Реферат: Эксперимент-основа естествознания - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Эксперимент-основа естествознания

Банк рефератов / Естествознание

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 394 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

1. Введение 2 2. Набл юдение, измерение и эксперимент – неразрывно связанные методы эмпирич еского познания 2 2.1 Значение наблюдения в системе эмпирического познания и его связь с экспериментом 2 2.2 Сущность измерения – необходимого метода при проведении эксперимент ов 4 3. Роль экспериментальных исследований в истор ическом развитии естествознания 14 3.1 Особенности периода начала Нового времени и е го связь с экспериментальным познанием 14 2. Роль экспериментального познания в механике Г. Галилея и начало критик и аристотелевской физики 17 3.3 Антиперипатетический характер экспериментальных физических концеп ций Нового времени 20 3.4 Особенности картезианской физики и место в ней эксперимента 21 4. Современные средс тва естественно-научных исследований 23 4.1 Специфика современных экспериментальных и т еоретических исследований 23 4.2 Современные методы и технические средства эксперимента 25 4.2.1 Лазерная техника. 25 4.2.2 Синхротронные источники излучения. 26 4.2.3 Экспериментальные методы расшифровки сложных структур. 27 4.3 Важнейшие достижения современного естество знания в практической области 29 4.3.1 Высокотемпературная сверхпроводимость. 30 4.3.2 Химические лазеры. 30 4.3.3 Молекулярные пучки. 31 4.3.4 Достижения ядерной химии. 31 4.3.5 Новая ядерная установка. 32 4.3.6 Химический синтез ДНК. 33 4.3.7 Успехи генной инженерии. 33 4.3.8 Клонирование. 34 5. Заключение 35 1. Введение Развитие общества в значительной степени определяется уро в нем наукоемких технологий, многочисленные направления ко торых основ аны на достижениях соответствующих отраслей естествознания. Современн ое естествознание обладает боль шим многообразием методов исследован ий, среди которых эксперимент — наиболее эффективное и действенное сре дство познания. Именно об эксперименте, как основе естественнонаучного знания, мне хоте лось бы рассказать в своей работе. Очевидно, что многие великие открытия стали возможными только благодар я экспериментальному исследованию. Вот почему, на мой взгляд, знания об о сновных принципах данного метода научного познания так важны и необход имы. Конечно же, нельзя не коснуться других важнейших методов эмпирического познания, таких как наблюдение и измерение. На мой взгляд, разговор об экс перименте, как таковом, невозможен без раскрытия сущности этих методов э мпирического познания. Дело здесь в том, что измерение и наблюдение нера зрывно связаны с экспериментом, и зачастую являются его частью, что обяз ывает меня упомянуть о них достаточно подробно. В своей работе мне, так же, хотелось бы подробно рассказать о значимости п рактических и теоретических знаний : их соотношении и взаимосвязанности. Так же, на мой взгляд, необходи мо коснуться методов обработки результатов полученных в процессе эксп ериментального исследования. Естественно, мне хотелось бы сделать обзо р основных современных средств естественнонаучного исследования : их специфики и достижениях достиг нутых в этой области. 2. Наблюдение, измере ние и эксперимент – неразрывно связанные методы эмпирического познан ия 2.1 Значение наблюдения в систем е эмпирического познания и его связь с экспериментом Наблюдение лежит в основе всех других эмпирических методов п ознания, являясь наиболее элементарным из них. И измерение, и эксперимент включают в себя наблюдение, но пос леднее может быть осуществлено и без первых. В науке наблюдение использу ется для получения эмпирической информации относительно исследуемой о бласти, но главным образом — для проверки и обоснования истинности эмпи рических суждений. Научным наблюдением называется восприятие предметов и явлений действи тельности, осуществляемое с целью их познания. В акте наблюдения можно в ыделить: 1) объект наблюдения; 2) субъект; 3) средства; 4) условия наблюдения; 5) си стему знания, исходя из которой задают цель наблюдения и интерпретируют его результаты. Все эти компоненты акта наблюдения следует учитывать пр и сообщении результатов наблюдения для того, чтобы его мог повторить люб ой другой наблюдатель. Важнейшим требованием к научному наблюдению явл яется требование интерсубъективности. Это подразумевает, что наблюден ие может повторить каждый наблюдатель с одинаковым результатом. Лишь пр и соблюдении этого требования результат наблюдения будет включен в нау ку. Интерсубъективность наблюдения важна потому, что она свидетельствует об объективности результата наблюдения. Если все наблюдатели, повторив шие некоторое наблюдение, получили один и тот же результат, то это дает на м основание считать результат наблюдения объективным научным свидетел ьством, а не ошибкой отдельного наблюдателя. Конечно, интерсубъективнос ть наблюдения не может с достоверностью обосновать его результата, т. к. з аблуждаться могут все наблюдатели (если все они, например, исходят из лож ных теоретических предпосылок), однако интерсубъективность предохраня ет нас от ошибок того или иного конкретного наблюдателя. Результаты набл юдений ученых одной научной эпохи могут быть исправлены или даже отброш ены учеными другой эпохи. Это обусловлено тем, что результат всякого наб людения неявно опирается на определенные гносеологические и конкретно -научные предпосылки, которые могут быть отброшены последующими поколе ниями ученых. Таким образом, результат наблюдения всегда содержит элеме нт субъективности, однако в рамках каждой отдельной научной эпохи интер субъективность наблюдения свидетельствует о его относительной объект ивности. Наблюдения разделяются на непосредственные и косвенные. При непосредс твенном наблюдении ученый наблюдает сам избранный объект. Однако далек о не всегда это возможно. Например, объекты квантовой механики или многи е объекты астрономии невозможно наблюдать непосредственно. О свойства х таких объектов мы можем судить лишь на основе их взаимодействия с друг ими объектами. Подобного рода наблюдения называют косвенными наблюден иями. Косвенное наблюдение опирается на предположение об определенной закономерной связи между свойствами непосредственно наблюдаемых объе ктов и наблюдаемыми проявлениями этих свойств и содержит логический вы вод о свойствах ненаблюдаемого объекта на основе наблюдаемого эффекта его действия. Например, изучая поведение элементарных частиц, физик непо средственно наблюдает лишь их треки в камере Вильсона, которые представ ляют собой результат взаимодействия элементарной частицы с молекулами пара, заполняющего камеру. По характеру треков физик судит о поведении и свойствах изучаемой частицы. Следует заметить, что между непосредствен ным и косвенным наблюдением нельзя провести резкой границы. В современн ой науке косвенные наблюдения получают все большее распространение по мере того, как увеличивается число приборов, используемых при наблюдени и, и расширяется сфера научного исследования. Наблюдаемый предмет возде йствует на прибор, а ученый непосредственно наблюдает лишь результат вз аимодействия предмета с прибором. Наблюдение считают разновидностью научной практики. Это обусловлено т ем, что наблюдение существенно предполагает материальную деятельность , связанную с самим актом чувственного восприятия, использования прибор ов и т. п. Его специфика по сравнению с другими видами практики состоит в т ом, что наблюдение не включает себя непосредственного физического возд ействия на объект (либо этим воздействием можно пренебречь). Но оно являе тся необходимым элементом других эмпирических методов познания — изм ерения и эксперимента , которые опира ются на практические действия с предметами. 2.2 Сущность измерения – необхо димого метода при проведении экспериментов Измерением называют процесс представления свойств реальных объектов в виде числовой величины. В самом общем виде величиной можно на звать все то, что может быть больше или меньше, что может быть присуще объе кту в большей или меньшей степени; числовая величина — такая, которая мо жет быть выражена числом. Таким образом, измерение есть установление чис лового соотношения между свойствами объектов. Измерение — новая ступень в развитии эмпирического познания. Переход о т наблюдения к измерению требует новых приборов и инструментов, а также новых понятии и предположении. Результаты наблюдения обычно выражаютс я с помощью качественных и сравнительных понятии. Качественные понятия — такие, как "теплый", "зеленый", "большой", — обозначают некоторые классы, и, приписывая предмету свойство, выражаемое качественным понятием, мы тем самым включаем этот предмет в определенный класс. Когда мы приступаем к исследованию некоторой новой области явлений, то начинаем с формулиров ания качественных понятий, с помощью которых проводим классификацию пр едметов исследуемой области, опираясь на наблюдение. После образования качественных понятий и разбиения всех предметов на к лассы, мы можем установить некоторые соотношения между классами одноро дных предметов с помощью сравнительных понятий, таких, как "больше", "тепле е", "легче" и т. п. Сравнительные понятия выражают сравнительную степень ин тенсивности свойства. В силу этого упорядочивают все предметы исследуе мой области в последовательность. Например, с помощью понятий "тяжелее", "л егче", "равный по весу" мы можем все предметы расположить в последовательн ость классов, таких, что в один класс попадут предметы, равные по весу, пре дметы каждого предшествующего класса будут легче предметов последующе го класса и предметы последующего — тяжелее предметов предыдущего. Количественные понятия численно выражают степень интенсивности некот орого свойства. Если с помощью сравнительных понятий упорядочиваются в се предметы изучаемой области по степеням интенсивности некоторого пр исущего им свойства, то с помощью количественных понятий приписываются определенные числа степеням интенсивности интересующего нас свойства . Пусть, например, у нас есть последовательность, в которой последующий кл асс содержит более тяжелые предметы, чем предметы предшествующего клас са: деревянные — железные — серебряные — золотые. Мы можем приписать э тим классам некоторые числа: 10 — 15 — 20 — 25. После этого у