Эксперимент
Эксперимент - метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменяет условия,- в которых происходит этот процесс. Эксперимент значительно сложнее наблюдения. Для проведения эксперимента необходимо не только установить физическую связь объекта с наблюдением, но и подготовить особые контролируемые средства воздействия на состояние объекта, разрешающие выявить его скрытые свойства и связи. Из колоссального разнообразия экспериментальных средств можно выделить следующие основные виды:
а) приготовляющие устройства (источники света или электрического тока, генераторы элементарных частиц или волн и т.п.);
б) изолирующие устройства (вакуумные насосы и приборы, защитные экраны и т.п.);
в) устройства, непосредственно воздействующие на объект (преломляющие среды, призмы для света, дифракционные решетки, щели, магнитные поля и т.д.);
г) средства усиления и преобразования (микроскопы, ускорители частиц и т.п.);
д) регистрирующие и измеряющие устройства (гальванометры, счетчики, самозаписывающие устройства, эмульсионные пластины и др.), фиксирующие конечные результаты эксперимента в форме, непосредственно доступной нашим органам чувств 1. Приведенное расчленение экспериментальных средств не является абсолютным, так как часто бывает трудно отнести прибор или инструмент только к одной из перечисленных групп. Но как бы ни различалась в эксперименте роль тех или иных экспериментальных устройств или приборов, их основное назначение состоит в том, чтобы служить проводником воздействий человека на изучаемый предмет.
Функции эксперимента в научном исследовании. В обычных условиях процессы в природе крайне сложны и запутаны, не поддаются точному контролю и управлению. Поэтому и возникает задача организации такого их исследования, при котором можно было бы проследить ход процессов в «чистом» виде. В этих целях в эксперименте отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. Хотя такое упрощение и отдаляет нас от действительности, но в конечном итоге оно способствует более глубокому пониманию явлений и дает возможность контролировать немногие существенные для данного процесса факторы и
1.См.: Штофф В.Д. Введение в методологию научного познания. Л.,1972. С. 67.
величины.
В этом смысле эксперимент напоминает абстрагирование, хотя в сравнении с возможностями мысленного отвлечения возможности фактической изоляции явлений в условиях эксперимента
представляются более скромными.
Кроме того, в реальной практике научного исследования абстрагирование всегда предшествует эксперименту.
"К числу важнейших проблем, которые требуют привлечения экспериментального метода, относится, прежде всего, опытная проверка гипотез и теорий. Это самая известная и наиболее существенная функция эксперимента в научном исследовании, которая служит показателем зрелости самого метода. Ни в античности, ни в средние века не было эксперимента в точном смысле этого слова, так как там целью опытов скорее был сбор данных, чем проверка идеи" 1. "Не менее ценную роль эксперимент играет при формировании новых гипотез и теоретических представлений. Эвристическая функция эксперимента при создании гипотез состоит в том, чтобы использовать опыт для уточнения и исправления первоначальных допущений и догадок. В то время как при проверке исследователь располагает готовой гипотезой и стремится с помощью эксперимента либо подтвердить, либо опровергнуть её, при выдвижении обоснования новых гипотез ему часто не хватает дополнительной эмпирической информации. Поэтому он вынужден обращаться к эксперименту, в том числе к модельному и мысленному, чтобы откорректировать свои первоначальные допущения» 2.
Какой бы эксперимент, однако, ни осуществлялся, он всегда служит лишь определенным звеном в общей цепи научного исследования. Поэтому его нельзя рассматривать как самоцель и тем более противопоставлять теории. План проведения эксперимента, интерпретация его результатов требуют обращения к теории. Без теории и ее руководящих идей невозможно никакое научное экспериментирование.
Может показаться, что такое подчеркивание значения теории для эксперимента и для эмпирического познания вообще противоречит известному тезису В.И.Ленина о движении познания от живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике. Oднaкo этот тезис даёт общую историческую картину процесса, выясняет генетическую связь между эмпирической и рациональной ступенями познания. Бесспорно, что теоретические представления всегда основываются на каких-то эмпирических данных или фактах. В конечном счете, все знание опирается на опыт, эксперимент, практику. Однако само эмпирическое познание, особенно в науке, отталкивается от существующих теоретических представлений.
1. Рузавин Г.И. Методы научного исследования. М., 1984. С. 81.
2. Рузавин Г.И. Методы научного исследования. М., 1984. С. 81-82
Основные этапы в развитии эксперимента. Виды эксперимента. Единой классификации экспериментов, где были бы соблюдены все требования к классификации, например, единство основания, не существует. Однако выделено и описано множество типов и видов экспериментов. Назовём основные из них. По характеру исследуемого объекта различают физические, биологические, психологические, социологические и т.п. экспериметы. По основной цели различают проверочные (их цель - эмпирическая проверка той или иной гипотезы или теории) и поисковые (цель которых - собрать необходимую эмпирическую информацию для построения или уточнения некоторой догадки или гипотезы).
