Методология научного познания - [23]

История науки дает нам множество примеров, когда верный выбор существенных факторов при проведении экспериментов помог ученым открыть важные законы природы. Известно, что Роберт Бойль, впервые сформулировавший закон об обратной пропорциональности между давлением и объемом «идеальных» газов, считал температуру несущественным фактором. Впоследствии французские физики Жак Шарль и Гей Люссак предположили, что температура газа служит существенным его фактором и экспериментально доказали закон о прямой пропорциональной зависимости между объемом и температурой газа. Все это свидетельствует о том, что фактор, считавшийся несущественным в одних экспериментах, становится существенным в других.

Следующая стадия при проведении эксперимента сводится к изучению зависимостей между существенными факторами при сохранении несущественных факторов неизменными или постоянными. Если в качестве существенных выявлены факторы М₁, М₂, М₃, …, М_K, то сначала будет изучена зависимость между двумя факторами, например М₁ и М₂. Все остальные факторы при этом будут предполагаться постоянными. Изменяя в эксперименте фактор М₂ можно установить, в какой зависимости от него изменяется фактор М₁, например как меняется объем газа с изменением его давления. Затем аналогично экспериментируют с другими парами, тройками, четверками факторов и т. д. Именно таким способом в итоге устанавливают взаимозависимость между всеми факторами, которую можно выразить с помощью математических формул или уравнений. Так, в рассмотренных выше примерах, после того как были установлены частные законы Бойля-Мариотта и Шарля-Гей Люссака, удалось сформулировать общий закон, выражающий связь между давлением, объемом и температурой идеального газа в виде уравнения Клапейрона:

PV = RT,

где Р — давление; V — объем; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура в абсолютной шкале Кельвина.

При планировании эксперимента и оценке его результатов приходится учитывать также характер величин, измеряемых в ходе опыта. В этом отношении более сложными являются эксперименты, в которых исследуемые величины заданы статистическим образом. К чисто экспериментальным трудностям здесь добавляются трудности математического характера. Не случайно поэтому в последние десятилетия в математической статистике возникло специальное направление, которое ставит своей задачей планирование и математическую обработку статистических экспериментов[33].

Однако, как бы эксперимент ни планировался, при его проведении обязателен точный учет тех изменений, которые эксперимент вносит в изучаемый процесс. А это требует тщательного контроля как объекта исследования, так и средств наблюдения и измерения.

Интерпретация результатов эксперимента. Зависимость эксперимента от теории проявляется не только при его планировании, но в еще большей мере при истолковании его результатов. При интерпретации данных эксперимента для исследователя возможны два пути.

Во-первых, он может объяснить эти результаты в терминах уже известных теорий или гипотез. Поскольку такая проверка состоит в сопоставлении утверждений, выражающих данные эксперимента, с выводами теории, то возникает необходимость в получении таких логических следствий из теории, которые допускают эмпирическую проверку. Это требует интерпретации по крайней мере некоторых понятий и утверждений теории.

Во-вторых, в ряде случаев ученый не располагает готовой теорией или гипотезой, с помощью которых он смог бы объяснить результаты своего эксперимента. Иногда такие эксперименты даже противоречат теоретическим представлениям, доминирующим в той или иной отрасли науки. Об этом свидетельствовали, например, многочисленные результаты экспериментов, полученные в конце XIX — начале XX в., которые явно не укладывались в рамки старых классических представлений физики. В 1900 г. М. Планк, убедившись в невозможности объяснить экспериментальные данные по тепловому излучению с позиций классической физики, предложил рассматривать излучение не как непрерывный, а как дискретный процесс испускания энергии отдельными порциями, или квантами. Эта интерпретация впоследствии помогла объяснить опытные результаты фотоэффекта и многих других экспериментов. В дальнейшем она сыграла важнейшую роль при создании квантовой механики. «Долгий двадцатилетний период накануне появления квантовой механики, — указывал один из создателей этой механики М. Борн, — характеризуется накоплением все новых эмпирических данных в пользу реальности этого кванта и полной неприспособленности классических понятий для оперирования с ним»[34].

Разумеется, не всякая интерпретация экспериментальных данных приводит к революционным изменениям в науке. Однако любая интерпретация предъявляет определенные требования к существующим теориям, начиная от пересмотра некоторых их элементов и заканчивая модификацией исходных допущений и принципов.

Функции эксперимента в научном исследовании. Преимущество эксперимента перед наблюдением состоит прежде всего в том, что он дает возможность активно и целенаправленно исследовать возникающие в науке проблемы. Ученый может по своему желанию изучать интересующие его явления в самых различных условиях их протекания, упрощать ситуации, строго контролируя при этом ход и результаты процесса. Часто эксперимент уподобляют вопросу, который обращен к природе. Хотя такой метафорический способ выражения и не свободен от недостатков, тем не менее он удачно выражает основную цель эксперимента — получить ответ на вопрос, заданный природе, проверить гипотезы и теории, описывающие предполагаемые закономерности явлений природы.