирует свойства этого объекта. Он (исследователь) активно вмешивается в бытие объекта, он создаёт условия для проявления определённых свойств, связей объекта в чистом виде. Экспериментатор, помещая изучаемый объект в искусственно созданные условия, заставляет этот объект отвечать на те вопросы, которые исследователя интересуют. Можно сказать и так: прежде чем наблюдать свойства и связи изучаемого объекта, экспериментатор своей специально организованной деятельностью готовит объект, доводит этот объект до такого состояния, в котором соответствующие свойства и связи объекта проявляются наиболее отчётливо и однозначно.

Сказанное означает, что непосредственному проведению эксперимента предшествует подготовительная стадия. Эта стадия включает в себя предварительное концептуальное, теоретическое осмысление изучаемого объекта. Только на основе такого осмысления можно сформулировать вопросы, «обращённые к объекту», только на основе такого осмысления можно отчётливо сформулировать цель и задачи эксперимента, только на основе такого осмысления можно будет впоследствии интерпретировать результаты эксперимента. К примеру, Э. Резерфорд, приступая к проведению своего эксперимента, в ходе которого он подвергал исследуемое вещество бомбардировке альфа-частицами, исходил из имеющихся в то время представлений о строении атома и пытался ответить на вопрос: насколько однородно распределена масса внутри атома. Этот эксперимент показал, что распределение массы внутри атома чрезвычайно неоднородно, что почти вся масса атома сконцентрирована в небольшом объеме в центре атома, в атомном ядре. Подготовительная стадия научного эксперимента, как правило, включает в себя также подбор соответствующих приборов, создание экспериментальной установки. При этом существенно, что речь идёт о приборах, об экспериментальной установке, принципы действия которых, а, следовательно, и характер их воздействия на изучаемый объект достаточно хорошо известны экспериментатору. В противном случае данные, полученные в ходе проведения эксперимента, будет невозможно или очень затруднительно адекватно интерпретировать.

Мысленный и математический (вычислительный) эксперимент

Здесь необходимо отметить, что важную роль в научном познании играет такая специфическая разновидность эксперимента, как мысленный эксперимент. В экспериментах такого рода реальные приборы, экспериментальные установки и ситуации заменяются совокупностью мысленно сконструированных приборов, экспериментальных установок и ситуаций, а реальный эксперимент, зачастую очень трудоёмкий, дорогой, опасный и длительный, заменяется его мысленным осуществлением. Многие исследователи справедливо подчёркивают, что Г. Галилей считается создателем науки Нового времени не в последнюю очередь потому, что он совершенно сознательно и очень продуктивно стал пользоваться именно этим видом эксперимента. Именно с помощью мысленных экспериментов ему удалось ввести соответствующие теоретические (идеальные) объекты: идеально гладкие поверхности; шары, падающие в отсутствие сопротивления среды, - а затем, уже, оперируя такими объектами, заложить основы новой, неаристотелевой механики. Мысленный эксперимент широко использовался и другими выдающимися исследователями. Хорошо известны мысленные эксперименты, с помощью которых А. Эйнштейн создал сначала частную, а затем и общую теорию относительности. Первый из них заключался, напоминаем, в попытке представить наблюдателя, движущегося вслед за электромагнитной волной со скоростью света (со скоростью распространения электромагнитного поля). В связи с этим экспериментом Эйнштейна занимал вопрос: как будет выглядеть эта электромагнитная волна для такого наблюдателя? С точки зрения классической физики, эта волна должна быть неподвижна относительно такого наблюдателя. Неподвижность электромагнитной волны противоречила интуиции Эйнштейна. Это противоречие между интуитивным пониманием указанного мысленного эксперимента и пониманием его классической физикой подтолкнуло великого физика к формулировке принципа относительности и принципа постоянства скорости света, а затем – к созданию названной теории. Второй упомянутый выше эйнштейновский мысленный эксперимент («лифт Эйнштейна») иллюстрирует то, что в физике называется принципом эквивалентности (локального тождества сил инерции и сил гравитационного поля). Именно размышляя над этим мысленным экспериментом, Эйнштейн пришёл к идее геометризации гравитационного поля, к идее, лежащей в основе общей теории относительности.

Упомянем здесь также такую разновидность эксперимента, какой является математический или вычислительный эксперимент. Осуществление такого эксперимента предполагает, как правило, построение соответствующих реальным экспериментальным ситуациям математических, компьютерных моделей. Такого рода эксперименты добавляют к указанным преимуществам мысленных экспериментов (безопасность, относительная дешевизна, быстрота проведения и т.п.), сравнительно с экспериментами реальными, точность в расчётё количественных показателей, а также возможность осуществления множества вариантов эксперимента одного типа, отличающихся друг от друга значением тех или иных параметров (начальных условий и т. п.). В современной науке реальные, математические и мысленные эксперименты многообразно переплетены друг с другом.

