Experiment - o metodă mai sofisticată a cunoașterii empirice, în comparație cu observația. Aceasta presupune o expunere activă, orientată și strict controlate la un cercetător la obiect în studiu pentru a identifica și studiul uneia dintre laturile sale, proprietăți, conexiuni. În acest caz, experimentatorul poate converti obiectul în studiu, pentru a crea condiții artificiale ale studiului său, să intervină în cursul natural al proceselor.
Experimentul include și alte metode de cercetare empirice (observare, măsurare). În același timp, are o serie de caracteristici importante sunt unice pentru el.
În primul rând, experimentul ne permite studierea obiectului în forma „purificată“, adică. E. elimina toate tipurile de factori nefavorabili, straturi care împiedică procesul de investigare. De exemplu, efectuarea unor experimente necesită un local special echipate, protejate (ecranate) de influențe electromagnetice externe asupra obiectului în studiu.
În al doilea rând, în timpul obiectul test poate fi pus în unele artificiale, în special condiții extreme, de ex., E. fi studiate la temperaturi foarte scăzute, la presiuni extrem de mari, sau, dimpotrivă, în vid, la puteri mari ale câmpului electromagnetic și așa mai departe. N . În aceste condiții artificiale este posibil să se descopere proprietățile uimitoare și, uneori, neașteptate de obiecte, și să înțeleagă profund, astfel, esența lor. Un foarte interesant și promițător în acest sens sunt experimentele spațiale pentru a studia obiecte, astfel de fenomene singulare, condiții neobișnuite (imponderabilitate, vid înalt), care sunt imposibil de atins în laboratoarele terestre.
În al treilea rând, studiul unui proces, care experimentatorul poate interfera cu ea, să influențeze în mod activ cursul. După cum sa menționat de către academicianul IP Pavlov, „experiență ca este nevoie de fenomene în propriile mâini și pune în mișcare un lucru după altul, și, prin urmare artificială combinație, simplificată determină legătura reală dintre fenomene. Cu alte cuvinte, observația colectează ceea ce oferă natura, experiența aceeași lua de natură ceea ce vrea ".
În al patrulea rând, un avantaj important al multor experimente este reproductibilitatea lor. Aceasta înseamnă că condițiile experimentale și, în consecință, efectuate cu observația, măsurarea se poate repeta de câte ori este necesar pentru a obține rezultate fiabile.
Istoria științei este cunoscut, de exemplu, un astfel de caz. Shenkland fizician american, care a studiat impactul fotonilor cu electroni, a ajuns la concluzia că nerespectarea legii de conservare a energiei în caz de coliziune elementar. Aceste experimente au provocat o senzație. Dar un număr de fizicieni proeminenți, inclusiv AF Joffe, au fost sceptici. Apoi Shenkland a decis să repete experimentele lor. Încercarea de a reproduce rezultatele lor anterioare, el a găsit o greșeală în metodologia de experimentare. Acesta a arătat că, odată cu formularea corectă a experimentului a observat legea de conservare a energiei, și prin aceea că actul elementar de coliziune. Astfel, datorită reproductibilitatea cercetării experimentale, a doua lucrare Shenklanda negat mai întâi.
Pregătirea și realizarea de experimente necesită respectarea anumitor condiții. Astfel, un experiment științific:
niciodată nu a pus la întâmplare, ea presupune existența unui scop clar definit al studiului;
nu este făcut „orb“, se bazează întotdeauna pe unele poziții teoretice inițiale;
nu a efectuat neplanificate, haotic;
cercetător pre contururile calea;
Este nevoie de un anumit nivel de dezvoltare a mijloacelor de cunoștințe necesare pentru punerea sa în aplicare;
Ar trebui să fie efectuată de către persoanele cu calificări relativ ridicate.
Numai combinația dintre toate aceste condiții determină succesul în studii experimentale.
În funcție de natura problemelor care trebuie rezolvate în cursul experimentelor, acestea din urmă sunt de obicei împărțite în cercetare și verificare.
Experimentele de cercetare fac posibilă detectarea unui obiect, noi, proprietăți necunoscute. Rezultatul acestui experiment poate fi concluzii nu urmați de cunoștințele disponibile cu privire la obiectul cercetării. Un exemplu este experimentele efectuate în laboratorul lui Ernest Rutherford, în timpul căreia a descoperit comportamentul straniu al particulelor alfa, atunci când bombardați cu folie de aur: majoritatea particulelor au trecut prin folie, o cantitate mică de particule sunt deviate și împrăștiate, iar unele particule nu doar a respins, dar a revenit mingea de pe net. O astfel de imagine experimentală, conform calculelor, a fost obținut datorită faptului că întreaga masă este concentrată în nucleul atomului care ocupă o mică parte din volumul său (returnate înapoi particule alfa ciocnirea cu nucleu). Astfel, experimentul de cercetare efectuate de Rutherford și colaboratorii săi, au dus la descoperirea nucleului atomic, și astfel la nașterea fizicii nucleare.
Experimentele de verificare sunt utilizate pentru a verifica, verificarea diferitelor constructe teoretice. Astfel, existența unui număr de particule elementare (pozitron neutrini și colab.) A fost mai întâi a prezis teoretic și abia mai târziu au fost găsite experimental.
