объектов, выбираются достаточно произвольно. Однако сравнительные понятия

могут послужить основой для формирования количественного понятия на базе

точных количественных методов исследования. Это оказывается возможным лишь на

основе более глубокого познания сущности изучаемых явлений и уточнения

гносеологических и теоретических предположений относительной изучаемой

области.

Рассмотрим в качестве примера формирование понятия температуры (т. е.

количественного понятия теплоты). В разговорном языке мы находим качественные

понятия "теплый", "холодный" и сравнительные понятия — "теплее", "холоднее".

Этих понятий нам достаточно для классификации предметов повседневной жизни.

Однако применить какую-либо количественную оценку теплоты без исследования

физических причин и связей этого явления с другими явлениями представляется

невозможным, и высказывание "Один предмет в три раза теплее другого" кажется

столь же странным, как и высказывание "Небо в Италии в три раза голубее, чем

в России". Во времена Герона Александрийского было замечено, что воздух

расширяется, когда становится более теплым. Связь состояний "теплее" и

"больше по объему" могла привести к мысли о том, чтобы сделать изменение

объема тела наглядным представителем его нагретости. Галилей, изучая

сочинения Герона, действительно пришел к этой мысли и для ее осуществления

создал термоскоп — прибор, показывающий изменение состояния нагретости.

Термоскоп состоял из трубки с шариком на конце, в которой находился воздух.

Открытый конец трубки помещался в жидкость. Столбик жидкости в трубке

опускался, когда воздух в шарике становился теплее, и поднимался, когда

воздух охлаждался, и его объем становился меньше. Термоскоп Галилея еще не

позволяет ввести количественное понятие температуры. Этот прибор служит лишь

для наглядной фиксации состояний "теплее" — "холоднее". Если раньше при

фиксации этих состояний мы могли полагаться только на свои субъективные

ощущения, то теперь, используя термоскоп, мы передаем эту функцию

объективному процессу изменения объема.

Первым настоящим термометром был прибор, изготовленный членами Флорентийской

Академии опыта. Этот прибор отличался от термоскопа Галилея двумя

существенными особенностями. В нем было исключено влияние атмосферного

давления, которое в термоскопе наряду с теплом также вызывало колебания

уровня жидкости в трубке, и термометр, таким образом, был полностью отделен

от барометра. И, что еще более существенно, в приборе флорентийских

академиков была шкала. В основу этой шкалы были положены две постоянные

точки, соответствовавшие наиболее низкой и наиболее высокой температуре,

наблюдавшейся в Тоскане.

Теплота, являющаяся выражением кинетической энергии молекул тела, не могла

быть зафиксирована непосредственно. Ее наглядным представителем становится

объем тела. Увеличение и уменьшение объема тела, в свою очередь, представляют

как линейное перемещение столбика жидкости. Последнее вполне может быть

измерено с помощью обыкновенной линейки. Таким образом, измерение состояний

тепла редуцируется как измерение длины столбика жидкости, и метрическое

понятие температуры возникает как интерпретация теплоты в линейных мерах.

Дальнейшая работа состояла лишь в усовершенствовании шкалы, в нахождении

постоянной точки отсчета и подходящей жидкости, расширение которой

фиксируется по шкале. Эта работа была проделана Фаренгейтом, Реомюром и

Цельсием, которые придали термометру его современный вид. Нетрудно видеть,

что при введении количественного понятия температуры используются различные

предположения теоретического характера: что температура тела связана с его

объемом; что объем тела изменяется прямо пропорционально изменению степени

нагретости тела; что базисные точки шкалы соответствуют некоторой постоянной

температуре и т. п.

В настоящее время количественные понятия часто вводятся на основе теории как

теоретические понятия (отображающие свойства идеализированных объектов).

