I введение__________________

Естествознание, будучи сложнейшей совокупностью наук о природе, выработало в процессе своей длительной эволюции такие способы, методы и приемы познания, ко­торые, несомненно, могут служить и служат эталонными нормами не только для всякой науки, но и приобретают об­щекультурное значение. Ныне рациональная естественно­научная методология познания проникает в социальную и гуманитарную сферы, оказывает заметное воздействие на психологию, философию, искусство.

Поэтому концептуальный подход к достижениям совре­менного естествознания предполагает не просто краткую экскурсию по основным его разделам, но и осознание ми­ровоззренческого и методологического значения тех или иных естественнонаучных принципов и теорий в контекс­те современной культуры. Соответственно, курс «Концеп­ций современного естествознания» представляет собой не просто совокупность избранных глав традиционных разде­лов физики, химии, биологии, географии, экологии, но яв­ляется результатом междисциплинарного синтеза комп­лексного культурологического, философского и эволюцион-но-синергетического подходов к современному естество­знанию.

Авторы данного учебного пособия ставили перед собой задачу как познакомить студентов с историей естествозна­ния и его основными современными концепциями, так и показать роль тех культурно-исторических условий, в рам­ках которых они формируются.

Почти на всем протяжении XX века наблюдается про­тивостояние двух сфер познания — естественнонаучной и социогуманитарной. Очень четко эту ситуацию зафиксиро­вал известный английский писатель и ученый Чарлз Сноу, выступивший в 1959 году в Кембриджском университете с программной лекцией «Две культуры и научная револю-

ция». Он показал, что между традиционной гуманитарной культурой европейского Запада и «научной культурой», выросшей на основе развития естествознания и техники, возникает и углубляется существенный разрыв, если не сказать, пропасть.

Ч. Сноу размышляет о двух полюсах культуры. На одном из них — культура, созданная наукой, естествозна­нием. Прежде всего — это современная научная модель физического мира, которая по сложности, емкости, интел­лектуальной глубине является удивительным творением коллективных усилий человеческого разума. Но предста­вители другого полюса — социогуманитарной культуры — не имеют, как правило, ни малейшего представления об этом творении. В гуманитарном сообществе не приемлют упрощений, идеализаций, забывая, что построение идеаль­ных моделей — одно из условий плодотворного теоретиче­ского мышления. В свою очередь, многие социогуманитар-ные ценности остаются неизвестными для большинства ес­тествоиспытателей. Физики часто проявляют односто­ронность в оценках возможностей обществоведов и гума­нитариев строить научные предсказания, не учитывая, что исследователи социальных явлений имеют дело с открыты­ми системами, где логика предсказаний иная, чем тогда, когда имеют дело с идеализированными моделями замкну­тых систем.

Такая поляризация культуры, несомненно, наносит ущерб всему — науке, искусству, обществу, человечеству.

Однако к концу XX столетия появились серьезные пред­посылки для преодоления подобного противостояния. Само по себе сопоставление различных научных дисциплин — это всегда обмен опытом и перенос его из одной области познания в другую, это одна из возможных точек роста научного знания. Именно поэтому методологическое сопо­ставление гуманитарных и естественных наук часто при­носит новое, дает замечательные научные результаты. Можно вспомнить о том, что статистические методы, кото­рые имеют такое важное значение в современной физике, зародились в трудах социологов-экономистов У. Петти и Дж. Граунта.

Междисциплинарный подход становится все более зна­чимым для нынешнего развития социального знания. Идет

процесс формирования единой науки о человеке, обществе, государстве, природе и жизни. При этом и социальное, и ес­тественнонаучное понимание имеет единые исходные цели (достичь истинного знания). С другой стороны, сейчас науко­веды насчитывают около двух тысяч научных дисциплин, и формирование все новых отраслей науки продолжается (био­ника, семиотика, прогностика, квалиметрия и т. д.). Оказыва­ется, что естественная дифференциация (дробление) науки необходимо дополняется противодействующей тенденцией — ее интеграцией, стремлением к единству научного знания, к активному взаимодействию различных наук.

Объективную основу интеграции знания составляет единство материального мира, принципиальная общность основных свойств материи и законов ее развития на всех структурных уровнях организации и во всех формах дви­жения. Интегративные тенденции в науке начинают про­являться уже во второй половине XIX века. Но с особой силой они обнаруживаются в наше время, когда могучим стимулятором, своеобразным ускорителем процессов интег­рации в познании становится научно-технический прогресс. Он позволил гораздо сильнее, чем раньше, ощутить всю глубину и разносторонность связей человека и окружаю­щей среды, общества и природы.