Penetrarea cunoașterii umane în microcosmosul necesită studii experimentale în care era imposibil să neglijeze influența dispozitivului la un obiect (mai precis, micro-obiect) cunoștințe. Din acest fapt, unii fizicieni au început ajunge la concluzia că, spre deosebire de mecanica clasică, mecanica cuantică experiment joacă un rol fundamental diferit.
Dar influența tulburătoare a dispozitivului nu se schimba rolul cognitiv al experimentului în fizica a unui microcosmos. Dispozitivele au un efect deranjant asupra obiectului în studiu în fizica clasică, care se ocupă cu macro-obiecte, numai că efectul lor este foarte mică și poate fi neglijată. În sfera realității materiale, studiul mecanicii cuantice, dispozitivul exercită asupra particulei este mult mai importantă influență tulburătoare, care nu poate fi neglijat. Cu toate acestea, acest efect nu înseamnă că proprietățile materiei microparticule generate de instrumentul voinței experimentatorului (așa cum se părea unii fizicieni). De asemenea, trebuie remarcat faptul că efectul perturbator se referă numai microparticulele aspectul cantitativ - cantitatea de energie, impuls, localizarea spațială. Calitatea este specificitatea microparticulelor nu suferi modificări sub perturbațiilor: un electron este un electron, un proton - proton, și așa mai departe ..
Pe baza metodologiei și rezultatele experimentelor pot fi împărțite în cantitativ și calitativ. Experimentele calitative sunt exploratorie în natură și nu duc la nici un raport cantitativ. Ele permit dezvăluie doar efectul diferiților factori asupra fenomenului studiat. Experimentele cantitative în vederea stabilirii unor relații cantitative precise în fenomenul în curs de investigare. În practica actuală, studiul pilot, ambele aceste tipuri de experimente sunt puse în aplicare, de obicei sub forma unor etape succesive de dezvoltare a cunoașterii.
La sfârșitul secolului al XIX-lea, de exemplu, doi oameni de știință proeminenți H. Hertz și AS Popov angajat studiu experimental de oscilații electromagnetice. Dar Hertz însuși stabilit o sarcină de verificare experimentală a considerații teoretice de Maxwell. Aplicarea practică a oscilațiilor electromagnetice el nu a fost interesat. Prin urmare, experimentele Hertz, în care au fost primite undelor electromagnetice, teoria Maxwell a prezis lui, ar trebui să fie considerate ca fiind științele naturii. În ceea ce privește experimentele AS Popov, au avut o orientare practică clară (ca utilizarea practică „valuri Hertz“?) Și au fost experimente în domeniul științei aplicate emergente - de radio. Mai mult, Hertz nu a crezut în posibilitatea aplicării în practică a undelor electromagnetice, nu a văzut nici o legătură între experimentele lor și nevoile practice. Învățați despre încercările de utilizare practică a undelor electromagnetice, Hertz chiar a scris la Camera de Comerț Dresda, că cercetările în acest domeniu ar trebui să fie interzis ca bespoleznye8.
Concluzii examinarea metodei experimentale de cercetare ar trebui să fie să-și amintească o problemă foarte importantă de design experimental. În prima jumătate a acestui secol, toate studiului experimental este de a efectua un așa-numitul experiment cu un singur factor, atunci când modificați oricare factor al procesului de testare, iar restul au rămas neschimbate. Dar dezvoltarea științei de a cere investigarea proceselor care depind de o varietate de factori de schimbare. Folosind tehnici în acest caz, într-un fel de experiment a fost lipsit de sens, deoarece este necesar punerea în aplicare a unui număr astronomic de experimente.
La începutul anilor 20-e ale secolului nostru statistician engleza RA Fisher a dezvoltat prima și a demonstrat fezabilitatea metodei de variație simultană a tuturor factorilor care afectează rezultatele studiilor experimentale în domeniul științelor aplicate. Dar numai după trei decenii de munca de Fisher a găsit aplicare practică. În 1951 Box și Wilson au dezvoltat o metodă prin care cercetătorul trebuie să pună serii succesive mici de experimente, variind în fiecare din aceste serii de reguli pentru toți factorii. Și a organizat aceste serii, astfel că, după prelucrarea matematică a celui precedent ar alege (planul) din următoarea serie de condiții care vor permite în cele din urmă să ajungă la regiunea optimă.
După aceea de hârtie Box și Wilson a apărut o serie de lucrări pe aceeași temă, care oferă alte tehnici. Realizări în dezvoltarea teoretică și aplicarea practică a design experimental în cercetarea științifică a dus la apariția unei noi discipline - teoria matematică a experimentului. Această teorie abordează problema obținerii unor rezultate fiabile studiilor experimentale, cu un minim de cheltuieli de muncă, timp și bani. Ca rezultat, optimizarea experimentatorului se realizează asigurând în același timp studii experimentale de înaltă calitate. Un „experiment de înaltă calitate - așa cum a subliniat Academician PL Kapitsa, - este o condiție prealabilă pentru dezvoltarea sănătoasă a științei ".