Прибор – это познавательное средство, представляющее собой искусственное устройство или естественное материальное образование, которое ученый приводит в специфическое взаимодействие с исследуемым объектом с целью получения о последнем полезной информации. По специфике получаемой информации и своим функциональным характеристикам научные приборы делятся на три класса: приборы-усилители, приборы-анализаторы и приборы-преобразователи [7, c. 254–263].
Примерами приборов-усилителей являются микроскоп, телескоп и т. п.; приборов-анализаторов – спектроскоп, с помощью которого определяется химический состав исследуемого вещества; приборов-преобразователей – термометр, манометр, спидометр и др. При этом все научные приборы выполняют функции регистрации и количественного измерения свойств и отношений исследуемых объектов. Разумеется, возможны и другие классификации научных приборов, различение их по другим основаниям (например, по степени точности, информационной емкости, техническим и эксплуатационным характеристикам и т. п.).
Говоря о роли приборов в научном познании, необходимо отметить их влияние на изучаемый объект и его свойства. В классической физике этим влиянием можно было пренебречь в силу его ничтожно малой величины по сравнению с массой-энергией изучаемых объектов макромира и мегамира (астрономия и космология). По крайней мере, допускалось, что это влияние всегда можно учесть и вычесть впоследствии из описания свойств «объекта самого по себе». При изучении же объектов микромира, мира квантовых сущностей оказалось, что влияние приборов на их поведение и свойства столь значимо, что не учитывать это влияние уже принципиально нельзя. Так, при изучении элементарных частиц с помощью одних приборов (например, счетчика Гейгера) они ведут себя как корпускулы; при изучении же их свойств с помощью других приборов (например, при пропускании их через дифракционную решетку) они ведут себя уже как волны. То есть, одни приборы актуализируют одни свойства изучаемого объекта, другие приборы – другие его свойства. Эту познавательную ситуацию один из создателей квантовой механики Н. Бор зафиксировал в виде принципа относительности свойств объекта к средствам его наблюдения (а позднее обобщил это и на все условия познания объекта). Согласно этому принципу, любой прибор всегда ограничивает полноту возможных наблюдаемых свойств объекта, актуализируя одни его свойства и одновременно «затемняя» («уводя в тень») другие. Однако «хуже» оказалось другое, зафиксированное уже в принципе неопределенности В. Гейзенберга, другого создателя квантовой механики. Согласно этому принципу, точное измерение одной величины (или свойства) какого-либо объекта (прежде всего элементарных частиц) делает принципиально невозможным точное определение в то же самое время некоторой другой величины, сопряженной с первой. Например, принципиально невозможно одновременно абсолютно точно определить импульс элементарной частицы и ее пространственное положение (координату). Как и наоборот. Одна из формулировок принципа неопределенности такова: если dx – неопределенность значения координаты х квантово-механического объекта, а dp – то же для ее импульса р, то произведение неопределенностей этих величин не может быть меньше постоянной Планка: dx∙dp ≥ h. Сопряженными величинами являются также энергия и время, координата и скорость и др. Конечно, эти неопределенность и неточность с практической точки зрения (то есть с позиций характеристик макромира) чрезвычайно мала. Однако с теоретической точки зрения важно то, что такая неопределенность всегда существует. А это уже имеет принципиальное методологическое значение, так как говорит о невозможности получения в науке с помощью приборов абсолютно точного знания изучаемых свойств объектов в целом ряде случаев, в частности при изучении явлений микромира – фундамента материи. Таким образом, использование приборов в качестве средств научного познания существенно влияет на актуализацию и точность наблюдаемых свойств объектов, на образ познаваемого объекта и, соответственно, на его истинность. И дело здесь, как оказалось, отнюдь не в несовершенстве измерительной техники или статистическом характере результатов любых измерений. Квантовая механика, в отличие от классической механики, утверждает принципиальную невозможность получения абсолютно точных значений многих изучаемых свойств, даже если это делать с помощью абсолютно совершенных приборов и допустить абсолютную однозначность результата каждого измерения.
Наряду с научным наблюдением, другим важнейшим методом получения в науке достоверной чувственной информации о познаваемом объекте является научный эксперимент.