Среди выделяющихся в последние десятилетия новых отраслей знания значительное число уже по своей приро­де носит синтетический, интегративный характер (астрофи­зика, математическая лингвистика, инженерная психология, космическая медицина, техническая эстетика и др.). Дру­гой чертой интеграции в современной науке является из­менение самого характера синтеза научного знания. Можно обозначить такие варианты синтеза знания в науке, как интеграция в рамках одной научной дисциплины; синтез в пределах дисциплин, не входящих в один и тот же комп­лекс наук (например, естествознание, обществоведение или технические науки); наконец, синтез, выходящий за рамки любого такого комплекса, объединяющий знания несколь­ких или даже многих областей. Именно последний вари­ант намечает и представляет собой путь не только к еди­ной науке, но и путь к другой культуре.

Интереснейшим примером такого синтеза становится в последние годы синергетика. Возникнув как физическая

теория (в термодинамике), она сейчас дает возможность по-новому взглянуть на классические, традиционные пробле­мы познания истории и законов жизни общества. Будучи изучением законов коэволюции (совместного развития) сложных систем, она в самой своей сути содержит необхо­димость выработать понимание взаимодействия и создать условия для сосуществования самых различных форм зна­ния. Этот новый взгляд на мир открывает нам колоссаль­ную избирательность сложных форм (будь то молекула, живое существо, общество и т. д.). Сложное, как оказыва­ется, существует в очень узком диапазоне условий. Причем в закрытых системах хаос побеждает, но мир — это сис­тема открытия.

Синергетика может успешно служить для моделирова­ния многих процессов социальной жизни — демографиче­ских, геополитических, социально-экономических и др. Данная научная теория позволяет и даже заставляет по-новому оценивать необходимость и действующие тенденции к интеграции естественнонаучного и социогуманитарного познания.

Авторы надеются, что знакомство с историей науки и важнейшими концепциями современного естествознания помогут читателю объективно сориентироваться в много­образии предлагающихся ныне обществом ценностей ми­ровоззренческого, социально-политического, нравственно-экологического, эстетического характера.

Раздел IНАУЧНЫЙ МЕТОД

I

Понятия метода и методологии. Классификация методов научного познания

Понятие «метод» (от греч. «методос» — путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практиче­ского и теоретического освоения действительности.

Метод вооружает человека системой принципов, требо­ваний, правил, руководствуясь которыми он может достичь намеченной цели. Владение методом означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание на практике.

Учение о методе начало развиваться еще в науке Но­вого времени. Ее представители считали правильный ме­тод ориентиром в движении к надежному, истинному зна­нию. Так, видный философ XVII века Ф. Бэкон сравнивал метод познания с фонарем, освещающим дорогу путнику, иду­щему в темноте.

Существует целая область знания, которая специально занимается изучением методов и которую принято имено­вать методологией. Методология дословно означает «уче­ние о методах» (ибо происходит этот термин от двух гре­ческих слов: «методос» — метод и «логос» — учение). Изучая закономерности человеческой познавательной дея­тельности, методология вырабатывает на этой основе методы ее осуществления. Важнейшей задачей методологии явля­ется изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т. е. по широте применимости в про­цессе научного исследования.

Всеобщих методов в истории познания известно два: диалектический и метафизический. Это общефилософские методы. Метафизический метод с середины XIX века начал все больше и больше вытесняться из естествознания диа­лектическим методом.

Вторую группу методов познания составляют общенауч­ные методы, которые используются в самых различных об­ластях науки, т. е. имеют весьма широкий междисциплинар­ный спектр применения. Классификация общенаучных мето­дов тесно связана с понятием уровней научного познания.

Различают два уровня научного познания: эмпириче­ский и теоретический. Одни общенаучные методы приме­няются только на эмпирическом уровне (наблюдение, экс­перимент, измерение), другие — только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, мо­делирование) — как на эмпирическом, так и на теоретиче­ском уровнях.

Эмпирический уровень научного познания характеризу­ется непосредственным исследованием реально существую­щих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уров­не осуществляется процесс накопления информации об ис­следуемых объектах, явлениях путем проведения наб­людений, выполнения разнообразных измерений, постанов­ки экспериментов. Здесь производится также первичная си­стематизация получаемых фактических данных в виде таб­лиц, схем, графиков и т. п. Кроме того, уже на втором уров­не научного познания — как следствие обобщения научных фактов — возможно формулирование некоторых эмпири­ческих закономерностей.

Теоретический уровень научного исследования осуще­ствляется на рациональной (логической) ступени позна­ния. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень — более высокая ступень в научном познании. Результатами теоретического познания становятся гипоте­зы, теории, законы.

