Общенаучные методы эмпирического познания

Научное наблюдение и описание. Наблюдение есть чувственное (преимущественно-визуальное) отражение предметов и явлений внешнего мира. Наблюдение - это целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на такие чувственные способности человека, как ощущение, восприятие, представление; в ходе наблюдения мы получаем знание о внешних сторонах, свойствах и признаках рассматриваемого объекта. Это — исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную информацию об объектах окружающей действительности.

Научное наблюдение (в отличие от обыденных, повседневных наблю­дений) характеризуется рядом особенностей:

- целенаправленностью (наблюдение должно вестись для решения по­ставленной задачи исследования, а внимание наблюдателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей);

- планомерностью (наблюдение должно проводиться строго по плану, составленному исходя из задачи исследования);

- активностью (исследователь должен активно искать, выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт, используя различные технические средства наблюдения).

Научные наблюдения всегда сопровождаются описанием объекта по­знания. Эмпирическое описание - это фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных в наблюдении. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр, принимая тем самым форму, удоб­ную для дальнейшей рациональной обработки. Последнее необходимо для фиксирования тех свойств, сторон изучаемого объекта, которые составляют предмет исследования. Описания результатов наблюдений образуют эмпири­ческий базис науки, опираясь на который исследователи создают эмпириче­ские обобщения, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным парамет­рам, проводят классификацию их по каким-то свойствам, характеристикам, выясняют последовательность этапов их становления и развития.

Почти каждая наука проходит указанную первоначальную, «описа­тельную» стадию развития. При этом, как подчеркивается в одной из работ, касающихся этого вопроса, «основные требования, которые предъявляются к научному описанию, направлены на то, чтобы оно было возможно более полным, точным и объективным. Описание должно давать достоверную и адекватную картину самого объекта, точно отображать изучаемые явления. Важно, чтобы понятия, используемые для описания, всегда имели четкий и однозначный смысл. При развитии науки, изменении ее основ преобразуются средства описания, часто создается новая система понятий».

При наблюдении отсутствует деятельность, направленная на преобра­зование, изменение объектов познания. Это обусловливается рядом обстоя­тельств: недоступностью этих объектов для практического воздействия (на­пример, наблюдение удаленных космических объектов), нежелательностью, исходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс (фе­нологические, психологические и др. наблюдения), отсутствием технических, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки эксперимен­тальных исследований объектов познания.

По способу проведения наблюдения могут быть непосредственными и опосредованными.

При непосредственных наблюдениях те или иные свойства, стороны объекта отражаются, воспринимаются органами чувств человека. Такого ро­да наблюдения дали немало полезного в истории науки. Известно, например, что наблюдения положения планет и звезд на небе, проводившиеся в течение более двадцати лет Тихо Браге с непревзойденной для невооруженного глаза точностью, явились эмпирической основой для открытия Кеплером его зна­менитых законов.

Хотя непосредственное наблюдение продолжает играть немаловажную роль в современной науке, однако чаще всего научное наблюдение бывает опосредованным, т. е. проводится с использованием тех или иных техниче­ских средств. Появление и развитие таких средств во многом определило то громадное расширение возможностей метода наблюдений, которое произош­ло за последние четыре столетия.

Если, например, до начала XVII в. астрономы наблюдали за небесными телами невооруженным глазом, то изобретение Галилеем в 1608 году опти­ческого телескопа подняло астрономические наблюдения на новую, гораздо более высокую ступень. А создание в наши дни рентгеновских телескопов и вывод их в космическое пространство на борту орбитальной станции (рент­геновские телескопы могут работать только за пределами земной атмосферы) позволило проводить наблюдения за такими объектами Вселенной (пульса­ры, квазары), которые никаким другим путем изучать было бы невозможно.

Развитие современного естествознания связано с повышением роли так называемых косвенных наблюдений. Так, объекты и явления, изучаемые ядерной физикой, не могут прямо наблюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помощью самых совершенных приборов. Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью камеры Вильсона эти частицы воспринимаются исследователем косвенно — по таким видимым их прояв­лениям, как образование треков, состоящих из множества капелек жидкости.