2. Научный эксперимент
Очевидно, что проведение любого научного эксперимента (особенно сложного) всегда основано на использовании множества научных приборов и различных тестирующих средств. Однако между научным наблюдением и научным экспериментом имеется одно существенное различие. Эксперимент – это исследование отдельных материальных систем и процессов путем контролируемого материального воздействия на них и последующего наблюдения за происходящими в них изменениями в результате оказанного воздействия. Эксперимент как средство познания использовался (как и систематическое наблюдение) с незапамятных времен, а в физическом познании он сознательно и широко использовался уже знаменитым древнегреческим ученым Архимедом. Однако в качестве основного метода научного исследования эксперимент был признан лишь в эпоху Возрождения и Новое время (Леонардо да Винчи, Г. Галилей, Р. Бойль, Ф. Парацельс, Р. Гук и др.) [8]. Это стало возможным только тогда, когда главная цель научного познания сместилась из теоретико-мировоззренческой плоскости в плоскость практического предназначения науки. Соответственно, целью науки была провозглашена не абстрактная объективная истина, а конкретное, практически полезное знание – практическая истина («Знание – сила» – Ф. Бэкон). Слово эксперимент пришло в новоевропейскую науку из словаря средневековой инквизиции, где буквально означало пытку, то есть пристрастный допрос подозреваемого с применением к нему контролируемого физического воздействия для получения от него признания (или непризнания) в приписываемом ему преступлении или грехе. Эксперимент в науке является незаменимым средством: а) исследования вырванных из целостного контекста природы ее отдельных систем, явлений и процессов путем изучения их свойств с помощью дозируемого и контролируемого исследователем материального воздействия на эти системы; б) контролируемого изучения поведения искусственно созданных учеными материальных систем (артефактов) различного рода: технических и инженерных устройств, систем, механизмов, технологических процессов; в) контролируемого исследования материальных моделей исследуемых процессов [1; 3; 5; 9; 10]. Двумя видами отношений, лежащих в основе любого эксперимента, являются: а) отношение «причина – следствие» для установления причинных законов, которым подчиняется исследуемый объект; б) отношение «вход – выход» для установления законов функциональной связи между определенными свойствами исследуемой системы и степени количественной определенности этой связи [3]. Классическим примером эксперимента последнего вида является эксперимент Г. Галилея по изучению скорости движения шарика по наклонной плоскости для определения величины (закона) ускорения свободного падения тел в идеальном пространстве (пустоте) [8, c.166].
Рис. 1. Схема эксперимента Г. Галилея,
где: s – путь, пройденный телом по наклонной плоскости;
а – ускорение тела при движении по наклонной плоскости;
t – время прохождения расстояния S наклонной плоскости;
g – ускорение свободного падения тела в свободном пространстве.
В результате эксперимента Галилей пришел к выводу, что a ≈ 9,8 м/сек.2, но поскольку g = а для идеальной наклонной плоскости, постольку g = 9,8 м/сек.2
Как известно, главный философ античного естествознания Аристотель был категорически против эксперимента как средства изучения природы, ее свойств и законов, так как считал, что в ходе эксперимента мы исследуем не саму по себе природу и ее объекты в их естественном состоянии, а лишь результаты нашего воздействия на природу. А это – описание законов практической деятельности человека, но отнюдь не самой по себе природы, существующей объективно и независимо от человека. Целью же науки, по Аристотелю, являются именно нахождение и установление объективной истины о самом мире (природе, обществе, человеке). И путь к достижению такой истины, по Аристотелю, может быть только один – чувственное и мысленное созерцание природы, осторожное и внимательное «подглядывание» за естественным ходом событий. Согласно Аристотелю, научное познание никак не должно зависеть от текущих практических запросов и потребностей человека и общества. Оно должно быть направлено исключительно на изучение объективной, вневременной, всеобщей и абсолютной Истины. Радикально другое отношение к науке и ее предназначению стало утверждаться в Новое время. Главная цель науки теперь виделась в том, чтобы быть средством достижения господства человека над Природой, использования научного знания для умножения богатства и процветания человека и общества, удовлетворения их многообразных материальных и духовных потребностей для счастливой жизни на Земле. Непосредственным же предметом науки становится тогда не сама по себе Природа, а создаваемая учеными экспериментальная реальность, точные законы которой можно впоследствии эффективно использовать в технических и технологических целях, для создания новых орудий и средств материального производства – главного источника богатства и могущества общества.
