Чтение онлайн

Эксперимент всегда более информативен, поэтому выбор наблюдения в качестве метода познания, как правило, связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, вмешательство исследователя может быть невозможно, как, например, в случае наблюдения за звездами, галактиками, кометами и другими космическими объектами. Во-вторых, в результате вмешательства могут происходить такие изменения, которые нарушают естественный ход событий: наблюдение за прайдом львов, стаей птиц и т.п. Поэтому наблюдения широко применяются в астрономии и биологии.

Любое наблюдение опирается на работу органов чувств человека: зрение, слух, обоняние, осязание и вкус. А. Кристи шутливо писала «Как жаль, что в замочную скважину можно либо подглядывать, либо подслушивать», описывая как важны разного рода наблюдения для раскрытия преступления. Не менее важны они и для раскрытия тайн природы.

Вплоть до XVII века наблюдения ограничивались только органами чувств. С изобретением микроскопа и телескопа ситуация существенно изменилась, и сегодня успех научных наблюдений во многом определяется возможностями приборов, которые используются для наблюдений.

Примеры научных наблюдений. Основоположник микроскопии – голландский натуралист А. Левенгук (XVII век). В его времена самые сильные линзы увеличивали изображение лишь в двадцать раз. Левенгуку удалось создать «микроскоп» (по существу, это была очень сильная лупа), который увеличивал в 250-300 раз. Он состоял из бронзовой пластинки с приделанным к ней увеличительным стеклом и устройством для крепления (рис. 1.16). Увеличительные стекла Левенгука, были очень малы – величиной с крупную горошину, поэтому пользоваться ими было трудно. Несмотря на это ему удалось путем наблюдений сделать множество важных открытий.

В течение 50 лет он наблюдал, подробно зарисовывал и описывал результаты своих наблюдений за самыми разными объектами: кусочек мяса, капля дождевой воды, хвостик головастика, глаз мухи, собственная сперма, налет со своих зубов и многое-многое другое. Одно из самых важных его открытий – микроорганизмы. В 1673 году Левенгук первым из людей увидел микробов. Вот как он писал о наблюдении в микроскоп за зубным налетом: «С величайшим удивлением я увидел под микроскопом невероятное количество мелких животных и притом в таком крошечном кусочке вышеуказанного вещества, что этому почти невозможно было поверить, если не убедиться собственными глазами».

Рис. 1.16. Микроскоп А. Левенгука

Сегодня, через сотни лет, мы знаем, что «мелкие животные», которых наблюдал Левенгук, – это одноклеточные безъядерные организмы. Их называют бактериями . В настоящее время установлено, что организм человека населяют сотни триллионов бактерий. Их суммарный вес составляет около 2-х килограмм, а по численности они превосходят число собственных клеток человека. В совокупности с другими микроорганизмами (вирусами, археями, грибами) это целый мир, который биологи называют микробиом (рис. 1.17).

Микробы населяют человека подобно тому, как мы населяем планету Земля. Однако, в отличие от нас, микроорганизмы заботятся о своей «планете», образуя с ней единую экосистему. В этой экосистеме существует симбиоз (от греческого «symbiosis» – совместная жизнь) микробиома с человеком. Микробиом каждого человека уникален. Микроорганизмы помогают нам переваривать пищу, усваивать лекарства, обогревают нас, влияют на нашу гормональную и иммунную систему, на деятельность мозга, они могут как способствовать нашей жизнедеятельности, так и вызывать различные заболевания.

Не случайно журнал «Science» включил открытие микробиома в список научных прорывов XXI века. Его исследованию посвящен крупный современный международный проект «Микро-биом человека» (Human Microbiom Project). В рамках этого проекта, в частности установлено, что микробы вносят больше генов, ответственных за выживание человека, чем собственные гены людей (бактериальных генов примерно в 360 раз больше). А ведь все начиналось с простых наблюдений Левенгука при помощи увеличительного стёклышка размером с горошину.

Эксперимент – эмпирический метод, в ходе применения которого явления и объекты исследуются в специально созданных, контролируемых и управляемых условиях.

Рис. 1.17. Бактерии, населяющие кишечник человека

Эксперимент – важнейший метод естествознания, без которого невозможно развитие ни одной его области. Перефразируя В. Маяковского, можно утверждать: Говорим «Естествознание» – подразумеваем «Эксперимент», говорим «Эксперимент» – подразумеваем «Естествознание».

На современном этапе и многие гуманитарные науки (педагогика, психология, социология и др.) активно используют эксперимент для проведения исследований. При этом за образец берется методология естественнонаучного эксперимента. Это закономерный процесс развития и взаимопроникновения наук. Еще в Средние века Леонардо да Винчи писал, что «науки, которые не родились из эксперимента, бесполезны и полны заблуждений».

Научные эксперименты отличаются огромным разнообразием, однако в их структуре можно выделить общие этапы : 1) постановка цели эксперимента, 2) разработка идеи достижения цели, 3) конструирование экспериментальной установки; 4) планирование действий с экспериментальной установкой; 5) проведение эксперимента; 6) обработка экспериментальных данных.

Проиллюстрируем это положение на примере одного из экспериментов «на стыке» естественных и гуманитарных наук. Он был проведен в 2008—2010 г. врачом и ученым-исследователем Чарльзом Лимбом (США).

Цель эксперимента состояла в том, чтобы выяснить, какие участки мозга активизируются в момент творческой деятельности.

При разработке идеи эксперимента Ч. Лимб исходил из того, что для регистрации активности мозга можно использовать современное медицинское оборудование – магнитно-резонансный томограф (МРТ). Творчество может выражаться в разных формах (написание рассказа, научная работа и др.). Однако они продолжительны во времени и затруднительны внутри трубы томографа. В связи с этим идея состояла в том, чтобы исследовать мозг во время музыкальной импровизации. Импровизация, с одной стороны, спонтанна, то есть представляет творчество в чистом виде, с другой - ее можно ограничить приемлемыми временными рамками.

В ходе конструирования экспериментальной установки потребовалось разработать клавиатуру, на которой можно было бы играть, лежа на спине в узкой трубе. Наиболее удачным оказалось размещение, при котором клавиатура лежит на коленях (рис. 1.18). Но в этом случае испытуемые ее не видят, поэтому потребовалось разработать систему зеркал, которая показывала клавиатуру. Синтезатор для музыкантов изготавливался специально: необходимо было учесть габариты томографа и влияние магнитного поля, избежать шумов и связать клавиатуру с компьютером (это заняло около двух лет).