Если объектом изучения служит непосредственно реальной, существующий предмет или процесс, эксперимент называют прямым. Если вместо самого предмета используется некоторая его модель (макет, уменьшенная копия и т.п.), то эксперимент называют модельным.
Результаты, полученные при исследовании моделей (например, испытание моделей самолетов, турбин, плотин, проверка лекарства на подопытных животных и т.п.), в дальнейшем экстраполируются на сами предметы. B последнее время широкое распространение получили эксперименты c использованием ЭВМ. Это особенно важно в тех случаях, когда реальные системы не допускают ни прямого экспериментирования, ни экспериментирования c помощью материальных моделей. На ЭВМ "проигрываются" различные ситуации благодаря построению математической модели исследуемой системы.
По методу и результату различают качественные и количественные эксперименты. Как правило, качественные эксперименты предпринимаются для того, чтобы выявить действие тех или иных факторов на исследуемый процесс без установления точной количественной зависимости между ними; они носят обычно поисковый характер. Количественный эксперимент строится так, чтобы обеспечить точное измерение всех существенных факторов, влияющих на поведение изучаемого объекта или ход процесса. B реальной исследовательской деятельности качественные и количественные эксперименты представляют обычно последовательные этапы в познании явлений. Они характеризуют степень проникновения в сущность этих явлений и поэтому не могут противопоставляться друг другу.
Выделяют также полевой (в естественных условиях) и лабораторный (в искусственных условиях) эксперименты.
В зависимости от характера стратегии эксперимента, ведущей к достижению целей, различают эксперименты, осуществляемые методом проб и ошибок, эксперименты на основе замкнутого алгоритма (например, исследование Галилеем падения тел), эксперимент c помощью метода "черного ящика", приводящий к заключениям от знания функции к познанию структуры объекта, a также эксперимент c помощью метода "открытого ящика", позволяющего на основе знания структуры создать образ c заданными свойствами и функциями.
Рассмотрим несколько подробнее два специфических вида эксперимента - мысленный и социальный. Отмечая, что мысленный эксперимент является важным эвристическим элементом научного исследования, Л.О.Вальт пишет, однако, что еще не преодолены недооценка мысленного эксперимента и недоверие к нему, далеко не полностью выяснена его специфика 1. Он считает, что нельзя согласиться со сведением мысленного эксперимента к чисто логическим операциям, что имеет место в работе П.Е.Сивоконя 2. Неверно также сведение мысленного эксперимента к обдумыванию планируемого реального эксперимента, ибо в случае мысленного эксперимента как "прибор", так и "исследовательская ситуация" являются преднамеренно искаженными, идеализированными и полученные выводы проверяются опосредованно.
Мысленный эксперимент не является и обычным теоретическим рассуждением, лишь принимающим форму эксперимента, a отличается от чисто логического рассуждения тем, что он не протекает в одних только понятиях. B ходе мысленного эксперимента в познавательном процессе участвует конкретный чувственный образ, выполняющий роль модели и представляющий идеальный объект (абсолютно твердое тело, идеальные газы и жидкости, адиабатическое покрытие, абсолютно черное тело и т.д.). Идеальному объекту свойственна наглядность, что является одной из черт, отличающих его от понятия, но это не "природная" наглядность представления o чувственно воспринимаемом объекте, a "вторичная" наглядность, результат возвращения в сферу чувственности содержания абстрактного мышления.
Исходным пунктом в образовании идеального объекта - модели для мысленного эксперимента - являются реальные объекты. Их некоторые количественные характеристики мысленно доводятся до крайних логически возможных значений, которые в действительности могут быть достигнуты лишь приблизительно. B итоге та или другая сторона исследуемого объекта выступает перед умственным взором в чистом виде. Это было глубоко понято и подчеркнуто Ф.Энгельсом. Характеризуя работы С.Карно по термодинамике, он писал: "Он изучил паровую машину, проанализировал ее, нашел, что в ней основной процесс не выступает в чистом виде, a заслонен всякого рода побочными процессами, устранил эти безразличные для главного процесса побочные обстоятельства и сконструировал идеальную паровую машину (или газовую машину), которую, правда, так же нельзя осуществить, как нельзя, например, осуществить геометрическую линию или геометрическую плоскость, но которая оказывает, по-своему, такие же услуги, как эти математические абстракции: она представляет рассматриваемый процесс в чистом, независимом, неискаженном виде" 3.
Карно пользовался мысленной моделью тепловой машины, которая включала в качестве компонентов ряд идеальных объектов: идеальный газ, адиабатические оболочки и т.д., а также идеальный, квазистатический процесс. Математическая формулировка проделанного над ними мысленного эксперимента привела к установлению верхнего предела коэффициента полезного действия любой тепловой машины.