Выделяя в научном исследовании указанные два раз­личных уровня, не следует, однако, их отрывать друг от дру­га и противопоставлять. Ведь эмпирический и теоретиче­ский уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпи-

рический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического осмысления научных фактов, статистиче­ских данных, получаемых на эмпирическом уровне. К тому же теоретическое мышление неизбежно опирается на чув­ственно-наглядные образы (в том числе схемы, графики и т. п.), с которыми имеет дело эмпирический уровень иссле­дования.

В свою очередь, эмпирический уровень научного позна­ния не может существовать без достижений теоретического уровня. Эмпирическое исследование обычно опирается на определенную теоретическую конструкцию, которая опреде­ляет направление этого исследования, обусловливает и обо­сновывает применяемые при этом методы.

К третьей группе методов научного познания относят­ся методы, используемые только в рамках исследований ка­кой-то конкретной науки или какого-то конкретного яв­ления. Такие методы именуются частнонаучными. Каждая частная наука (биология, химия, геология и т. д.) имеет свои специфические методы исследования.

При этом частнонаучные методы, как правило, содержат в различных сочетаниях те или иные общенаучные мето­ды познания. В частнонаучных методах могут присутство­вать наблюдения, измерения, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т. д. Характер их сочетания и использо­вания находится в зависимости от условий исследования, природы изучаемых объектов. Таким образом, частнонауч­ные методы не оторваны от общенаучных. Они тесно свя­заны с ними, включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конк­ретной области объективного мира.

Частнонаучные методы связаны и со всеобщим диалек­тическим методом, который как бы преломляется через них. Например, всеобщий диалектический принцип разви­тия проявился в биологии в виде открытого Ч. Дарвином естественно-исторического закона эволюции животных и растительных видов.

К сказанному остается добавить, что любой метод сам по себе еще не предопределяет успеха в познании тех или иных сторон материальной действительности. Важно еще умение правильно применять научный метод в процессе познания.

Общенаучные методы эмпирического познания

1.1. Научное наблюдение

Наблюдение есть чувственное (преимущественно — ви­зуальное) отражение предметов и явлений внешнего мира. 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, свя­
занных с этой задачей);

- планомерностью (наблюдение должно проводиться стро­
го по плану, составленному исходя из задачи исследо­
вания);

- активностью (исследователь должен активно искать,
выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явле­
нии, привлекая для этого свои знания и опыт, исполь­
зуя различные технические средства наблюдения).
Научные наблюдения всегда сопровождаются описани­
ем объекта познания. Последнее необходимо для фикси­
рования тех свойств, сторон изучаемого объекта, которые
составляют предмет исследования. Описания результатов
наблюдений образуют эмпирический базис науки, опираясь
на который исследователи создают эмпирические обобще­
ния, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным па­
раметрам, проводят классификацию их по каким-то свой­
ствам, характеристикам, выясняют последовательность эта­
пов их становления и развития.

Почти каждая наука проходит указанную первоначаль­ную, «описательную» стадию развития. При этом, 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 однознач-

ный смысл. При развитии науки, изменении ее основ пре­образуются средства описания, часто создается новая сис­тема понятий.

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.

В настоящее время непосредственное визуальное на­блюдение широко используется в космических исследова­ниях как важный (а иногда и незаменимый) метод науч­ного познания. Визуальные наблюдения с борта пилотируе­мой орбитальной станции — наиболее простой и весьма эффективный метод исследования из космоса параметров атмосферы, поверхности суши и океана.

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 века 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) позволи­ли проводить наблюдения за такими объектами Вселенной (пульсары, квазары), которые никаким другим путем изу­чать было бы невозможно.

Подобно развитию технических средств дальних наблю­дений, создание в XVII веке оптического микроскопа, а

много позднее, уже в XX веке, и электронного микроскопа позволило исследователям наблюдать удивительный мир микрообъектов, микроявлений.

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. То, что ученые наблюдают в процессе эмпирических исследований в атомной физике, — это не сами микрообъекты, а только результаты их воздействия на определенные технические средства исследования. 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.

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.

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. Приве­дем лишь один пример из области истории космических исследований. Участники длительных экспедиций в космос на орбитальной станции «Салют-6» вели наблюдения Ми­рового океана, ибо над ним и даже в его глубинах форми­руется погода планеты. В результате этих наблюдений были обнаружены так называемые синоптические вихри. Последние представляют собой специфические образования в океане, размеры и цвет которых бывают различными. Некоторые из них имеют зеленоватую окраску, что харак­теризует подъем глубинных вод к поверхности, другие от­личаются голубой окраской — здесь вода с поверхности уходит в глубину. Эти наблюдения позволили подтвердить гипотезу академика Г.И. Марчука, согласно которой в

Мировом океане есть энергоактивные зоны, являющиеся своеобразными «генераторами погоды». Именно над таки­ми аномалиями и начинается формирование циклонов.

