Природа экспериментальных естественнонаучных методов

| Категория реферата: Рефераты по философии
| Теги реферата: сочинение, сочинение тарас
| Добавил(а) на сайт: Кизюрин.

3. Природа первичного взаимодействия - основа познавательных возможностей и содержательной классификации экспериментальных естественнонаучных методов

В первую очередь нужно исходить из того, что основой наук о природе естественных наук, являются данные, получаемые в процессе экспериментальной деятельности, а теоретические построения являются важной, но производной частью в системе естествознания. Такая ситуация связана с тем, что объект- предметной областью естественных наук являются природные материальные образования с их структурой, свойствами, характерными особенностями движения и развития, а не одни только формальные мыслительные конструкты. В силу этого обстоятельства природа экспериментальных исследовательских методов и должна быть основой содержательного различения, разделения, классификации методов естественных наук. Вполне понятно, что более однозначное и непротиворечивое разделение методов по дисциплинам дает возможность для более определенного отнесения научных знаний к соответствующим дисциплинам или их пограничным областям:

Для конкретизации нашего рассмотрения проблемы предлагается вариант дефиниции экспериментального естественнонаучного метода, а далее предлагаемое определение поясним и обоснуем.

В контексте данной работы под экспериментальным естественнонаучным методом понимается способ получения сигнала (информации) об исследуемом природном процессе, объекте посредством специально организованного первичного взаимодействия объекта с прибором с последующим преобразованием первичного сигнала в форму, удобную для восприятия (регистрации, интерпретации и т.п.). Здесь под понятием «первичного взаимодействия» мы имеем в виду взаимодействие природного материального объекта (т.е. системы вещественно-полевой организации) с другим материальным объектом - прибором
(также системы вещественно-полевой организации с известными свойствами, естественного или искусственного происхождения), в результате которого получается первичный (исходный) сигнал, материальный отклик, поддающийся регистрации, преобразованию и т.п.

Методологическая основа подхода настоящей работы следующая: исследовательские, в конечном итоге познавательные, возможности экспериментальных естественнонаучных методов решающим образом определяются природой первичного взаимодействия, реализуемого в конкретной экспериментальной ситуации, и именно природа такого взаимодействия должна быть основой классификации исследовательского метода.

При таком содержательном подходе экспериментальным физическим методом следует называть организацию такой экспериментальной ситуации, когда при ее реализации первичный сигнал (информация) об исследуемом объекте получается в результате взаимодействия и «объект-прибор физической природы». Другими словами, при реализации физического метода исследуемый физический объект
(элементарный частицы, поля, твердые кристаллические тела, газожидкостные среды, космические тела и т.д.) вводится во взаимодействие с известным объектом, называемым прибором (частицами, полями, твердыми телами с известными массой, импульсом, напряженностью, частотой, твердостью, вязкостью и т.п.). Аналогично этому, экспериментальным химическим методом следует называть организацию такой экспериментальной ситуации, когда при ее реализации первичный сигнал (информация) об исследуемом объекте получается в результате взаимодействия «объект-прибор химической природы».

Другими словами, при реализации химического метода исследуемый химический объект (атомно-молекулярные образования; неорганические и органические мономолекулы; неорганические, органические и биополимеры, комплексные соединения и т.п.) вводится во взаимодействие с известным объектом, называемым прибором (различными перечисленными выше атомно- молекулярными вещественными образованиями с известной структурой, функциональными группами, реакционноспособностью по отношению к конкретным группам, классам соединений и т.п.).

В этом же ключе решается вопрос о содержании биологического метода, где организуется (или наблюдается в естественных природных условиях) взаимодействие объектов живой природы (иммунных тел с клеткой микроорганизмов или тканевых культур, различных клеточных культур между собой, разнообразные взаимодействия между различными особями и популяциями на разных стадиях организации живого).

Наконец, то же самое можно сказать для характеристикигеологического метода со всей его сложной природой межприродных и т.п. взаимодействий, наблюдаемых в искусственных, а чаще всего, в естественных условиях.

Принципиальное различие природы экспериментальных методов физики, химии, биологии, геологии (устанавливаемой по природе первичного воздействия, а не по природе вторичных преобразований сигнала, что принципиально важно выделить еще раз) определяет специфику и непреходящую ценность методов каждой из естественных наук, их несводимость одного к другому в специфических предметных областях. Отметим при этом, что общая методология и логика организации и построения эксперимента в различных областях естествознания весьма изоморфны, схожи. Например, в физических, химических, биологических экспериментах информация (знания) о неизвестном исследуемом объекте получаются в результате анализа его взаимодействий в серии экспериментов ( или непрерывном эксперименте), при которых один из параметров объекта-прибора варьируется в небольших пределах (частота электромагнитного излучения, импульс частиц, структура отдельных функциональных химических групп, природа растворителя, биологический и биохимический состав культуральной среды и т.п.).