нас появляется воз можность выражать свойство "быть тяжелее / легче" числом, т. е. измерять его. Именно так действительно измеряется твердость минералов: один минерал считается более твердым, чем другой, если он может оставить царапину на э том втором минерале. Все минералы располагаются в последовательность, в которой каждый следующий является более твердым, чем предшествующий. Ал мазу — самому твердому минералу — приписано число 10; остальным — тем ме ньшее число, чем дальше отстоит минерал от алмаза в данной последователь ности. Измерение описанного вида, опирающееся на сравнительные понятия, еще не вполне совершенно, так как у нас здесь еще нет собственно количественных понятий, и числа, приписываемые нами свойствам объектов, выбираются достаточно произвольно. Однако сравнительные пон ятия могут послужить основой для формирования количественного понятия на базе точных количественных методов исследования. Это оказывается во зможным лишь на основе более глубокого познания сущности изучаемых явл ений и уточнения гносеологических и теоретических предположений относ ительной изучаемой области. Рассмотрим в качестве примера формирование понятия температуры (т. е. ко личественного понятия теплоты). В разговорном языке мы находим качестве нные понятия "теплый", "холодный" и сравнительные понятия — "теплее", "холод нее". Этих понятий нам достаточно для классификации предметов повседнев ной жизни. Однако применить какую-либо количественную оценку теплоты бе з исследования физических причин и связей этого явления с другими явлен иями представляется невозможным, и высказывание "Один предмет в три раза теплее другого" кажется столь же странным, как и высказывание "Небо в Итал ии в три раза голубее, чем в России". Во времена Герона Александрийского бы ло замечено, что воздух расширяется, когда становится более теплым. Связ ь 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 дл я ее осуществления создал термоскоп — прибор, показывающий изменение с остояния нагретости. Термоскоп состоял из трубки с шариком на конце, в ко торой находился воздух. Открытый конец трубки помещался в жидкость. Стол бик жидкости в трубке опускался, когда воздух в шарике становился теплее , и поднимался, когда воздух охлаждался, и его объем становился меньше. Тер москоп Галилея еще не позволяет ввести количественное понятие темпера туры. Этот прибор служит лишь для наглядной фиксации состояний "теплее" — "холоднее". Если раньше при фиксации этих состояний мы могли полагатьс я только на свои субъективные ощущения, то теперь, используя термоскоп, м ы передаем эту функцию объективному процессу изменения объема. Первым настоящим термометром был прибор, изготовленный чле нами Флорентийской Академии опыта. Этот прибор отличался от термоскопа Галилея двумя существенными особенностями. В нем было исключено влияни е атмосферного давления, которое в термоскопе наряду с теплом также вызы вало колебания уровня жидкости в трубке, и термометр, таким образом, был п олностью отделен от барометра. И, что еще более существенно, в приборе фло рентийских академиков была шкала. В основу этой шкалы были положены две постоянные точки, соответствовавшие наиболее низкой и наиболее высоко й температуре, наблюдавшейся в Тоскане. Теплота, являющаяся выражением кинетической энергии молекул тела, не могла быть зафиксирована непосредственно. Ее наглядным предста вителем становится объем тела. Увеличение и уменьшение объема тела, в св ою очередь, представляют как линейное перемещение столбика жидкости. По следнее вполне может быть измерено с помощью обыкновенной линейки. Таки м образом, измерение состояний тепла редуцируется как измерение длины с толбика жидкости, и метрическое понятие температуры возникает как инте рпретация теплоты в линейных мерах. Дальнейшая работа состояла лишь в ус овершенствовании шкалы, в нахождении постоянной точки отсчета и подход ящей 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 п онятия температуры используются различные предположения теоретическ ого характера: что температура тела связана с его объемом; что объем тела изменяется прямо пропорционально изменению степени нагретости тела; ч то базисные точки шкалы соответствуют некоторой постоянной температур е и т. п. В настоящее время количественные понятия часто вводятся на основе теор ии как теоретические понятия (отображающие свойства идеализированных объектов). Когда мы строим теорию относительно некоторой области явлени й, то объектом теории является непосредственно не сама реальная область , а абстрактная, упрощенная модель этой области явлений — идеализирован ный (абстрактный) объект. В этом случае количественные понятия относятся прежде всего к идеализированному объекту теории, и лишь поскольку после дняя отражает реальный объект теории, постольку количественные поняти я с определенной степенью точности применимы к характеристике реальны х предметов. Это применение опять-таки связано с определенными гносеоло гическими и теоретическими соглашениями: о материальном эталоне измер ения, о пределах точности измерения и т. п. В процессе измерения, т. е. в процессе приписывания чисел свойствам объек тов, нужно соблюдать определенные правила для того, чтобы результат изме рения мог претендовать на интерсубъективную значимость. Эти правила на зываются "правилами измерения". Пусть Q обозначает некоторую степень изм еряемого свойства, U— единицу измерения и q — числовое значение соответ ствующей 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 числов ое 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 зн ачения 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 эмпиричес кие соотношения между свойствами разных тел. Например, если речь идет о в есе двух тел, то знак "=" между Q 1 и Q 2 будет означать лишь то, что когда мы кладе м одно тело на одну чашу весов, а другое тело — на вторую чашу, то весы оказ ываются 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 значен ий некоторой величины должно быть равно сумме числовых значений этой ве личины; символически: qU(Q 1 Е Q 2 ) = q 1 U + q 2 U . В формулировке данного правила между Q\ и Qi мы помещаем знак "• $• ", обознач ающий эмпирическую операцию соединения двух значений одной величины. Э ту операцию следует отличать от арифметического сложения. Операция сое динения двух разных значений одной величины не всегда подчиняется данн ому правилу. Величины, соединение которых подчиняется указанному прави лу, называются "аддитивными". Таковыми, например, являются вес, длина, объе м в классической физике. Если соединить вместе два тела, то вес получивше йся совокупности (отвлекаясь от дефекта массы) будет равен сумме весов э тих тел. Величины, не подчиняющиеся указанному правилу, называются "неад дитивными". Примером неаддитивной величины может служить температура. Е сли соединить вместе два тела с температурой, скажем, 20° С и 50° С, то темпера тура этой пары тел не будет равна 70° С. Существование неаддитивных величи н показывает, что при обращении с количественными понятиями мы должны уч итывать, какие конкретные свойства обозначаются этими понятиями, ибо эм пирическая природа этих свойств накладывает ограничения на операции, п роизводимые с соответствующими количественными величинами. (4) Правило единицы измерения. Мы должны выбрать некоторое те ло 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, наприме р, точку замерзания воды и точку ее кипения, и разделяют отрезок трубки ме жду этими точками на определенное количество частей. Каждая такая часть будет единицей измерения температуры — градусом. Единицей измерения д лины является метр, времени — секунда. Хотя единицы измерения выбираютс я произвольно, однако на их выбор накладываются определенные ограничен ия. Тело или процесс, избранные в качестве единицы измерения, должны сохр анять неизменными свои размеры, форму, периодичность. Строгое соблюдени е этих требовании было бы возможно только для идеального эталона. Реальн ые же тела и процессы подвержены изменениям под влиянием окружающих усл овии. Поэтому в качестве реальных эталонов выбирают как можно более усто йчивые к внешним воздействиям тела и процессы. 2.3. Эксперимент – важнейший метод эмпири ческого познания Важнейшим методом эмпирического познания является э ксперимент , который обычно включает в себя наблюдение и измерение, а также непосредственное физическое воздействие на изучае мые объекты. Одной из наиболее характерных особенностей науки Нового вр емени является широкое использование эксперимента в научном исследовании. Эксперимент есть непосредственное материальное воздействие на ре альный объект или окружающие его условия, производимые с целью познания этого объекта. В эксперименте можно выделить следу ющие элементы: 1) цель эксперимента ; 2) о бъект экспериментирования; 3) условия, в которых находится или в которые п омещается объект; 4) средства эксперимента ; 5) материальное воздействие на объект. Каждый из этих элементов мо жет быть положен в основу классификации эксперименто в . Например, эксперименты можно разделять на физические, химические, биологические и т. д. в з ависимости от различия объектов экспериментирования. Одна из наиболее простых классификаций основывается на различиях в целях эксперимента . Целью эксперимента может быть устан овление каких-либо закономерностей или обнаружение фактов. Эксперименты , проводимые с такой целью, называ ются "поисковыми". Результатом поискового эксперимен та является новая информация об изучаемой области. Одн ако чаще всего эксперимент проводит ся 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 э ксперимент 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, напроти в, даст эмпирическое обоснование нашим теоретическим рассуждениям. В со временной науке один и тот же эксперимент все чаще обслуживает разные цели. Эксперимент всегда представляет со бой вопрос, обращенный к природе. Но чтобы вопрос был осмысленным и допус кал определенный ответ, он должен опираться на предварительное знание о б исследуемой области. Это знание и дает теория и именно теория ставит то т вопрос, ответ на который должна дать природа. Поэтому эксперимент как вид материальной деятельност и всегда связан с теорий. Первоначально вопрос формулируется в языке тео рии, т. е. в теоретических терминах, обозначающих абстрактные, идеализиро ванные объекты. Чтобы