При этом любые научные наблюдения, хотя они опираются в первую очередь на работу органов чувств, требуют в то же время участия и теорети­ческого мышления. Исследователь, опираясь на свои знания, опыт, должен осознать чувственные восприятия и выразить их (описать) либо в понятиях обычного языка, либо — более строго и сокращенно — в определенных на­учных терминах, в каких-то графиках, таблицах, рисунках и т. п. Например, подчеркивая роль теории в процессе косвенных наблюдений, А. Эйнштейн в разговоре с В. Гейзенбергом заметил: «Можно ли наблюдать данное явление или нет — зависит от вашей теории. Именно теория должна установить, что можно наблюдать, а что нельзя».

Наблюдения могут нередко играть важную эвристическую роль в на­учном познании. В процессе наблюдений могут быть открыты совершенно новые явления, позволяющие обосновать ту или иную научную гипотезу.

Из всего вышесказанного следует, что наблюдение является весьма важным методом эмпирического познания, обеспечивающим сбор обширной информации об окружающем мире. Как показывает история науки, при пра­вильном использовании этого метода он оказывается весьма плодотворным.

Эксперимент.Эксперимент - более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать исследуемый объект, создавать искусственные условия его изучения, вмешиваться в естественное течение процессов.

В общей структуре научного исследования эксперимент занимает осо­бое место. С одной стороны, именно эксперимент является связующим зве­ном между теоретическим и эмпирическим этапами и уровнями научного ис­следования. По своему замыслу эксперимент всегда опосредован предвари­тельным теоретическим знанием: он задумывается на основании соответст­вующих теоретических знаний и его целью зачастую является подтверждение или опровержение научной теории или гипотезы. Сами результаты эксперимента нуждаются в определенной теоретической интерпретации. Вместе с тем метод эксперимента по характеру используемых познавательных средств принадлежит к эмпирическому этапу познания. Итогом экспериментального исследования прежде всего является достижение актуального знания и установление эмпирических закономерностей.

Экспериментально ориентированные ученые утверждают, что умно продуманный и «хитро», мастерски поставленный эксперимент выше теории: теория может быть напрочь опровергнута, а достоверно добытый опыт - нет!

Эксперимент включает в себя другие методы эмпирического исследо­вания (наблюдения, измерения). В то же время он обладает рядом важных, присущих только ему особенностей.

Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» ви­де, т. е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования.

Во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть поставлен в неко­торые искусственные, в частности, экстремальные условия, т. е. изучаться при сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, на­оборот, в вакууме, при огромных напряженностях электромагнитного поля и т. п. В таких искусственно созданных условиях удается обнаружить удиви­тельные порой неожиданные свойства объектов и тем самым глубже пости­гать их сущность.

В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмеши­ваться в него, активно влиять на его протекание. Как отмечал академик И. П. Павлов, «опыт как бы берет явления в свои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных, упрощенных комбинациях опреде­ляет истинную связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет».

В-четвертых, важным достоинством многих экспериментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента, а соответст­венно и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результа­тов.

Подготовка и проведение эксперимента требуют соблюдения ряда ус­ловий. Так, научный эксперимент:

-никогда не ставится наобум, он предполагает наличие четко сфор­мулированной цели исследования;

- не делается «вслепую», он всегда базируется на каких-то исходных теоретических положениях. Без идеи в голове, говорил И.П. Павлов, вообще не увидишь факта;

- не проводится беспланово, хаотически, предварительно ис­следователь намечает пути его проведения;

- требует определенного уровня развития технических средств позна­ния, необходимого для его реализации;

- должен проводиться людьми, имеющими достаточно высокую ква­лификацию.

Только совокупность всех этих условий определяет успех в экспери­ментальных исследованиях.

В зависимости от характера проблем, решаемых в ходе экспериментов, последние обычно подразделяются на исследовательские и проверочные.

Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у объекта новые, неизвестные свойства. Результатом такого эксперимента мо­гут быть выводы, не вытекающие из имевшихся знаний об объекте исследо­вания. Примером могут служить эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда, которые привели к обнаружению ядра атома, а тем самым и к рождению ядерной физики.

Проверочные эксперименты служат для проверки, подтверждения тех или иных теоретических построений. Так, существование целого ряда эле­ментарных частиц (позитрона, нейтрино и др.) было вначале предсказано теоретически, и лишь позднее они были обнаружены экспериментальным пу­тем.

Исходя из методики проведения и получаемых результатов, экспери­менты можно разделить на качественные и количественные. Качественные эксперименты носят поисковый характер и не приводят к получению каких-либо количественных соотношений. Они позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление. Количественные эксперимен­ты направлены на установление точных количественных зависимостей в ис­следуемом явлении. В реальной практике экспериментального исследования оба указанных типа экспериментов реализуются, как правило, в виде после­довательных этапов развития познания.