Когда мы строим теорию относительно некоторой области явлений, то объектом

теории является непосредственно не сама реальная область, а абстрактная,

упрощенная модель этой области явлений — идеализированный (абстрактный)

объект. В этом случае количественные понятия относятся прежде всего к

идеализированному объекту теории, и лишь поскольку последняя отражает

реальный объект теории, постольку количественные понятия с определенной

степенью точности применимы к характеристике реальных предметов. Это

применение опять-таки связано с определенными гносеологическими и

теоретическими соглашениями: о материальном эталоне измерения, о пределах

точности измерения и т. п.

В процессе измерения, т. е. в процессе приписывания чисел свойствам объектов,

нужно соблюдать определенные правила для того, чтобы результат измерения мог

претендовать на интерсубъективную значимость. Эти правила называются

"правилами измерения". Пусть Q обозначает некоторую степень измеряемого

свойства, U— единицу измерения и q — числовое значение соответствующей

величины. Тогда результат измерения можно выразить следующим образом: Q = qU.

Это уравнение называется "основным уравнением измерения". Для того, чтобы в

соответствии с этим уравнением приписать некоторое числовое значение

измеряемой величине, руководствуются следующими правилами:

(1) Правило эквивалентности: если физические значения измеряемых величин

равны, то должны быть равны и их числовые выражения;

символически: если Q 1 = Q 2 , то q 1 U= q 2 U.

(2) Если физическое значение одной величины меньше (больше) физического значения

другой величины, то числовое выражение первой должно быть меньше (больше)

числового выражения второй; символически: если Q 1 < Q 2 , то q 1 U < q 2

U.

Следует иметь в виду, что знаки, стоящие между Q 1 и Q 2 , не являются

выражением обычных арифметических отношений, а представляют некоторые

эмпирические соотношения между свойствами разных тел. Например, если речь идет

о весе двух тел, то знак "=" между Q 1 и Q 2 будет означать лишь то, что когда

мы кладем одно тело на одну чашу весов, а другое тело — на вторую чашу, то весы

оказываются в равновесии. Точно так же знак "<" между Q 1 и Q 2 означает,

что одна чаша весов опустилась ниже другой.

(3) Правило аддитивности: числовое значение суммы двух физических значений

некоторой величины должно быть равно сумме числовых значений этой величины;

символически: qU(Q 1 Е Q 2 ) = q 1 U + q 2 U .

В формулировке данного правила между Q\ и Qi мы помещаем знак "•$•",

обозначающий эмпирическую операцию соединения двух значений одной величины.

Эту операцию следует отличать от арифметического сложения. Операция

соединения двух разных значений одной величины не всегда подчиняется данному

правилу. Величины, соединение которых подчиняется указанному правилу,

называются "аддитивными". Таковыми, например, являются вес, длина, объем в

классической физике. Если соединить вместе два тела, то вес получившейся

совокупности (отвлекаясь от дефекта массы) будет равен сумме весов этих тел.

Величины, не подчиняющиеся указанному правилу, называются "неаддитивными".

Примером неаддитивной величины может служить температура. Если соединить

вместе два тела с температурой, скажем, 20° С и 50° С, то температура этой

пары тел не будет равна 70° С. Существование неаддитивных величин показывает,

что при обращении с количественными понятиями мы должны учитывать, какие

конкретные свойства обозначаются этими понятиями, ибо эмпирическая природа

этих свойств накладывает ограничения на операции, производимые с

соответствующими количественными величинами.

(4) Правило единицы измерения. Мы должны выбрать некоторое тело или легко

воспроизводимый естественный процесс и охарактеризовать единицу измерения

посредством этого тела или процесса. Для температуры, как мы видели, задают

шкалу измерения, выбирая две крайние точки, например, точку замерзания воды и

точку ее кипения, и разделяют отрезок трубки между этими точками на

определенное количество частей. Каждая такая часть будет единицей измерения

температуры — градусом. Единицей измерения длины является метр, времени —

секунда. Хотя единицы измерения выбираются произвольно, однако на их выбор

накладываются определенные ограничения. Тело или процесс, избранные в

качестве единицы измерения, должны сохранять неизменными свои размеры, форму,

периодичность. Строгое соблюдение этих требовании было бы возможно только для

идеального эталона. Реальные же тела и процессы подвержены изменениям под

влиянием окружающих условии. Поэтому в качестве реальных эталонов выбирают

как можно более устойчивые к внешним воздействиям тела и процессы.