эксперимент мо г ответить на вопрос теории, этот вопрос нужно переформулировать в эмпир ических терминах, значениями которых являются эмпирические объекты (да нные эмпирически). Рассмотрим на примере экспериментального открытия светового давления этапы подготовки и проведения эксперимента . Идея о том, что свет производит давление на освещаемые тела, бы ла высказана еще И. Кеплером. В корпускулярной теории света И. Ньютона эта идея получила теоретическое развитие и обоснование: поток корпускул, пр едставляющий собой свет, ударяясь о поверхность тела, должен производит ь давление. Из волновой теории X. Гюйгенса также следовало, что световая во лна давит на освещаемые тела. Таким образом, теория поставила вопрос о су ществовании светового давления и предсказала, что ответ на него должен б ыть положительным. Однако долгое время было неясно, как поставить эксперимент для получения ответа на это т вопрос. Создатель электромагнитной теории Дж. К. Максвелл вычислил величину све тового давления. Согласно теории, сила давления зависит от интенсивност и света. Для случая, когда световые лучи образуют параллельный пучок, дав ление р равняется плотности световой энергии и, т. е. энергии в единице объ ема. При этом предполагается, что тело, на которое падает свет, является аб солютно 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 котор ого равен I , давление р , согласно этой формуле, будет равно 2u . Если интенсив ность света, т. е. количество энергии, проходящей через 1 см за 1 сек, обознач ить через J, то плотность лучистой энергии будет равно дроби J: с, где с — ск орость света. Подставив вместо и выражение J: c в формулу для вычисления да вления, получим соотношение р = (J: с) (I + g). Пользуясь последней формулой, Максв елл вычислил, что сила, с которой солнечные лучи в ясный день давят на 1 м че рной поверхности, равна 0,4 мг. Теоретическая основа эксперимента была подготовлена. Световое давление было представлено в виде измеряем ой величины, а вычисленное значений этой величины могло дать представле ние о тонкости и сложности эксперимента . Однако проблема была сформулирована лишь в теоретических терми нах, относящихся к идеализированным объектам и свойствам, с которыми реальное действие невозможно. В расчет Максвелла входили такие понятия, как "абсолютно черное тело", "идеальное з еркало", "интенсивность света" и т. п. Ни наблюдать, ни измерять объекты, обоз наченные этими понятиями, было нельзя. Только после того, как русский уче ный П. Н. Лебедев придал этим понятиям определенный эмпирический смысл, е му удалось построить прибор для обнаружения и измерения светового давл ения. Прибор Лебедева состоял из легкого подвеса на тонкой нити, по краям кото рого были прикреплены очень тонкие и легкие крылышки. Одно из крылышек б ыло зачернено, а другое оставлено блестящим. Подвес помещался в сосуде, и з которого был откачен воздух. Свет от дуговой лампы концентрировался пр и помощи системы линз и зеркал на одном из крылышек и вызывал закручиван ие подвеса, которое можно было наблюдать и замерять. Определенная часть светового пучка подавалась на термоэлемент, который служил для измерен ия величины падающей энергии J. Измерения Лебедевым светового давления с помощью этого прибора дали величину, согласующуюся с предсказанной. На этом примере можно видеть, каким образом теоретическая задача формул ируется как задача экспериментальная. В эксперименте Лебедева световое давление было интерпретировано как наблюдаемое закручивание подвеса, а интенсивность света посредством т ермоэлемента трансформировалась в тепловое расширение. Цель эксперимента , которая, с точки зрения теори и, состояла в обнаружении и измерении светового давления, непосредствен но ставилась как обнаружение и измерение закручивания подвеса. Непосре дственный результат эксперимента с остоял в обосновании эмпирического суждения: "Подвес закручивается". В р езультате теоретического осмысления наблюдаемого положения дел, выраж аемого этим суждением, Лебедев имел возможность сформулировать и такой результат: "Световое давление существует". При рассмотрении последовательности этапов проведения эксперимента на первое место следует поставит ь формулировку проблемы, для решения которой ставится эксперимент . В приведенном выше примере пробле ма формулировалась так: "Существует ли в действительности световое давл ение и если существует, то какова его величина?". Проблема, на которую долж ен дать ответ эксперимент , детермини рует и выбор величин, определяемых в ходе эксперимент а . В рассмотренном выше случае этими величинами была св етовое давление и интенсивность света. Сами эти величины не могли быть о бнаружены и фиксированы в эксперименте . Для того, чтобы войти в экспериментальные процедуры (первый этап), они предварительно должны быть интерпретированы эмпирически, т. е. предс тавлены в виде некоторых других величин, которые можно непосредственно наблюдать и измерять. Второй этап — выбор эмпирической интерпретации теоретических величин — очень важен при подготовке эксперимента . Только после этого наши теоретические построения и расчеты п риобретают эмпирический смысл, а сам эксперимент становится принципиально возможным. В э ксперименте Лебедева световое давление эмпирически б ыло представлено как закручивание подвеса, а интенсивность света — как тепловое расширение в термоэлементе. Закручивание подвеса и тепловое р асширение можно было наблюдать и измерять непосредственно. Третий этап в проведении эксперимента — выбор условий и используемых приборов — определяется эмпири ческой интерпретацией теоретических величин. Если мы хотим, чтобы свето вое давление было представлено, как закручивание подвеса, то мы должны с оздать такие условия, чтобы это закручивание не могло быть вызвано никак им другим воздействием. В эксперименте Лебедева трудность состояла в том, что силы светового давления оч ень малы, и их действие легко перекрывалось рядом других факторов. Среди них наиболее существенными были конвекционные токи воздуха и радиомет рические силы. Когда подвес был окружен воздухом, движение воздушных пот оков могло закручивать его. Чтобы устранить или хотя бы ослабить действи е этого фактора, Лебедев поместил подвес в стеклянный баллон, из которог о воздух можно было выкачать. Радиометрический эффект заключается в том , что освещенная сторона пластинки нагревается сильнее неосвещенной ст ороны, и противоположные стороны испытывают неодинаковое давление газ а, что может также вызвать закручивание подвеса. Чтобы избежать этого, кр ылышки приходилось делать как можно более тонкими. Трудности, связанные с исключением всех побочных эффектов, были в данном случае столь велики, что на их преодоление у Лебедева ушло более трех лет. После того, как выбраны условия эксперимента и исключено влияние всех побочных факторов, наступает четвер тый этап: воздействие на объект, наблюдение его поведения и измерение ко нтролируемых величин. Этот этап можно назвать решающим в проведении эксперимента . Именно для него провод ится вся подготовительная работа, и именно на этом этапе мы получаем отв ет на вопрос теории, обращенный к природе. В эксперимен те Лебедева ответ был положительным, а в эксперименте Майкельсона, например, природа от ветила: "Нет!", — хотя уверенность в существовании эфира была ничуть не ме ньшей, чем уверенность в существовании светового давления. Последний, пятый, этап в проведении эксперимента заключается в обработке полученных данных, их теоретическ ом осмыслении и включении в науку. Закручивание подвеса, наблюдавшееся в эксперименте , истолковывается как в ызванное световым давлением. Отсюда делается вы- вод, что давление света действительно существует, и утверждение об этом включается в теорию как получившее экспериментальное обоснование. Рассмотрение структуры и этапов проведения эксперим ента позволяет дать более обоснованный ответ на вопро с о соотношении теории и эксперимента . Эксперимент , как легко замет ить из сказанного выше, отнюдь не противопоставлен теории и не выступает как нечто, находящееся целиком вне теории. Эксперимен т неотделим от теории, ибо он существенно зависит от тео рии. Как человеческий глаз для того, чтобы быть органом зрения, должен сое диняться с мозгом в единую функциональную систему, так и эксперимент , для того чтобы служить средством получения знания, должен соединяться в единую систему с теорией. Роль те ории в создании эксперимента особен но ярко проявляется в существовании такой формы познания (но не практиче ской деятельности!), как мысленный эксперимент , т. е. мысленное представление операций с мысленно представимы ми объектами. Вообще всякий эксперимент при его обдумывании и планировании выступает вначале как мыслен ный эксперимент . Но если обычный (мат ериальный) эксперимент обязательно включает в себя материальную деятельность с реальными вещами и процесс ами, что заставляет нас при планировании эксперимент а рассчитывать на реальные приборы, реальные окружающ ие условия и конкретную эмпирическую интерпретацию теоретических поня тий, то мысленный эксперимент отлича ется тем, что один из этапов его проведения — реальное воздействие на ре альный объект — отсутствует. Это позволяет нам включать в эксперимент идеализированные объекты, идеаль ные приборы и идеальные условия. Такого рода эксперим ент целиком находится внутри теории, и его отличие от об ычного теоретического рассуждения заключается лишь в том, что он опирае тся на наглядные образы и представления. Однако следует подчеркн уть, что наблюдение, измерение и эксперимент , хотя и тесно связаны с теоретическими соображениями, яв ляются разновидностью практической деятельности. Осуществляя рассмот ренные эмпирические процедуры, мы выходим за рамки чисто логических рас суждений и обращаемся к материальному действию с реальными вещами. В кон ечном итоге только через посредство такого действия получают подтверж дение или опровержение наши представления о действительности. В эмпири ческих познавательных процедурах наука вступает в непосредственный ко нтакт с отображаемой ею действительностью — именно в этом заключается громадное значение наблюдения, измерения и экспери мента для научного познания 3. Роль экспериментальных исследований в историческом развитии е стествознания 3.1 Особенности периода начала Н ового времени и его связь с экспериментальным познанием С XVII века начинается Новое время. Философия Возрождения подг отовила новый тип философствования, отвергавший схоластику, теоцентри стские построения, которые перестали удовлетворять требованиям объясн ения новых социальных реалий. В XVII веке укрепился капиталистический способ производства. Ра звитие экономики требовало расчетов национального дохода, индивидуаль ных доходов, численности рождаемости и смертности и т.