Как известно, связь между электрическими и магнитными явлениями была впервые открыта датским физиком Эрстедом в результате чисто качественного эксперимента (поместив магнитную стрелку компаса рядом с про­водником, через который пропускался электрический ток, он обнаружил, что стрелка отклоняется от первоначального положения). После опубликования Эрстедом своего открытия последовали количественные эксперименты французских ученых Био и Савара, а также опыты Ампера, на основе кото­рых была выведена соответствующая математическая формула.

Все эти качественные и количественные эмпирические исследования заложили основы учения об электромагнетизме.

В зависимости от области научного знания, в которой используется экспериментальный метод исследования, различают естественнонаучный, прикладной (в технических науках, сельскохозяйственной науке и т. д.) и со­циально-экономический эксперименты.

Измерение и сравнение. Большинство научных экспериментов и наблюдений включает в себя проведение разнообразных измерений. Измерение - это процесс, заключающийся в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта, явления с помощью специальных технических устройств.

Огромное значение измерений для науки отмечали многие видные уче­ные. Например, Д. И. Менделеев подчеркивал, что «наука начинается с тех пор, как начинают измерять». А известный английский физик В. Томсон (Кельвин) указывал на то, что «каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

В основе операции измерения лежит сравнение объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам. Чтобы осуществить такое сравнение, не­обходимо иметь определенные единицы измерения, наличие которых дает возможность выразить изучаемые свойства со стороны их количественных характеристик. В свою очередь, это позволяет широко использовать в науке математические средства и создает предпосылки для математического выра­жения эмпирических зависимостей. Сравнение используется не только в свя­зи с измерением. В науке сравнение выступает как сравнительный или срав­нительно-исторический метод. Первоначально возникший в филологии, ли­тературоведении, он затем стал успешно применяться в правоведении, со­циологии, истории, биологии, психологии, истории религии, этнографии и других областях знания. Возникли целые отрасли знания, пользующиеся этим методом: сравнительная анатомия, сравнительная физиология, сравни­тельная психология и т.п. Так, в сравнительной психологии изучение психи­ки осуществляется на основе сравнения психики взрослого человека с разви­тием психики у ребенка, а также животных. В ходе научного сравнения со­поставляются не произвольно выбранные свойства и связи, а существенные.

Важной стороной процесса измерения является методика его прове­дения. Она представляет собой совокупность приемов, использующих опре­деленные принципы и средства измерений. Под принципами измерений в данном случае имеются в виду какие-то явления, которые положены в основу измерений (например, измерение температуры с использованием термоэлек­трического эффекта).

Существует несколько видов измерений. Исходя из характера зависи­мости измеряемой величины от времени, измерения разделяют на статиче­ские и динамические. При статических измерениях величина, которую мы измеряем, остается постоянной во времени (измерение размеров тел, посто­янного давления и т. п.). К динамическим относятся такие измерения, в про­цессе которых измеряемая величина меняется во времени (измерение вибра­ции, пульсирующих давлений и т. п.).

По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные. В прямых измерениях искомое значение измеряемой величины получается путем непосредственного сравнения ее с эталоном или выдается измерительным прибором. При косвенном измерении искомую величину оп­ределяют на основании известной математической зависимости между этой величиной и другими величинами, получаемыми путем прямых измерений (например, нахождение удельного электрического сопротивления проводни­ка по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения). Косвен­ные измерения широко используются в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда пря­мое измерение дает менее точный результат.

С прогрессом науки продвигается вперед и измерительная техника. На­ряду с совершенствованием существующих измерительных приборов, рабо­тающих на основе традиционных утвердившихся принципов (замена мате­риалов, из которых сделаны детали прибора, внесение в его конструкцию отдельных изменений и т. д.), происходит переход на принципиально новые конструкции измерительных устройств, обусловленные новыми теоретиче­скими предпосылками. В последнем случае создаются приборы, в которых находят реализацию новые научные, достижения. Так, например, развитие квантовой физики существенно повысило возможности измерений с высокой степенью точности. Использование эффекта Месс Бауэра позволяет создать прибор с разрешающей способностью порядка 10¹³ % измеряемой величины.

Хорошо развитое измерительное приборостроение, разнообразие мето­дов и высокие характеристики средств измерения способствуют прогрессу в научных исследованиях. В свою очередь, решение научных проблем, как уже отмечалось выше, часто открывает новые пути совершенствования самих из­мерений.