Для получения каких-то выводов об исследуемом яв­лении, для обнаружения чего-то существенного в нем за­частую требуется проведение весьма большого количества наблюдений. Например, для получения даже краткосрочно­го прогноза погоды необходимо проводить огромное число наблюдений за различными метеорологическими парамет­рами атмосферы. Такие наблюдения в современном мире осуществляют свыше 10 тысяч метеорологических станций, получающих необходимые данные в районе земной поверх­ности, и около 800 станций радиозондирования, собираю­щих данные во всей толще атмосферы. К этому надо до­бавить метеорологическую информацию, которая является результатом наблюдений, проводимых с оснащенных спе­циальной аппаратурой морских судов и самолетов, беспи­лотных метеорологических спутников Земли и пилотируе­мых орбитальных станций. Весь этот обширный комплекс технических средств обеспечивает глобальные наблюдения за состоянием атмосферы, поверхности суши и океана с целью изучения тех физических процессов, которые опре­деляют аномалии погоды на нашей планете.

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 его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать иссле­дуемый объект, создавать искусственные условия его изу­чения, вмешиваться в естественное течение процессов.

Эксперимент включает в себя другие методы эмпириче­ского исследования (наблюдение, измерение). В то же вре-

мя 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. Например, проведение некоторых экспериментов требует специально оборудованных помещений, защищенных (экра­нированных) от внешних электромагнитных воздействий на изучаемый объект.

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. Очень интересными и многообещающими являются в этом плане космические эксперименты, позво­ляющие изучать объекты, явления в таких особых, необыч­ных условиях (невесомость, глубокий вакуум), которые не­достижимы в земных лабораториях.

В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его проте­кание. Как отмечал академик И.П. Павлов «наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет»¹.

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.

В истории науки известен, например, такой случай. Американский физик Шэнкланд, изучавший соударения фотонов с электронами, пришел к выводу о невыполнении закона сохранения энергии в элементарном акте соударе­ния. Эти эксперименты вызвали сенсацию. Но ряд круп­ных физиков отнеслись к ним скептически. Тогда Шэнк­ланд решил повторить свои эксперименты. Пытаясь вос­произвести свои прежние результаты, он нашел ошибку в методике экспериментирования. Выявилось, что при пра-

вильной постановке эксперимента закон сохранения энер­гии соблюдается и в указанном элементарном акте соуда­рения. Так, благодаря воспроизводимости эксперименталь­ных исследований, вторая работа Шэнкланда опровергла первую.

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

—никогда не ставится «наобум», он предполагает нали­
чие четко сформулированной цели исследования;

—не делается «вслепую», он всегда базируется на каких-
то исходных теоретических положениях;

—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, в ходе которых обнаружилось странное поведение альфа-частиц при бомбардировке ими золотой фольги: большинство частиц проходило сквозь фольгу, небольшое количество частиц отклонялось и рас­сеивалось, а некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали обратно, как мяч от сетки. Такая эксперимен­тальная картина, согласно расчетам, получалась в силу того, что вся масса атома сосредоточена в ядре, занимаю­щем ничтожную часть его объема (отскакивали обратно альфа-частицы, соударявшиеся с ядром). Так, исследова­тельский эксперимент, проведенный Резерфордом и его со­трудниками, привел 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 впервые была 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, в сельскохозяйственной науке и т. д.) и социаль­но-экономический эксперименты.

В конце XIX века, например, два видных ученых Г. Герц и А. С. Попов занимались экспериментальным изучением электромагнитных колебаний. Но Герц ставил перед собой лишь задачу экспериментальной проверки теоретических построений Максвелла. Практическое применение электро­магнитных колебаний его не интересовало. Поэтому экс­перименты Герца, в ходе которых были получены электро­магнитные волны, предсказанные теорией Максвелла, сле-

дует рассматривать как естественнонаучные. Что же каса­ется экспериментов А.С. Попова, то они имели четкую практическую направленность (как практически использо­вать «волны Герца»?) и были экспериментами в области зарождающейся прикладной науки — радиотехники. Бо­лее того, Герц вообще не верил в возможность практиче­ского применения электромагнитных волн, не видел ника­кой связи между своими экспериментами и нуждами прак­тики. Узнав о попытках практического использования электромагнитных волн, Герц даже написал в Дрезденскую палату коммерции, что исследования в этом направлении нужно запретить как бесполезные.