д. Предприниматель ский расчет становится нормой повседневной жизни. Его основа - количеств енная оценка. Расчет, количественная оценка влияют на человеческие отно шения, проникают во все сферы человеческой практики. Университетская наука, увлеченная проблемами античности и занявшаяся отвлеченными от практических потребностей вопросами, оказалась своего рода "закрытой системой", изолировавшей себя от реальных потребностей о бщества. Поэтому развитие естествознания в это время осуществлялось преимущественно вне университетской науки. Особенность этого периода характеризовалась следующим образом: "Неудо влетворенность технической интеллигенции состоянием университетско й науки имела вполне реальные практические основания, - она была продикт ована жизненно необходимой потребностью. Несмотря на то, что производст во было в основном "мануфактурным", в практику строительного дела, трансп орта, военного дела и некоторых видов производства вошли новые устройст ва, машины и приспособления. Разработка технологических правил и новых к онструкций опиралась, как и прежде, на пробные производственные эксперименты . Но теперь они касались уже не тех простейших машин, на которых строилась техника Средневековья, напро тив, эти опыты относились к целым узлам новых механических и гидравличес ких устройств. Варьирование условий и анализ результатов пробного опыта стали горазд о более сложными, менее наглядными и труднее обозримыми. Производственн икам, инженерам, конструкторам требовались руководящие научные указан ия, чтобы лучше и быстрее разобраться в результатах пробных технических экспериментов . Но дальнейшее усовер шенствование техники и повышение качества изделий упирались в главное противоречие эпохи - противоречие между сравнительно высоким уровнем д остигнутых к этому времени технологических знаний и резким отставание м от них многих отраслей естествознания и особенно физики". Несомненно, что возникновение интереса к опытному ес тествознанию во многом обязано Ф.Бэкону. Вместе с тем в условиях отставания теоретического естествознания от практических успехов техники важно было научное обо бщение результатов технического опыта. Прежде всего, возникла необходи мость в усовершенствовании методов измерения и технологических приемо в создания физических аппаратов. Накопленный опыт в машиностроении име л важное значение, и его можно было использовать. В этих условиях разры в между более высоким экспериментальным уровнем физики и более низким у ровнем физических теорий мог быть ликвидирован с помощью эксперимента льной науки. (Метод теоретической физики будет создан Ньютоном позже, в к онце XVII века). В этом русле и проявилась методология Бэкона, ориентировавш ая на постановку экспериментов , спос обствующих открытию новых законов. Принцип количественного измерения в экспериментальных исследованиях становится основой естествознания . Это находит свое выражение в изобретении разнообразных измерительных приборов - хронометров, биометров, термометров, весов и т.д. Таким образом, вслед за машиностроительной отраслью возникает приборостроительная. П отребности практики, увеличившиеся с созданием торговых и промышленны х компаний, ставят вопрос о необходимости повышения эффективности физи ческих исследований. Для этого была важна организационная и материальн ая поддержка науки. Создаются "Академия опыта" во Флоренции (1657 г.), Лондонск ое Королевское общество (1662 г.), Королевская Академия наук в Париже (1666 г.), Бер линская академия (1672 г.). В этих условиях потребность в методе построения физических теорий стал а ощущаться еще острее. Бэкон исходил из того, что критериями правильной физической теории должны выступать применимость теории на практике, а т акже способствование развитию самой науки, принижая при этом роль матем атики. Декарт, напротив, образцом считает не экспериментальную физику с ее индуктивным методом, а математику. Критерием достоверности физическ ой теории, но Декарту, является его соответствие дедуктивно полученным в ыводам, ее внутренняя логическая последовательность. Декарт полагал, чт о бог может осуществлять физическое явление бесчисленным количеством способов. Это обусловило его представление о множестве вариантов теори й Важно отметить призн ание Декартом возможной неоднозначности физической теории, что явилос ь следствием познания, каким способом бог реализовал данное физическое явление. Иначе говоря, соответствующая дедуктивным выводам теория оказ ывается лишь наиболее вероятной из числа возможных. Иную позицию занимал Ньютон. Для него было важно однозначно выяснить с п омощью экспериментов и наблюдений с войства изучаемого объекта и строить теорию на основе индукции без испо льзования гипотез. Он исходил из того, что в физике как экспериментально й науке места для гипотез нет. Признавая небезупречность индуктивного м етода, он считал его среди прочих наиболее предпочтительным. Для Италии, выступавшей в числе лидеров научного прогресса, это имело не гативные последствия - развитие физических идей было заторможено. В Англ ии ситуация сложилась иная. Р.Бойль обосновал концепцию, согласно которо й естествознание выступает опорой р елигии, благодаря чему церковную реакцию удавалось сдержать. В целом же естествознание XVII века, отказавшееся от аристотелевских концепций, сочетает в себе опору на эксперимент , количественное измерение изучае мых явлений с аргументами теологического характера. 2. Роль экспериментального поз нания в механике Г. Галилея и начало критики аристотелевской физики Если началом периода торжества нового, экспериментального по дхода в естествознании принято счит ать гелиоцентрическую концепцию Коперника, учение об электричестве и З емле как о большом магните У. Гильберта (1600 г.) и открытие У.Гарвеем кровообр ащения (1628 г.), то завершением данного периода - утверждение коперниканской системы благодаря вкладу Г.Галилея. Гелиоцентрической концепции Копер ника понадобилось время для своего утверждения. Борьба за ее утверждени е для Бруно закончилась печально, да и одной демонстрации уверенности в ее истинности было мало - необходимы были более серьезные аргументы. Де ло в том, что в первоначальном виде гелиоцентрическая концепция Коперни ка не содержала точного описания орбит планет и убедительных аргументо в для объяснения невоспринимаемости органами чувств движения Земли. Первая задача была решена Тихо Браге и Иоганом Кеплером, вторая, связанн ая с созданием динамики, - Галилео Галилеем. Непригодность аристотелевск ой парадигмы понимал уже Леонардо да Винчи, выступивший против учения о противоположности земного и небесного. Но его работы остались не опубли кованными. Д.Бруно сделал выводы философского характера из учения Н. Коп ерника, а И. Кеплер систему Коперника привел в соответствие с новейшими а строномическими данными. Перед Галилеем встала задача обосновать кон цепцию Коперника физически. Использование телескопа позволило Галилею выявить несоответствие наблюдаемой картины аристотелевской концепци и. Открытие спутников Юпитера позволило ему наглядно продемонстрирова ть модель коперниковской системы и утвердить преимущество наблюдения над умозрительными построениями. Однако утверждения преимущества метода наблюдения над умозрительными аргументами для утверждения системы Коперника было недостаточно. Важн о было объяснить, почему вращение Земли не сопровождается ураганным вет ром, направленным в противоположную движению Земли сторону, а также, поч ему подброшенные вверх тела не остаются позади. Для ответа на эти вопрос ы требовалось изучение свободного движения тел. Данная проблема имела в ажное и практическое движение, поскольку была связана с движением ядер п ри стрельбе из пушек и вообще движением метательных снарядов. Существов авшим теориям, объяснявшим это движение, недоставало математического о боснования. В "Диалогах о двух новых науках" Галилей дал математическое о писание движения тел (работа была опубликована уже после осуждения Гали лея за его "Диалог о двух главнейших системах мира"). Галилей, отбросил предшествующие воззрения на объяснение движения тел, обратился к эксперименту как методу исследования. Для проведения измерений падения тел он использовал маят ник и наклонную плоскость, а также сбрасывание тел с Пизанской башни. Аристотелевская физика признавала естественные и насильственные движ ения. Поскольку движение нашей планеты относилось к естественному виду движения, то выявилось противоречие между аристотелевским пониманием естественного движения как вызываемому стремлением тела занять свое "е стественное место", с одной стороны, и движением планеты вокруг Солнца по замкнутым траекториям. Поэтому прежде всего было необходимо исследова ть природу "естественного движения", т.е. падения тел. Эта проблема исследовалась физиками и до Галилея, но никто из них не мог у становить величину скорости падения тел в единицу времени. Галилей поня л, что установить это можно лишь в эксперименте . Но необходимо было найти способ уменьшить скорость движения падающего тела без искажения условий свободного падения. Галилей испол ьзовал в этих целях движение по наклонной плоскости. Проведение многокр атных экспериментов с движением тел по наклонной плоскости, а также с помощью маятника позволило Галилею сфо рмулировать закон: законы свободного падения и движения тел по наклонно й плоскости и показать ошибочность представлений Аристотеля об естест венном и насильственном падении. Аристотель утверждал, что движущееся тело останавливается, если сила, ег о толкающая, прекращает свое действие. Галилей установил, что если на тел о не действуют никакие силы, то оно покоится или движется равномерно и пр ямолинейно. Таким образом, Галилей показал ошибочность представлений А ристотеля об естественном и насильственном движении. Рассматривая движение тела по наклонной плоскости, Галилей делает важн ый шаг в выработке представлений об инерции - одной из важнейших идей мех аники. Хотя ему и не удалось дать полную и точную формулировку закона ине рции, он выявил способность тел сохранять свою скорость. Использование з акона инерции в своих экспериментах позволило Галилею сформулировать идею относительности движения и обос новать систему Коперника. Если бросить с башни шар, то он вследствие силы инерции будет двигаться в месте с башней и упадет у ее подножия. При движении Земли нет вихря, т.