При сохранении прочих параметров экспериментальной системы часто достаточно надежно удается установить те или иные неизвестные характеристики объекта исследования по известным корреляциям с контролируемыми изменениями характеристик объекта-прибора. Вполне понятно, что здесь под объект-прибором понимается не все экспериментальное устройство, а материальный агент (поля, частицы, химические вещества, живые организмы), вступающий в непосредственное взаимодействие с исследуемым объектом.

В связи со сказанным отметим для примера, что в современной научной, популярной и учебной литературе значимость физических методов исследования в химии определенно преувеличивается. Одну из причин такого преувеличения можно охарактеризовать как методологическую. Такая причина связана с отнесением метода к соответствующей естественнонаучной области знания не по природе первичного взаимодействия, а по какому-либо другому признаку, чаще всего по центральному инструменту.

Например, если используется инструмент физический (весы, калориметр, спектрометр и т.п.), то и метод называется физическим, в какой бы ситуации химических, биохимических или биологических исследований он не применялся.
Поскольку такой подход весьма распространен (а, будучи ошибочным, в научную сферу вносит не только терминологическую путаницу, но и сказывается на психологии научного творчества, организации научных исследований), возникает необходимость его аргументированной критики. Такой критический анализ удобно провести в одном разделе с рассмотрением вопросов классификации интердисциплинарных (или пограничных) исследовательских методов.

4. Природа первичного взаимодействия и содержательная классификация интердисциплинарных экспериментальных естественнонаучных методов

Как отмечено выше, в существующей литературе установилась тенденция, преобразующаяся в стойкую традицию отнесения (классификации) того или иного экспериментального метода к соответствующей области естествознания по основному (центральному) инструменту экспериментальной системы. При этом явно или неявно производится отождествление инструмента с методом.

Поясним это на весьма известном историческом примере взаимодействия химии и физики - становлении метода спектрального анализа. Активное взаимодействие физического и химического знаний согласно распространенному и справедливому мнению в области исследований микроструктуры вещества связывается со становлением во второй половине XIX в. экспериментального исследовательского метода - спектрального анализа. Спектроскоп - физический оптический инструмент, позволяющий разделять составляющие видимого света, был изобретен физиком Кирхгоффом в 50-х годах XIX в.; затем в совместных работах с химиком Бунзеном в 1859-1860 гг. было показано, что линейчатые спектры светящихся в пламени бунзеновской горелки паров щелочных и щелочноземельных металлов индивидуальны для каждого элемента. Возможность идентификации различных веществ при использовании метода спектрального анализа, высокая его чувствительность и, следовательно, малые затраты анализируемого вещества, определили широкое распространение метода в различных областях естествознания: химии, астрофизике, минералогии, археологии и др.

С точки зрения методологических проблем взаимодействия химии и физики принципиально важно сказать, что метод спектрального анализа возник только в результате взаимодействия физических и химических знаний. Существенно учитывать, что создание оптического инструмента - спектроскопа Кирхгоффом
(устройства, реализующего оптический физический метод спектрального разложения света, открытого еще Ньютоном) еще не есть создание метода спектрального анализа вещества, а только света как такового. Только вследствие применения спектроскопа для анализа спектров эмиссии изученных ранее в области химии элементов было обнаружено, что такая физическая характеристика химического элемента, как линейчатый спектр эмиссии индивидуальна для каждого элемента. Именно эти результаты составили основу для создания интердисциплинарного физико-химического метода «спектральный анализ». Физический же инструмент -оптический спектроскоп, используемый для реализации данного метода анализа вещества, является лишь материальной составной частью данного экспериментального метода, он может входить в состав материальной базы и других методов.

Дальнейшее изучение микроструктуры вещества в XX в. также происходило в результате взаимодействия естественнонаучных знаний, получаемых физическими. химическими и физико-химическими методами. Надо сказать, что значение химических и физико-химических (а не только чисто физических) методов в обогащении таких знаний преуменьшается. В то же время можно сослаться на справедливую оценку истоков знаний о микроструктуре вещества, данную Н. Бором. В серии публикаций 1921 г., специально посвященных рассмотрению квантовой модели атома, созданной ученым в 1913 г.

Н. Бор ясно указывает на значение для ее создания и развития знаний, полученных в сфере функционирования химического метода и метода спектрального анализа (который мы относим к физико-химическим методам).
«Общей чертой всех теорий строения атома, - писал Н. Бор, - было стремление найти такие конфигурации и движения электронов, которые могли бы объяснить изменение химических свойств элементов с атомным номером, столь ясно выраженное известным периодическим законом. Анализ этого закона прямо ведет к выводу, что электроны в атоме расположены отдельными группами, число электронов в каждой из которых равно одному из периодов возрастания атомного номера». В последующих рассуждения Бор продолжает соотносить положения развиваемой им теории строения атома со следствиями, вытекающими из химических знаний, содержащихся в периодической системе химических элементов.

