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