к. атм осфера движется вместе с Землей. Отсюда следовало, что в механическом эксперименте нельзя выявить, движет ся система равномерно и прямолинейно или покоится - движения в той и друг ой системах осуществляются одинаково. Для обоснования динамики важней шее значение имело установление независимости ускорения свободного па дения от массы тела (Аристотель, как известно, считал, что скорость падени я тела пропорциональна его массе). Если пренебречь сопротивлением возду ха, то, как выявил Галилей, скорость падения всех тел одинакова и пропорци ональна времени падения, а пройденный в свободном падении телом путь про порционален квадрату времени. Кроме законов равноускоренного движения Галилей открыл и закон незави симости скорости падения от сообщенной телу при бросании горизонтальн ой скорости. Сила тяжести, действуя на находящееся в состоянии покоя тел о, в первую секунду падения тела придает ему скорость в 9, 8 м/с, в следующую с екунду увеличит скорость на ту же величину - скорость падения пропорцион альна времени падения. Математическое описание экспериментов , осуществленное Галилеем, имело для развития е стествознания весьма важное значение. Соединение эксперимента и точного математического анализа дало возможность решить задачу свободного падения тел, показав , что в воздушном пространстве тела в падении двигались бы по параболиче ской траектории. Этим был задан определенный образец метода физики, кото рый во многом предопределил в последующем развитие физики. Галилей зало жил основы современной механики. Им была четко выражена мысль, что единс твенными свойствами действительности, которые можно описать математич ески, являются протяженность, положение и плотность. Эта мысль по сути св оей была программой сведения экспериментальных исследований к таким п ервичным качествам, как размер, форма, количество и движение. Для того, чтобы экспериментально-математический метод приобрел всеобщ ее призвание, Галилею необходимо было сокрушить учение Птолемея о систе ме небесных сфер и аристотелевскую физическую парадигму, господствова вшую почти два тысячелетия в качестве основы естеств ознания и обществознания. Именно эту задачу и преследо вал его "Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и копернико вой". Именно это и вызывало его конфликт с церковью, поскольку новые идеи у грожали устоям церковного учения и общественного порядка. В основе конф ликта лежало противоречие науки и догм религии. Осуждение Галилея и его вынужденное согласие отказаться от своего учен ия привлекло внимание естествоиспытателей к осознанию сути конфликта и способствовало становлению новой экспериментальной науки и распрост ранению коперниканского учения. Спустя всего менее полувека Ньютон в св оей теории всемирного тяготения объединит законы, установленные Кепле ром и Галилеем. 3.3 Антиперипатетический харак тер экспериментальных физических концепций Нового времени Галилей, подготовив почву для фундамента динамики, определ ил программу дальнейших исследований, но еще в общих чертах. Продолжател ем его работ был Э.Торричелли. Он распространил идеи Галилея на теорию дв ижения жидкостей и вывел формулу, с помощью которой определяется скорос ть вытекания жидкости из сосуда через отверстие в его стенке, заложив те м самым основы гидродинамики. Но главное его достижение - открытие атмос ферного давления. Еще Галилей знал о наблюдениях флорентийских водопро водчиков, что вода поднимается не выше определенной высоты. Торричелли предположил, что воздух оказывает на нее определенное давле ние, которое и попытался измерить. С этой целью была использована закрыт ая с одного конца трубка, заполненная ртутью. Когда ее свободным концом о пустили в воду, то уровень ртути в ней понизился, а над поверхностью ртути образовалась пустота. Происхождение этой "торричелевой пустоты" было об ъяснено следующим образом: давление на поверхность ртути в чашке уравно вешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря составила 760 мм. Так был изобретен барометр. Так рухнула еще одна пери патетическая догма - о "боязни пустоты". Декарт предложил, а Б.Паскаль реализовал идею измерения атмосферного да вления на различных высотах - в результате была установлена зависимость высоты ртутного столба от высоты места измерения и от состояния погоды. Это означало рождение научной метеорологии. О.Герике своими опытами с "м агдебургскими полушариями" подтвердил существование атмосферного дав ления. Паскаль сформировал основной закон гидростатики; известный как з акон Паскаля: давление на поверхность жидкости, производимое внешними с илами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях. На нем основ ано действие гидравлического пресса. Паскалем был открыт также закон со общающихся сосудов. К успехам в развитии экспериментальной физики XVII века с полным основанием могут быть отнесены исследования в области электричества и магнетизма У.Гильберта. Предположив, что Земля является магнитом, он впе рвые объяснил поведение магнитной стрелки компаса влиянием его полюсо в. Им было введено в физику понятия электричества (электрическими телами он назвал предметы, подобные янтарю, которые способны после натирания п ритягивать к себе легкие предметы), положив начало изучение электрическ их явлений. Роберт Бойль опроверг мнение сторонников аристотельской физики о том, ч то в трубке Торричелли ртуть удерживается невидимыми нитями, установив в 1662г. один из газовых законов: произведение объема данной массы идеально го газа на его давление постоянно при постоянной температуре (позже этот закон независимо от Бойля установил Мариотт, поэтому данный закон носит название закона Бойля-Мариотта). Бойль отверг перипатетическое предста вление о цвете как о специфическом качестве тела, объяснив его количеств ом отраженного света. О.Герике создал первую электрическую машину в виде шара из серы, который вращался на железной оси, обнаружил явления электрического отталкиван ия и электрических разрядов. Х.Гюйгенс изобрел маятниковые часы со спуск овым механизмом, манометр для измерения низких давлений установил зако ны колебания маятника, создал волновую теорию света, заложил основы теор ии удара. В "Трактате о свете" им сформулирован принцип распространения волны, изв естный как принцип Гюйгенса-Френеля, который гласит: каждая точка простр анства, которой достигла в данный момент распространяющаяся волна, стан овится источником элементарных сферических волн. На основе этого принц ипа были введены законы отражения и преломления света. Гюйгенс первый ус тановил явление поляризации света. Им было установлено, что центрострем ительное ускорение пропорционально квадрату скорости и обратно пропор ционально радиусу окружности, что способствовало разработке ньютоновс кой теории движения тел. 3.4 Особенности картезианской ф изики и место в ней эксперимента Весьма значительная роль в развитии естест вознания (и физики в частности) XVII века принадлежит Р.Дек арту, высказавшему закон сохранения количества движения и давшему поня тие импульса силы . Проблемы физики заняли значительное место в его "Началах философии". Пос кольку опыт прямых нападок на религиозные догмы в это время был весьма п ечальным (сожжение Бруно и Сервета), Декарт постарался занять позицию, по зволявшую уклониться от конфликта с церковью и тем самым обеспечить воз можность развиваться науке в течение нескольких столетий. Он очень точн о сформулировал деление Вселенной на физическую и моральную части. Такое деление было следствием сведения им чувственного опыта к механик е и геометрии. Вслед за Галилеем Декарт единственными физическими реаль ностями считал протяженность и движение (понимаемое как механическое п еремещение), которые рассматривал в качестве первичных качеств. К вторич ным качествам он отнес цвет, вкус, запах. За их пределами находилась облас ть страстей, воли, любви, веры. Физика занимается, главным образом, первичн ыми качествами, которые можно измерять. Вторичными качествами физика за нимается в меньшей мере. Третьи же качества относятся к сфере откровения , поэтому наука ими не занимается. Живой организм представлялся Декартом в виде машины, механизма, управля емым в соответствии с физическими принципами, с одной стороны, и разумом, волей - с другой. Подобное разделение дало возможность ученым проводить исследования, не вмешиваться в дела религии и, следовательно, не вступая в конфликт с церковью. Более того, система Декарта позволяла доказывать бытие бога не менее убедительно, чем предшествовавшие способы доказате льства: его тезис "Я мыслю, следовательно существую" позволял сделать выв од о том, что раз люди могут представить себе существо более совершенное, чем они сами, то оно должно существовать. Декарт сформулировал три закона природы: 1. Всякая вещь находится в одном и том же состоянии, пока другие вещи не зас тавят ее изменить данное состояние. 2. Всякое движущееся тело стремиться продолжать свое движение по прямой. 