Что касается метода спектрального анализа, то в своем развитии он прямо и косвенно определил становление в XX в. различных методов эмиссионной и абсорбционной спектроскопии с использованием УФ-, ИК-, ЭПР-,
ЯМР-спектроскопии. Развитие и совершенствование различных экспериментальных методов на основе названных инструментов, как и в случае спектрального анализа, происходило и происходит в результате взаимодействия знаний различных естественных наук. Например, в результате исследований химических веществ и химических взаимодействий с известными структурно-функциональными характеристиками (изученными предварительно химическими методами), соотносимых с получаемыми спектральными характеристиками для последующей их интерпретации.

Как мы уже отмечали, в существующей литературе в большинстве случаев отнесение экспериментального исследовательского метода осуществляется по центральному (можно даже сказать, по наиболее заметному и внешне привлекательному) инструменту экспериментальной системы. Например, использование физического инструмента - ЭПР-спектрометра в любых экспериментальных ситуациях физики, химии, биологии и их пограничных областях характеризуется как случай применения физического метода в соответствующей области. Так же, как использование биохимического инструмента, например, ферментных электродов (биосенсоров), в любых экспериментальных ситуациях характеризуется как применение биохимического метода. На самом деле, если говорить корректно, речь идет о применении, соответственно физического, в первом случае, и биохимического, во втором случае, инструментов. Какова же природа методов с использованием данных инструментов, нужно анализировать особо для каждого отдельного случая.
Поясним сказанное анализом конкретных примеров. рассматривая каждый случай на основании концепции природы первичного взаимодействия.

К примеру, применение метода изотопных меток в химии или биохимии при традиционном подходе классифицируется как применение физического метода в данной области знания. Однако учитывая, что в данной конкретной экспериментальной ситуации первичное взаимодействие реализуется посредством внесения в исследуемую систему химического агента (прибора), вступающего в определенные химические или биохимические реакции, мы, на основании предлагаемого критерия классификации по природе первичного взаимодействия, будем иметь соответственно химический и биохимический методы. Радиоактивная изотопная метка в данном случае является именно меткой и ее сигнал о локализации меченых групп является уже вторичным. Он удобен для последующего преобразования, хотя та же экспериментальная ситуация может быть проконтролирована и многими другими способами.

В частности, может быть применена «спин-метка» (стабильный радикал, связанный с соответствующим веществом-прибором) с контролем за экспериментальной ситуацией уже не радиометром, а ЭПР-спектрометром. В обоих случаях мы будем иметь химический метод, если первичное взаимодействие химический процесс. Другое дело, если тот же инструмент -
ЭПР-спектрометр, применяется для изучения свободных радикалов как промежуточных продуктов некоторых химических реакций. Поскольку такие процессы по природе относятся к пограничной области химии и физики, данный метод будет физико-химическим.

Наконец, в случае применения ЭПР-спектрометра для изучения состояния спин-систем в физических объектах (например, парамагнитных частиц в кристаллах при воздействии сильных магнитных полей), будем иметь физический метод. Таким образом, один и тот же инструмент может применяться для реализации различных по природе и соответственно дисциплинарной принадлежности методов. Вопрос же выбора инструмента, аппаратурного оснащения больше относится к проблемам точности, удобства, возможностей практического осуществления эксперимента. Например, вместо использования меток, как это описано выше, контроль за химической экспериментальной ситуацией может осуществляться по характерным спектрам, весовым или объемным соотношениям, а, если идти в историю, то и по цвету, запаху, вкусу
(т.е. органолептически) в случае качественных экспериментов. При этом общая методология организации и проведения эксперимента будет одной и той же.

Недооценка методов химии и преувеличение методов физики в познании природы проистекает во многом от внешнего восприятия аппаратурного оформления экспериментов. В чисто химическом эксперименте («мокрая химия») прибор - это просто порошок или жидкость в пробирке. Физические же инструменты, оборудование имеют, особенно сейчас, весьма привлекательный вид: пульты, дисплеи, компьютеры. В то же время с методологической точки зрения, в познавательном плане, в ряде случаев с помощью химического прибора (вещества с известными свойствами) можно получить больше информации об исследуемом объекте, чем применяя прекрасного вида физический инструмент. Во всяком случае, о возможностях каждого метода в сочетании с дополнительными возможностями конкретного аппаратурного оформления
(устройства преобразования и усиления сигналов, накопители, программные средства и компьютеры и т.п.) нужно говорить особо.