Завершая рассмотрение экспериментального метода ис­следования, следует упомянуть об очень важной проблеме планирования эксперимента. Еще в первой половине ны­нешнего столетия все экспериментальные исследования сводились к проведению так называемого однофакторного эксперимента, когда изменялся какой-то один фактор ис­следуемого процесса, а все остальные оставались неизмен­ными. Но развитие науки настойчиво требовало исследо­вания процессов, зависящих от множества меняющихся факторов. Использование в этом случае методики одно­факторного эксперимента было бессмысленным, ибо требо­вало выполнения астрономического количества опытов.

В начале 20-х годов XX столетия английский статис­тик Р. Фишер впервые разработал и доказал целесообраз­ность метода одновременного варьирования всех факторов, влияющих на результаты экспериментальных исследова­ний в области прикладных наук. Но лишь через три де­сятилетия эта работа Фишера нашла практическое при­менение. В 1951 году Бокс и Уилсон разработали метод, по которому исследователь должен ставить последова­тельные небольшие серии опытов, варьируя в каждой из этих серий по определенным правилам все факторы. При­чем организуются указанные серии таким образом, чтобы после математической обработки предыдущей можно было бы выбрать (спланировать) условия проведения следующей серии, что в конечном итоге позволит выйти в область оп­тимума.

После упомянутой работы Бокса и Уилсона появился целый ряд работ на эту же тему, в которых предлагались и другие методики. Достигнутые успехи в теоретической

разработке и практическом применении планирования экс­перимента в научных исследованиях привели к появле­нию новой дисциплины — математической теории экс­перимента. Эта теория направлена на решение задачи по­лучения достоверного результата экспериментального исследования с минимальными затратами труда, времени и средств. В итоге достигается оптимизация работы экспе­риментатора при одновременном обеспечении высокого ка­чества экспериментальных исследований. А «высокое ка­чество эксперимента, — как подчеркивал академик П.Л. Ка­пица, — является необходимым условием здорового разви­тия науки»².

Измерение

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»³.

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).

Результат измерения получается в виде некоторого чис­ла единиц измерения. Единица измерения — это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или явления (эталону присваивается числовое значение «I»), Существует множество единиц измерения, соответствующее множеству объектов, явлений, их свойств, сторон, связей, которые приходится измерять в процессе научного позна­ния. При этом единицы измерения подразделяются на ос-

новные, выбираемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из других еди­ниц с помощью каких-то математических соотношений.

Методика построения системы единиц как совокупнос­ти основных и производных была впервые предложена в 1832 году К. Гауссом. Он построил систему единиц, в ко­торой за основу были приняты три произвольные, незави­симые друг от друга основные единицы — длины (милли­метр), массы (миллиграмм) и времени (секунда). Все осталь­ные (производные) единицы можно было определить с помощью этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гаус­сом. Они базировались на метрической системе мер, но от­личались друг от друга основными единицами.

Кроме того, в физике появились так называемые есте­ственные системы единиц. Их основные единицы опреде­лялись из законов природы (это исключало произвол че­ловека при построении указанных систем). Примером мо­жет служить «естественная» система физических единиц, предложенная в свое время Максом Планком. В ее осно­ву были положены «мировые постоянные»: скорость све­та в пустоте, постоянная тяготения, постоянная Больцма-на и постоянная Планка. Исходя из них и приравняв их к «I», Планк получил ряд производных единиц (длины, массы, времени и температуры).

Основное значение подобных «естественных» систем единиц (к ним относятся также система атомных единиц Хартри и некоторые другие) состоит в существенном уп­рощении вида отдельных уравнений физики. Однако раз­меры единиц таких систем делают их малоудобными для практики. Кроме того, точность измерения основных еди­ниц подобных систем, необходимая для установления всех производных единиц, еще далеко не достаточна. В силу указанных причин предложенные до сих пор «естествен­ные» системы единиц не могут в настоящее время найти применения при решении вопроса об унификации единиц измерения.

Вопрос об обеспечении единообразия в измерении вели­чин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда был очень важным. Отсутствие такого едино­образия порождало существенные трудности для научного

познания. Например, до 1880 года включительно не суще­ствовало единства в измерении электрических величин: использовалось 15 различных единиц электрического со­противления, 8 единиц электродвижущей силы, 5 единиц электрического тока и т. д. Сложившееся положение силь­но затрудняло сопоставление результатов измерений и рас­четов, выполненных различными исследователями. Остро ощущалась необходимость введения единой системы элект­рических единиц. Такая система была принята первым международным конгрессом по электричеству, состоявшим­ся в 1881 году.