3. Если движущееся тело встретит другое, сильнейшее тело, оно ничего не тер яет в своем движении; если же оно встретит слабейшее, которое может подви нуть, оно теряет столько, сколько тому сообщает. Легко видеть, что данные законы по сути являются чисто экспериментальны ми. Система Декарта явилась смесью заключений, опирающихся на эксперимент , с дедуктивными заключениями, осно ванными на совершенно ясных первоначалах (чего требовал метод Декарта). Цели, к которым стремились Бекон и Декарт, были общими - сделать человека г осподином природы. И тот, и другой подняли авторитет экспериментальной н ауки, вытеснившей схоластику. Декарт утверждал, что в природе существует определенное количество движения, которое никогда не возрастает и не уб ывает. Так как материя, в представлениях Декарта, однородна и характеризуется т олько свойством протяженности, то понятие количества материи оказывае тся практически тождественным понятию объема тела. При анализе столкно вений тел Декарт пользовался понятием силы, которая зависела от величин ы тела, в которое заключена, от скорости движения и способа столкновения тел. Здесь содержится формулировка закона сохранения импульса и закона инерции, хотя понятие импульса еще довольно размыто и выступает как скал ярная величина. Декарт, в отличие от Ньютона, говорит о состоянии вообще, а не о состоянии равномерного и прямолинейного движения. Важно, что, по Декарту, инерция т ела зависит от его скорости. Важно и то, что физика Декарта не признавала с ил, действующих через пустоту на расстоянии. В ней существовали лишь вза имодействия соприкасающихся тел. Приведенные выше примеры, свидетельствуют лишь о небольшой части той ро ли, которую играет экспериментальное познание в развитии науки. Конечно же, позднее вышерассмотренного периода было сделано еще немало открыти й основанных на экспериментальном методе исследования. Но, что бы описат ь всю эту последовательность, естественно, невозможно остаться в рамках моей работы. Именно поэтому, мне хотелось бы ниже перейти к современному состоянию в области экспериментального исследования. 4. С овременные средства естественно-научных исследований 4.1 Специфика современн ых экспериментальных и теоретических исследований На протяжении всех этапов эксперимента естествоиспытате ль руководствуется в той или иной форме теоретическими зна ниями. В посл еднем столетии в силу ряда объективных причин основной профессиональн ой деятельностью некоторых ученых стала исключительно теоретическая р абота. Одним из первых ученых, который не проводил никаких экспериментов , был не мецкий физик Макс Планк. Произошло, таким обра зом, деление естествоиспытателей на профессиональных теоретиков и экс периментаторов. Во многих отраслях естествознания возникли эксперимен тальные и теоретические направления и в соответствии с ними появи лись специализированные лаборатории и даже институты, на пример Институт те оретической физики. Такой процесс наибо лее активно проходит во второй половине XX столетия. В прежние времена не только Ньютон и Гюйгенс, но и так ие вы дающиеся теоретики, как Максвелл, обычно сами эксперимен тально пр оверяли свои теоретические выводы и утверждения. В последние же десятил етия только в исключительных случаях теоретик проводит эксперименталь ную работу, чтобы подтвер дить выводы своих теоретических изысканий. Одна из существенных объективных причин профессио нальной обособленн ости экспериментаторов и теоретиков за ключается в том, что технические средства эксперимента зна чительно усложнилась. Экспериментальная ра бота требует кон центрации больших усилии, она не под силу одному челове ку и выполняется в большинстве случаев целыми коллективом на учных рабо тников. Например, для проведения эксперимента с применением ускорителя, реактора и т.п. требуется относи тельно большой штат научных сотруднико в. Поэтому даже при большом желании теоретик не в состоянии проверить на прак тике свои теоретические выводы и предложения. Еще в 60-е годы нынешнего столетия, когда практически все отра сли естествознания находились на подъеме, академик П.Л. Капица с тревого й говорил о разрыве между теорией и экспериментом, между теорией и жизнь ю, между теорией и практикой, отмечая отрыв теоретической науки от жизни, с одной стороны, и, с другой стороны, недостаточно высокое ка чество экспе риментальных работ, что нарушает гармоническое развитие науки. Гармоническое развитие естествознания возможно тогда, когда теория опирается на достаточно крупную эксперимен тальную базу. А это о значает, что для экспериментатора нужна хорошая материальная база: поме щение со всевозможным спе циальным оборудованием, большой набор высоко чувствитель ных приборов, специальные материалы, мастерские и т.п. Тем пы развития естествознания в значительной степени обуслов ливаются сове ршенством такой материальной базы. Отрыв теории от эксперимента, опыта, практики наносит громадный ущерб пр ежде всего самой теории и, следовательно, науке в целом. Отрыв от опыта и ж изни характерен не только для естествоиспытателей, но и для философов, з анимающихся философскими проблемами естествознания. Ярким примером мо жет служить отношение некоторых философов к кибернетике в конце 40-х — на чале 50-х годов, когда в отечественных философ ских словарях кибернетика н азывалась реакционной лженаукой. Если бы ученью руководствовались так им определением киберне тики, то, очевидно, освоение космоса и создание с овременных наукоёмких технологий не стало бы реальностью, так как сложн ые многофункциональные процессы, вне зависимости от их области примене ния, управляются кибернетическими системами. Работа крупных ученых-естествоиспытателей, внесших боль шой вклад в раз витие современного естествознания, несомнен но проходила в тесной взаи мосвязи теории и эксперимента. Поэтому для развития естествознания на з доровой почве вся кое теоретическое обобщение должно непременно прове ряться на опыте. Только гармоническое развитие эксперимента и тео рии с пособно поднять на качественно новый уровень все от расли естествознан ия. 4.2 Современные методы и технические средства эксперимента Экспериментальные методы и технические средства совреме н ных естественно-научных исследований достигли высокой сте пени совер шенства. Многие технические устройства экспери мента основаны на физич еских принципах. Но их практическое применение выходит далеко за рамки ф изики — одной из от раслей естествознания. Они широко применяются в хим ии, биологии и других смежных естественных науках. С появлени ем лазерно й техники, компьютеров, спектрометров и другой совершенной техники стал и доступны для экспериментального исследования неизвестные ранее явле ния природы и свойства материальных объектов, стал возможен анализ быст ропротекающих физических и химических процессов. 4.2.1 Лазерная техника. Для экспериментальных исследований многих физических, химич еских и биологических процессов весьма важны три направления развития лазерной техники; • разработка лазеров с перестраиваемой длиной волны из лучения; • создание ультрафиолетовых лазеров; • сокращение длительности импульса лазерного излучения до 1 пс (10 -12 с) и меньше. Чем шире спектр излучения лазера, в котором он может пе рестраиваться, те м ценнее такой лазер для исследователя. Сре ди лазеров с перестраиваемо й длиной волны широко применя ются лазеры на красителях. Длина волн излу чения таких лазе ров охватывает спектр от ближней ультрафиолетовой обл асти до ближней инфракрасной, включая видимый диапазон, и легко перестра ивается в этом спектре. К настоящему времени разра ботаны лазеры, длина в олны которых составляет менее 300 нм, т.е. соответствует ультрафиолетовой о бласти. К таким лазерам относится, например, криптон-фторидный лазер. Разрабатываются лазеры, длительность импульса излучения которых соста вляет менее 1 нс. Такие лазеры, несомненно, по зволят определить механизм физических, химических и биоло гических процессов, протекающих с чрезвы чайно высокой ско ростью. Трудно перечислить все области применения лазеров для ис следования мн огообразных химических процессов. Можно назвать лишь некоторые из них: в фотохимии лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффек тивно использовать солнечную энергию; с помощью лазе ров разделяются изотопы, например, производится очистка изотопов урана и плутония; лазерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха; в биологии лазеры дают возмож ность изучать живые организмы на клеточном уровне. Весьма многообразны применения лазеров в химической кинетике при исследовании различных процессов, длительность которых с о ставляет от 10 - 6 до 10 -12 и мене е секунд. Возможности естественно-научных исследований расширя ютс я с применением лазеров на свободных электронах. Принцип действия таких лазеров основан на том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью, б лизкой к скорости света, в перио дически изменяющемся магнитном поле в н аправлении движе ния электронов возникает излучение света. Эксперимен т пока зывает, что лазеры на свободных электронах отличаются высо кой эф фективностью перестройки длины волны при большой мощности излучения в широком диапазоне — от микроволно вого излучения до вакуумного ультра фиолета. 4.2.2 Синхротронные источн ики излучения. Синхротроны применя ются не только в физике высоких энергий д ля исследования ме ханизма взаимодействия элементарных частиц, но и для генера ции мощного синхротронного излучения с перестраиваемой длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентге новской областях сп ектра. Исследование структуры твердых тел, определение расстояния межд у атомами, изучение строения мо лекул органических соединений — успешн ому решению этих и других задач способствует синхротронное излучение. 4.2.3 Экспериментальные ме тоды расшифровки сложных структур. Для идентификации и анализа сложных структур, в частности для анализа сложных молекул, необходимо управлять химиче скими процессами и затем определять состав и структуру про дуктов реакций. Предложенные физиками эффективные методы экспериментальных исследований макрообъ ектов на молекулярном уровне — ядерный магнитный резонанс, оптическая спек троскопия, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, нейтро нография и т.п. — позволяют исследовать состав и струк туру необычайно с ложных молекул, что способствует изучению, например, химической природы жизненно важных биологиче ских процессов. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основан на ана лиз е взаимодействия магнитного момента атомных ядер с внеш ним магнитным п олем. Это один из важнейших методов в раз ных отраслях естествознания, в о собенности, в химии: химии синтеза, химии полимеров, биохимии, медицинско й химии и т.