1. Вальт Л.О. 0 роли мысленного эксперимента в развитии научной теории // Логика и методология науки. М., 1967. C. 206.
2. Сивоконь П.Е. О происхождении и философском значении естественнонаучного эксперимента. М., 1952.
3. Маркс К., Энгельс Ф. Соч. T. 20. C. 543 - 544.
Путем мысленного эксперимента идеализированный объект вводится в теорию сначала в виде некоторого чувственного эквивалента, который лишь позднее приобретает логическую форму. В основе построения идеального объекта лежит абстракция потенциальной осуществимости, т.е. отвлечение от наших реальных конструктивных возможностей. Эта абстракция обычно рассматривается как специфическая для математики, но фактически ею же оперирует физик при построении идеальных объектов в ходе мысленного эксперимента, только само слово "конструктивное" приобретает здесь более непосредственный, "технический" оттенок.
Мысленный эксперимент не есть форма практики, а есть специфический метод теоретического анализа, и все знания, полученные таким путем, подлежат проверке на практике, например, в реальном эксперименте.
Социальный эксперимент. Познавательная функция социального эксперимента в принципе не отличается от аналогичной функции любого научного эксперимента вообще. Однако этот вид эксперимента жестко связан с управлением социальными объектами и поэтому для его проведения существует больше ограничений, чем при экспериментировании с природными и техническими объектами. В качестве ограничений выступают не только методы изучения данного объекта, но и требования, связанные с возможностью отрицательных последствий и трудностями создания многих вариантов экспериментальных состояний. Так, перевод объекта в новые состояния не должен нарушать его функционирования, а также способствовать его оптимизации; возможные отрицательные последствия должны быть в принципе обратимыми; потери от них должны быть минимальными. Сфера применения социального эксперимента в последнее время зьначительно расширяется в связи со все возрастающим вниманием к проблемам научного управления различными социальными процессами и развитием инструментария социального экспериментирования.
Биологический эксперимент. Принято считать, что использование экеперимента поставило биологическое исследование на ступень точной науки 1. Вместе с тем известно, что само по себе накопление информации может оказаться и бессмысленным. Сбор первичных фактов представляет coбoй средство для выдвижения гипотез, создания концепций и теорий, открытия законов, т.е. средство для осуществления цели науки - "разработать мощную систему основных конструктов такой глубины и широты, чтобы частные явления можно было объяснить дедуктивным путем как логические следствия небольшого числа более фундаментальных принципов 2. Однако факты могут быть использованны для этой цели лишь в том случае, если их достоверность не вызывает сомнений.
1. См.: Философия и современная биология. М., I973. С.71
2. Уотермен Д. Проблема // Теоретическая и математическая биология, М., I968. С. 13.
Существуют два основных способа получения фактов: наблюдение и эксперимент (вопросы моделирования в данном разделе затрагиваться не будут). При наблюдении исследователь остается пассивным созерцателем явлений действительности; поступающая информация крайне многообразна и недостаточно определена, что затрудняет выявление главного, наиболее существенного; эта информация далеко не всегда поддается индуктивному обобщению, которое адекватно отражало бы господствующие в нашем мире закономерности. Поэтому естественно, что возникший в рамках физических наук экспериментальный метод не только быстро завоевал популярность, но и получил статус единственного "абсолютно" достоверного способа познания, позволяющего как генерировать новые идеи, так и проверять выдвинутые гипотезы. Следует также учесть, что мы с детства не только наблюдатели, но и экспериментаторы и познаем внешний мир через собственный индивидуальный опыт, наше мышление глубоко предметно. Экспериментальные данные, согласуясь с нашим чувственным опытом и здравым смыслом, представляются нам более истинными, чем удаленные от реальности теоретические знания. В биологию эксперимент пришел позже, чем в физику, однако быстро получил всеобщее призвание, едва ли не став единственным методом, результаты которого могут считаться "абсолютно" достоверными. Хотя развитие как этологии, тах и теоретико-модельных методов познания в рамках системного подхода в известной мере уже поколебали подобную крайнюю точку зрения, тем не менее, анализ адекватности эксперимента особенностям исследуемого объекта важен.
Для оценки биологического эксперимента важно отметить следующее.
1. Одной из характерных особенностей живого является наличие внутренних процессов жизнедеятельности. Морфолог, как правило, эти процессы прекращает, умерщвляет живое и исследует последствия его гибели, нередко дополнительно их изменяя (фиксаж, окраска и т.д.).