О роли приборов в научном познании

Вернёмся к обсуждению обычного (реального) эксперимента и рассмотрим, какую роль в осуществлении этого метода познания играют приборы.

Прежде всего, очевидно, что приборы выступают как своего рода посредники между субъектом и объектом познания. Для чего же субъект познания помещает между собой и интересующим его объектом познания этого посредника? Введение приборов в процесс научного познания обусловлено рядом существенных обстоятельств. Очевидна, например, ограниченность возможностей органов чувств человека: глаз человека не видит мелкие детали, не воспринимает многие виды излучения, ухо человека не приспособлено для восприятия ультразвука и т. д. Кроме того, человек не может непосредственно наблюдать многие процессы из-за условий, в которых эти процессы протекают: высокие или низкие температуры, губительные для человека излучения и т. п. Зачастую в науке необходимы количественные сведения об изучаемых системах и процессах, а эти сведения невозможно получить без измерительных приборов. Приборы как раз и предназначены для того, чтобы преодолеть указанную ограниченность, донести в удобной и адекватной форме до человека информацию об интересующих его объектах. Для этого они преобразуют сигналы, идущие от объекта познания к субъекту познания (к человеку, к исследователю), так, что эти сигналы становятся доступны чувственному восприятию субъекта познания. Существуют приборы различного рода: приборы-усилители, приборы-анализаторы, приборы-преобразователи, приборы-регистраторы. Как уже сказано, важную роль в науке играют приборы-измерители.

Разумеется, к научным приборам предъявляются определённые требования, а именно: они не должны существенно деформировать изучаемый объект, они не должны неконтролируемо искажать сигналы, идущие от объекта познания к субъекту познания. В классической науке, основанной на созерцательной гносеологии, господствовало убеждение, согласно которому всегда можно подобрать (изобрести) такие приборы, влиянием которых на изучаемый объект можно пренебречь. Действительно, классическая наука имела дело с такими объектами познания и с такими приборами, применительно к которым указанное убеждение было справедливым. Если, например, мы взвешиваем какой-либо образец на весах, то эта процедура никак не влияет на сам образец. Или: если мы смотрим на Юпитер в телескоп, то с самим Юпитером от этого ничего не происходит. Конечно, телескоп преобразует сигнал, идущий от Юпитера к наблюдателю. Однако на той стадии развития науки считалось, что хорошо изготовленный и настроенный прибор не искажает этот сигнал. Или, точнее, это («приборное») искажение несущественно и всегда может быть учтено.

Радикально иная ситуация имеет место в неклассической науке, в частности, в микрофизике. Здесь в принципе нельзя пренебречь взаимодействием между прибором и изучаемым объектом. Разные приборы разными способами воздействуют на микрообъекты, но в любом случае это воздействие не устранимо и существенно. Так, использование прибора одного типа выявляет в некотором микрообъекте (например, в электроне) корпускулярные свойства; использование прибора другого типа выявляет в этом объекте волновые свойства. При этом вопрос: чем в действительности является этот объект (волной или корпускулой) неправомерен. Поскольку в одной экспериментальной (приборной) ситуации он в действительности проявляет волновые свойства, а в другой экспериментальной (приборной) ситуации – корпускулярные. Неустранимое и существенное воздействие приборов на изучаемые с их помощью микрообъекты проявляется также в невозможности одновременного точного измерения координат и импульсов этих микрообъектов: например, стремясь с помощью некоторого типа приборов более точно измерить координаты электрона, мы неизбежно изменяем величину импульса этого электрона, вносим помехи в измерение его импульса. Количественное выражение последнее обстоятельство получило в знаменитом принципе неопределенностей, сформулированном В. Гейзенбергом.

Отчетливо заявившая о себе в микрофизике неустранимость и существенность воздействия приборов (шире: экспериментальной, познавательной, познавательной установки) на объект научного познания, на результат этого познания впоследствии были обнаружены и осмыслены, по сути, во всех науках. На стадии неклассической и постнеклассической науки стало ясно, что приборы, экспериментальные установки, познавательные установки субъекта познания (его теоретическая, концептуальная, мировоззренческая оснащённость) не являются чем-то гносеологически «безобидным» и нейтральным. Это не просто посредники, передающие в удобной для субъекта познания форме информацию об объекте познания, «как он есть на самом деле». Приборы, экспериментальные установки, познавательные установки существенно изменяют объект познания, участвуют в «изготовлении» предмета познания, в его формировании. В результате этого осознания в науке произошла смена созерцательной гносеологической установки на конструктивистскую.