п. С помощью метода ЯМР можно определить, например, хи мическое окружение атомов водорода даже в таких сложных мо лекулах, как сегменты ДНК. Прогресс и развитии спектроско пии ЯМР зависит от возможности созд ания сильного магнит ного поля, которое можно получить с помощью компак тных сверхпроводящих магнитов. Созданный в 1973 г. томограф, ос нованный на Я МР, позволяет наблюдать картину распределения химических отклонений и Концентрации ядер таких крупных объектов, как тело человека, что весьма важно при диагностике ряда заболеваний, в том числе и злокачественных оп ухолей. Оптическая спектроскопия позволяет анализ ировать спектр излучения вещества, находящегося в различных агрегатны х состояниях: твердом, жидком, газообразном. Спектральный анализ - физиче ский метод качественного и количественного опреде ления состава вещес тва по его оптическому спектру излучения. В качественном спектральном а нализе полученный спектр ин терпретируют с помощью таблиц и атласов спе ктров элементов и индивидуальных соединений. Содержание исследуемого вещества при количественном спектральном анализе определяют по относи тельной или абсолютной интенсивности линий или полос спектра. С применением лазерного источника излучения и персо нального компьюте ра возможности оптического спектрометра значительно расширяются: тако й спектрометр способен обнару жить отдельную молекулу или даже атом люб ого вещества. С помощью метода индуцированной лазерной флуоресцен ции можно регистр ировать загрязнение воздуха на расстоянии около двух километров. В масс-спектроскопии исследуемое вещество вначале пре вра щается в газовую фазу, затем газ конденсируется и ионы ус коряются до зад анной кинетической энергии электрическим по лем. Масса частиц может быт ь определена двумя способами: измерением радиуса кривизны траектории и она и измерением времени пролета им заданного расстояния. Масс-спектрометры отличаются высокой чувствительностью и мо гут обнаружить, например, три атома изотопа 14 С среди 10 16 атомов 14 С . Такое содержание изотопа 14 С соответствует, со гласно радиоизотопному методу определе ния возраста пород, возрасту в 70000 лет. Масс-спектрометрия широко применяе тся для анализа элементов, определения изотопного состава и строения мо лекулы в таких областях, как производство инте гральных схем, металлург ия, ядерная, нефтяная, фармацевтиче ская и атомная промышленность. Комбинированные приборы — хроматомасс-спектрометры позволяют обнару жить в питьевой воде галогеноуглеводороды и нитрозамины, а также опреде лить небольшие концентрации од ного из самых ядовитых веществ — изомер ов диоксина. Сочетание газового хроматографа с масс-спектрометром — лучший аналит ический прибор для работы со сложными смеся ми, позволяющий решать разн ообразные задачи химии, биоло гии, геохимии, экологии, криминалистики и д ругих наук. Однако вплоть до недавнего времени применение такого прибор а огра ничивалось лишь легко испаряемыми веществами. С разработ кой спо собов десорбции ионов из твердых образцов путем бом бардировки их ионам и, фотонами или нейтральными частицами границы применения масс-спектро скопии значительно расши рились. Существенно увеличились предельные м олекулярные массы соединений, исследуемых методом масс-спектроскопии. Например, плазменная десорбция с применением бомбарди ровки продуктам и деления радиоактивного калифорния-252 позволила получить ионы с молеку лярной массой 23000 и про извести их масс-спектральный анализ. С помощью поле вой и лазерной десорбции можно получить масс-спектральные харак терист ики фрагментов ДНК. Для идентификации неизвестного вещества методом ма сс-спектроскопии достаточно всего 10 -10 г соединения. В плазме крови масс-спектрометр регистрирует ак ти вное вещество марихуаны в концентрации 0,1 мг на кило грамм массы тела. Современные электрохимические методы в сочетании с вы сок очувствительной аппаратурой открывают новые возможности исследовани я структуры и функций живой клетки: с помощью электродов, площадь которы х составляет всего лишь несколько микрометров, можно регистрировать пр оцессы, происходящие внутри клетки. Для определения строения молекул необходимо знать про странственное р асположение атомов. Зная молекулярную струк туру, легче понять физическ ие и химические свойства соедине ния, механизмы химических реакций и ид ентифицировать но вые соединения. Один из наиболее распространенных ме тодов исследования молекулярных структур — рентгеноструктурный анал из, основанный на явлении дифракции, позволяет изучать все те соединения , которые удается получить в кристаллическом состоянии. Современные ком пьютеры расшифровывают рентге нограмму довольно сложной молекулярной структуры. Рентге ноструктурный анализ способствовал получению фером онов на секомых, применяемых для борьбы с вредителями в сельском хозяйс тве, и изучению гормонов роста, необходимых для увели чения производств а пищи и биомассы. Рентгеноструктурный анализ дополняет нейтронография, ос нованная на д ифракции нейтронов. Для нейтронографии необ ходимы потоки нейтронов, ко торые получаются в ядерных реак торах, что несколько ограничивает приме нение данного метода. Отличительная особенность нейтронографии — выс окая точ ность определения расстояния между атомами. Нейтронография ус пешно применяется при определении структур сверхпровод ников, рибосом ы и других сложных молекулярных образований, а также расположения прото нов, участвующих в образовании водо родных связей, определяющих строени е белков. 4.3 Важнейшие достижени я современного естествознания в практической области Несмотря на отставание экспериментальных исследований о т теоретических, в естествознании второй половины XX столетия благодаря развитию экспериментальной базы достигнуты значи тельные успехи. Нево зможно перечислить все достижения во всех отраслях естествознания, но м ожно однозначно утверждать, что большинство из них воплотилось в соврем енных наукоемких технологиях. Высокотемпературная сверхпроводимость, молеку лярные пучки, химические лазеры, достижения ядерной химии, химич еский синтез ДНК, клонирование и т.п. — вот некоторые очень важные достиж ения современного естествознания. 4.3.1 Высокотемпературная сверхпроводимость. История сверхпро водимости начинается с 1911 г, когда датский уч еный X. Камерлинг-Оннес, исследуя электрическое сопротивление охлажденн ых металлов, обнаружил, что при охлаждении ртути до температуры жидкого гелия, составляющей около 4,2 К, электри ческое со противление этого металла скачком уменьшается до нуля. А это о значает, что металл при данной температуре переходит в сверхпроводящее состояние. По мере синтеза новых материалов сверхпроводников температ ура перехода их в сверхпроводящее состояние неуклонно повышалась. В 1941 г. для бинарного сплава NвN была установлена температура сверхпроводящего перехода около 15 К, а в 1973 г. — п римерно 23 К для другого бинарного сплава — NвGe. С 1986 г. начинается новый этап исследования сверхпрово димости, положивши й начало высокотемпературной сверхпро водимости: был синтезирован чет ырехкомпонентный материал на основе оксидов меди, температура переход а которых состав ляла приблизительно 37 К. Затем через непродолжительное вре мя температуру перехода удалось поднять до 40, 52, 70, 92 и да же выше 100 К. В резу льтате многочисленных экспериментов было установлено, что четырехкомп онентные оксиды меди, об ладающие сложной кристаллической структурой, п ереходят и сверхпроводящее состояние примерно при 94 К. В 1992 г. синтезирован материал, переходящий в сверхпро водящее состояние у же при 170 К. Такое сверхпроводящее со стояние можно реализовать при охлаж дении не жидким азотом, а более дешёвым охладителем — жидким ксеноном. Э тот сверхпроводящий материал состоит из оксида меди, стронция и кальция ; структура его относительно проста. Широкое применение сверхпроводников позволит сущест венно сократить рассеяние энергии в различного рода элек трических цепях, и особенно пр и электропередаче, потери в которой составляют около 20% при использовани и обычных проводников. 4.3.2 Химические лазеры. Экспериментальное исследование сме шивания двух газообразн ых соединений, проведенное более 10 лет назад, позволило установить распр еделение энергии между мо лекулами. Например, в результате реакции атом ного водорода с молекулярным хлором в газовой форме образуется хлорово дород и атомарный хлор, которые излучают инфракрасный свет. Анализ спект ра излучения показывает, что существенная часть энергии (около 40%) предста вляет собой энергию колебательного движе ния молекулы НС1. За открытие т акого рода явлений Джону Поляни (Университет Торонто) присуждена Нобеле вская премия по химии. .Данные исследования привели к созданию первого х имического лазера — лазера, получа ющего энергию от взрыва смеси водорода с хлором. Химические лазеры отлич аются от обычных тем, что превращают в когерентное излучение не энер гию электрического источника, а энергию химической реакции. Открыты десятк и химических лазеров, в том числе и достаточно мощные для инициирования термоядерного синтеза (йодный лазер) и для военных целей (водородно-фтор идный лазер). 4.3.3 Молекулярные пучки. Молекулярный пучок представляет со бой струю молекул, образу ющуюся при испарении вещества в специальной печи и пропускании его чере з узкое сопло, форми рующее пучок в камере, в которой поддерживается свер хвысо кий вакуум, исключающий межмолекулярные столкновения. При направ лении молекулярного пупса на реагенты — соединения, вступающие в реакц ию, — при низком давлении (10 -10 атм.) каж дая молекула может участвовать не более чем в одном столкновении, привод ящем к реакции. Для осуществления такого сложного экс перимента требует ся установка сверхвысокого вакуума, источ ник интенсивных сверхзвуков ых пучков, высокочувствительный масс-спектрометр и электронные опреде лители времени свобод ного пробега молекул. За проведение этих эксперим ентов Юан-Чен Ли (Калифорнийский университет Беркли) и Дадли Херм-баху (Га рвардский университет) присуждена Нобелевская пре мия по химии. Опыты с молекулярными пучками позволили оп ределить, например, ключевые реакци и при горении этилена, при котором в реакции этилена с кислородом образу ется короткоживущая молекула. 4.3.4 Достижения ядерной х имии . Химия играет важную роль в ис следовании свойств радиоакти вных веществ и в разработке ра диоактивных методов анализа, применяемых в различных отрас лях естествознания. Одна из первых Нобелевских преми й в об ласти ядерных процессов была присуждена химику Отто Гану в 1944 г. за о ткрытие деления ядер. В 1951 г. Нобелевская премия за открытие двух первых в П ериодической системе трансурановых элементов была присуждена химику Г ленну Сиборгу и его коллеге - физику Эдвину Мак-Миллану. Многие современн ые достиже ния науки о ядерных процессах получены при тесном взаимодей ствии химиков, физиков и ученых многих других направлений. С применением химических методов в течение всего лишь 15 лет си нтезированы химические элементы с номерами от 104 до 109. Было найдено много н овых изотопов элементов, располо женных выше урана. Исследования изотоп ов позволили не только количественно описать многие ядерные процессы, н о и определить свойства, от которых зависит устойчивость атомных ядер. Одна из интересных задач ядерной химии — обнаружение супертяжелых эле ментов, т.