2.3. Эксперимент – важнейший метод эмпирического познания

Важнейшим методом эмпирического познания является эксперимент, который обычно

включает в себя наблюдение и измерение, а также непосредственное физическое

воздействие на изучаемые объекты. Одной из наиболее характерных особенностей

науки Нового времени является широкое использование эксперимента в научном

исследовании. Эксперимент есть непосредственное материальное воздействие на

реальный объект или окружающие его условия, производимые с целью познания

этого объекта.

В эксперименте можно выделить следующие элементы: 1) цель эксперимента; 2)

объект экспериментирования; 3) условия, в которых находится или в которые

помещается объект; 4) средства эксперимента; 5) материальное воздействие на

объект. Каждый из этих элементов может быть положен в основу классификации

экспериментов. Например, эксперименты можно разделять на физические,

химические, биологические и т. д. в зависимости от различия объектов

экспериментирования. Одна из наиболее простых классификаций основывается на

различиях в целях эксперимента.

Целью эксперимента может быть установление каких-либо закономерностей или

обнаружение фактов. Эксперименты, проводимые с такой целью, называются

"поисковыми". Результатом поискового эксперимента является новая информация

об изучаемой области. Однако чаще всего эксперимент проводится с целью

проверки некоторой гипотезы или теории. Такой эксперимент называется

"проверочным". Ясно, что невозможно провести резкой границы между этими двумя

видами эксперимента. Один и тот же эксперимент может быть поставлен для

проверки гипотезы и в то же время дать неожиданную информацию об изучаемых

объектах. Точно так же и результат поискового эксперимента может заставить

нас отказаться от принятой гипотезы или, напротив, даст эмпирическое

обоснование нашим теоретическим рассуждениям. В современной науке один и тот

же эксперимент все чаще обслуживает разные цели.

Эксперимент всегда представляет собой вопрос, обращенный к природе. Но чтобы

вопрос был осмысленным и допускал определенный ответ, он должен опираться на

предварительное знание об исследуемой области. Это знание и дает теория и

именно теория ставит тот вопрос, ответ на который должна дать природа.

Поэтому эксперимент как вид материальной деятельности всегда связан с теорий.

Первоначально вопрос формулируется в языке теории, т. е. в теоретических

терминах, обозначающих абстрактные, идеализированные объекты. Чтобы

эксперимент мог ответить на вопрос теории, этот вопрос нужно

переформулировать в эмпирических терминах, значениями которых являются

эмпирические объекты (данные эмпирически).

Рассмотрим на примере экспериментального открытия светового давления этапы

подготовки и проведения эксперимента. Идея о том, что свет производит

давление на освещаемые тела, была высказана еще И. Кеплером. В корпускулярной

теории света И. Ньютона эта идея получила теоретическое развитие и

обоснование: поток корпускул, представляющий собой свет, ударяясь о

поверхность тела, должен производить давление. Из волновой теории X. Гюйгенса

также следовало, что световая волна давит на освещаемые тела. Таким образом,

теория поставила вопрос о существовании светового давления и предсказала, что

ответ на него должен быть положительным. Однако долгое время было неясно, как

поставить эксперимент для получения ответа на этот вопрос.

Создатель электромагнитной теории Дж. К. Максвелл вычислил величину светового

давления. Согласно теории, сила давления зависит от интенсивности света. Для

случая, когда световые лучи образуют параллельный пучок, давление р равняется

плотности световой энергии и, т. е. энергии в единице объема. При этом

предполагается, что тело, на которое падает свет, является абсолютно черным,

т. е. поглощает всю падающую на него световую энергию. Если же коэффициент

отражения тела не равен нулю, а имеет некоторое значение g, то давление р = и

(I + g). Для идеального зеркала, коэффициент отражения которого равен I ,

давление р , согласно этой формуле, будет равно 2u . Если интенсивность

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6