2. Для биологических систем типично перемещение в пространстве. Множество опытов начинается с ограничения "жизненного пространства" объекта, а нередко и с полного его обездвижения. Переводя биосистему в пассивное состояние, экспериментатор лишается возможности уловить один из важнейших этапов формирования поведения - принятие решения. Он как бы навязывает живому извне определенную им самим форму поведения, а при неудаче повторно (иногда многократно) воссоздаёт условия «опыта» для достижения собственной цели. Это уменьшение количества присущих биосистеме свобод деятельности далеко не всегда достаточно учитывается.
3. Определяющим инвариантом поведения биосистем является его стратегический компонент. В экспериментальных условиях исследуется лишь тактический (вариабельный) компонент поведения. Живое принимается за гомеостатическую систему, изучаются механизмы сохранения гомеостаза при внешних вомущениях. При этом, однако, игнорируется целеустремленность биосистем - их наиболее существенное, специфическое свойство.
4. Каждому виду присуща не только определенная среда обитания, но и определенный информационный диапазон - совокупность информации, которую организм извлекает из среды и использует для оптимизации своего поведения. В экспериментальных условиях применяются, как правило, биологически неадекватные данному виду воздействия, что создает ситуацию пробы на адаптивность биосистемы, ибо лишь при включении данного раздражителя в информационный диапазон он приобретает для нее существенное значение.
5. Применение дискретных стимулов, вызывающих те или иные ответы биосистемы, создает иллюзия дискретности ее поведения в целом. Поведение представляет собой результат интеграции внешней и внутренней (мотивационной) информации. Использование физически сильных и сверхсильных раздражителей неизбежно приводит к уменьшению роли внутренней информации, т.е. нивелированию видовых, возрастных и других особенностей исследуемого организма. Таким образом, возможность выявления видовой и индивидуальной специфичности объекта прямо пропорциональна силе используемых воздействий. В некоторых опытах фактически используется та или иная (чаще всего нервная, мозговая) ткань, что, однако, специально не оговаривается. При других методиках игнорируются более тонкие специфические видовые особенности. Неправомерно, например, исследовать экстраполяционный рефлекс у крыс, которые в естественных условиях имеют дело с неподвижной пищей.
6. В подавляющем большинстве экспериментальные методики не позволяют исследовать поиск, отбор и проверку информации биосистемой, что именно и определяет активность ее отношения к среде. Изучаемая система изолируется как от собственной среды обитания (уничтожаются связи, которые и подлежат исследованию), так и от надорганизменной системы, элементом которой она является. Между тем многочисленные данные этологии, психологии и социологии с несомненностью свидетельствуют о колоссальном значении "надсистемных" воздействий на жизнедеятельность и поведение отдельных особей. Недоучет этих воздействий таит в себе угрозу сведения свойств и функций биосистемы к свойствам и функциям составляющих компонентов, в то время как неаддитивность биосистем может считаться общепризнанной.
7. Существенным свойством биосистем является многообразие программ направленного поведения, множество мотивов деятельности. В экспериментальных условиях искусственно стимулируется какой-нибудь один мотив (пищевой, самосохранения), т.е. система переводится на монопрограммный режим работы.
8. Частные экспериментальные методики имеют свои специфические дефекты. Так, например, при имплантации микроэлектродов в нейроны мозга с последующей электростимуляцией используется явно противоестественный ("противоприродный") сигнальный канал, однако в трактовке результатов опытов эта особенность методика не всегда находит достаточное отражение.
Изложенное позволяет определить эксперимент как метод изучения относительно частных и второстепенных, почти исключительно гомеостатических функций и тактического компонента поведения биосистемы, изначально измененной изоляцией, переведенной в пассивное состояние путем использования неадекватных дискретных стимулов в искусственных условиях резкого уменьшения, как количества свобод, так и числа программ направленной деятельности при игнорировании видовой и индивидуальной специфичности объекта.
Экспериментальная ситуация представляет собой искусственно созданную систему, в которой возникают и разрешаются свои собственные проблемы живой природы.
Некритическое перенесение экспериментального метода из физики в биологию может привести к игнорированию специфичности живого как особой формы организации материи, к трактовке поведения живых существ как цепи ответов на внешние стимулы, т.е. к торжеству механистического рефлекторного принципа, к забвению одного из основных положений диалектики о роли внутренних причин ("внутренних противоречий") в конструировании поведения («движения»). Эксперимент изменяет биообъект не в меньшей мере, чем измерение – микрообъект. Поэтому экспериментальный метод имеет принципиальное ограничение, налагаемое на достоверность получаемых результатов, сходное с принципом неопределённости Гейзенберга. Эксперимент - продукт нашего «предметного», в значительной мере механистического, однозначно жёстко детерминированного мышления, мышления явно неадекватного специфичности исследуемого объекта - биологической системе 1.
1.См.: Граве П.С., Кочергин А.Н. Методологические вопросы экспериментального исследования в биологии // Методологические проблемы науки. Новосибирск, 1981. С. 73-81