е. элементов, входящих в предска занный остров стабильности, вкл ючающий атомный номер. В последние десятилетия методы ядерной химии нашли ши рокое применение при исследовании грунта планет Солнечной системы и Луны. Например, для х имического анализа грунта Луны применялся трансурановый элемент. Тако й метод позво лил определить около 90% элементов в трех различных местах л унной поверхности. Анализ изотопного состава образцов лун ного грунта, метеоритов и других небесных тел помогает сфор мировать представление об эволюции Вселенной. Ядерная химия применяется и в медицине. Например, в США ежегодно назнача ется около 20 млн. процедур с примене нием радиоактивных препаратов. Особе нно широко распростра нено лечение щитовидной железы радиоактивным йо дом. Прак тика показывает, что химические соединения радиоактивного тех неция обладают терапевтическими свойствами. Позитронный метод, основа нный на взаимодействии с исследуемым объектом позитронов, испускаемых короткоживущими изотопами углеро да и фтора, а также применение стабиль ных изотопов в сочета нии со спектроскопией ЯМР дают возможность исслед ования процессов обмена веществ в живых организмах и служат весьма эффе ктивным средством ранней диагностики заболеваний. 4.3.5 Новая ядерная устано вка. Одна из основных проблем атом ной энергетики связана с нахожд ением таких условий протека ния ядерных процессов, при которых можно бы ло бы умень шить количество ядерных отходов и продлить срок службы атом ных реакторов. Учеными разных стран отрабатываются многочисленные спо собы, способствующие решению этой весь ма важной проблемы. Среди разных направлений в её решении уже воплощается в металл новое направление в яд ерной энерге тике — так называемый электрояд, на который ученые возлаг ают большие надежды. В Институте теоретической и эксперимен тальной физ ики Российской академии наук и в институтах других стран сооружается пр ообраз пока не известных практике ядерных установок, которые станут без отходными, экологически чистыми и более безопасными источниками энерг ии, чем многие из сущест вующих. Действующая модель новой ядерной энерге тической ус тановки состоит из двух агрегатов — ускорителя элементарн ых час тиц и бланкета — особого типа атомного реактора. Для техниче ског о воплощения этой новой идеи предполагается использовать старые атомн ые реакторы, выработавшие свой ресурс. 4.3.6 Химический синтез ДН К. В полимерных молекулах ДНК природа кодирует информацию, необ ходимую для создания жи вого организма. Цепочка из повторяющихся сложно эфирных фосфатных связей между сахарами образует жесткий скелет ДНК, на котором информация записывается с помощью осо бого алфавита из четырех аминов аденина, тимина, цитозина и гуанина (А, Т, С, G). Последовательность таких циклически х аминов кодирует информацию. Каждый из аминов содержит не сколько атом ов азота, ковалентно связанных с фрагментами сахаров. Двойная спираль ДН К включает водородные связи между аминами. Информацию, записанную в моле куле ДНК, можно прочитать, разрывая и вновь создавая относительно слабые во дородные связи, совсем не затрагивая более прочные связи са хар-фосфа т в цепочке-матрице. Первый химический синтез гена, осуществленный более 20 лет назад, потребо вал многолетней напряженной работы. В промышленных лабораториях уже си нтезированы гены инсули на и интерферона. Произведен синтез гена для фе рмента рибонуклсозы, открывающей возможность изменять желаемым обра з ом физические и химические свойства белка. Однако самыми современными м етодами получаются фрагменты генов длиной в сотни пар оснований, а для д альнейших исследований нужны фрагменты в 100 и более раз длиннее. 4.3.7 Успехи генной инжене рии. В высших организмах, в том числе и в организме человека, доля ну клеотидов в цепи ДНК, которые действительно кодируют последовательнос ть аминокислот в белках, составляет только около 5%. Установлено, что в ост аль ных нуклеотидных последовательностях ДНК закодирована ин формаци я о форме молекул ДНК. Например, выгибание фуранозного цикла (пятичленно го циклического моносахарида), ко торый существует как в ДНК, так и в РНК, п риводит к подвижности их скелета. Современная молекулярная биология позволяет вводить поч ти любой отре зок ДНК в микроорганизм, чтобы заставить его синтезировать тот белок, ко торый кодирует данная ДНК. А со временная органическая химия дает возмо жность синтезировать последовательности нуклеотидов — фрагменты ген ов. Такие фраг менты генов можно применять для изменения исходной после до вательности оснований в гене, кодирующем нужный белок. Таким способо м можно получить модифицированный белок с изме ненной последовательно стью аминокислот, т.е. белок со струк турой и функцией, ранее не существов авшими в природе. Данный метод осуществления специфических мутаций в нормал ьных белках получил название мутагенеза. Он позволяет получить белки лю бой желаемой структуры. Кроме того, один раз синтезированная молекула ге на, кодирующего белок, с по мощью микроорганизмов может воспроизвести б елок в сколь угодных количествах. 4.3.8 Клонирование. Успехи, достигнутые в разных отраслях естест венных наук, откр ыли новые возможности в понимании строения гномов человека и других сло жных организмов. Ученые научи лись соединять ДНК из разных организмов, о пределять и выделять сегменты ДНК, кодирующие нужный белок, определять н уклеотидные последовательности в больших фрагментах ДНК. Найти единственно нужный сегмент ДНК, содержащийся всего в одном гене, с реди огромного количества генетического материала клетки организма че ловека столь же трудно, как оты скать иголку в стоге сена. Решение данной проблемы дает приме нение рекомбинантных ДНК. Фрагменты ДНК клетки встр аива ются в миллион быстро делящихся бактерий. Каждая из бактерий, котор ые выращиваются отдельно, дает целую колонию своих по томков. Применяя м етоды диагностики, чувствительные к опре деленной функции гена, находят колонию бактерий, содержа щую новый ген. Каждая из быстро растущих колон ий бактерий дает миллиарды одинаковых копий каждого гена. Поэтому такой ген можно выделить из бактерий в химически чистом виде. С по мощью такого процесса - клонирования — очищены сегменты ДНК более 100 различных генов ч еловека. Ещё большее число ге нов выделено из простейших организмов, так их, как дрожжи. В 1997 г. появилось сообщение о выращенной методом кло нирования овце. Шотла ндский ученый Ян Вильмут и его кол леги получили из клетки взрослой овцы её генетическую иден тичную копию - известного теперь во всем мире ягнен ка Долли. Овца Долли, говоря общедоступным языком, не имеет отца — ей дала начало клетка, содержащая двойной набор генов ма тери. Как известно, люба я клетка взрослого организма, так на зываемая соматическая клетка, несе т полный набор наследст венного вещества. Половые же клетки имеют тольк о половину генов. При зачатии такие половинки — отцовская и материн ска я — соединяются и образуют новый организм. Искусственное выращивание н ового животного из соматической клетки — это создание генетически тождественного существа, процесс, ко торый и называется клонированном . Р аботы по клонированию растений, простейших живых организмов начались е щё в 60-с годы последнего столетия. Росли масштабы и сложность таких работ. Но клонирование млекопитающих из соматической клетки впервые удалось осуществить только в 1997 г. Подобные опыты были мечтой нескольких поколени й генетиков. Некоторые уче ные уверены в реальной возможности повторить данный экспе римент и для человека. Однако остается предметом дискусси й вопрос о нравственных, социальных, биологических и других последствия х такого рода экспериментов. 5. Заключение Как видно, эксперимент действительно является важнейшим мето дом познания окружающего нас мира, что позволяет называть его основой ес тественно-научного знания. Как метод эмпирического познания, эксперимент – в отличии, например, от наблюдения – представляет наиболее широкие возможности и средства в п ознании сущности огромного множества процессов и явлений. В эксперимен тальном исследовании не природа, а человек создает различные условия и о бстоятельства, что позволяет “ подстроить ” саму окру жающую действительность в пределах определенных рамок. В этом, на мой вз гляд, состоит наиглавнейшее преимущество эксперимента над другими мет одами естественно-научного познания, а следовательно и его огромная зна чимость. Конечно же, эксперимент не может существовать обособленно. В осуществле нии экспериментального исследования, как уже упоминалось, огромную рол ь играет теоретическая база. Теоретические предпосылки и подготовка эк сперимента представляют собой “ львиную долю ” самого процесса экспериментального исследования. Но все же ,в большинстве своем, именно посредством экспериментального исследования, были достигнуты эти огромные успехи в о бласти науки и техники, о которых говорилось выше. Это и дает право называ ть именно эксперимент основой естествознания. Литература: 1. Кокин А. В., Концепции со временного естествознания, М., 1998 2. Концепции современног о естествознания. Коллектив авторов под ред. Проф. В. Н. Лавриенко и проф. В. П. Ратникова, М., 1997 3. Капица П. Л., Эксперимент , теория, практика, М., 1974 4. Карпенков С. Х., Основные концепции естествознания, М., 1998 5. Карпенков С. Х., Концепци и современного естествознания, М., 1998 6. Хапачев Ю. П., Дышеков А. А ., Концепции современного естествознания, М., 1995

1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Если мужчина перестаёт бриться каждый день, менять носки, извиняться, говорить комплименты, дарить цветы... всё, успокойся: он твой!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по естествознанию "Эксперимент-основа естествознания", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru