Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Измерение

Большинство научных экспериментов и наблюдений включает в себя проведение разнообразных измерений. Измерение — это процесс, заключающийся в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта, явления с помощью специальных тех­нических устройств.

Огромное значение измерений для науки отмечали мно­гие видные ученые. Например, Д.И. Менделеев подчерки­вал, что «наука начинается с тех пор, как начинают изме­рять». А известный английский физик В. Томсон (Кель­вин) указывал на то, что «каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить»³.

Важной стороной процесса измерения является методи­ка его проведения. Она представляет собой совокупность приемов, использующих определенные принципы и средства измерений. Под принципами измерений в данном случае имеются в виду какие-то явления, которые положены в основу измерений (например, измерение температуры с ис­пользованием термоэлектрического эффекта).

Результат измерения получается в виде некоторого чис­ла единиц измерения. Единица измерения — это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или явления (эталону присваивается числовое значение «I»), Существует множество единиц измерения, соответствующее множеству объектов, явлений, их свойств, сторон, связей, которые приходится измерять в процессе научного позна­ния. При этом единицы измерения подразделяются на основные, выбираемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из других еди­ниц с помощью каких-то математических соотношений.

Измерение, при котором значение величины определяется непосредственным сравнением с единицей измерения называется прямым измерением. Измерение, при котором значение величины вычисляется по формуле путем вычислений, называется косвенным.

Методика построения системы единиц как совокупнос­ти основных и производных была впервые предложена в 1832 году К. Гауссом. Он построил систему единиц, в ко­торой за основу были приняты три произвольные, незави­симые друг от друга основные единицы — длины (милли­метр), массы (миллиграмм) и времени (секунда). Все осталь­ные (производные) единицы можно было определить с помощью этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гаус­сом.

Вопрос об обеспечении единообразия в измерении вели­чин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда был очень важным. Отсутствие такого едино­образия порождало существенные трудности для научного познания. Например, до 1880 года включительно не суще­ствовало единства в измерении электрических величин: использовалось 15 различных единиц электрического со­противления, 8 единиц электродвижущей силы, 5 единиц электрического тока и т. д. Сложившееся положение силь­но затрудняло сопоставление результатов измерений и рас­четов, выполненных различными исследователями. Остро ощущалась необходимость введения единой системы элект­рических единиц. Такая система была принята первым международным конгрессом по электричеству, состоявшим­ся в 1881 году.

В настоящее время в естествознании действует преиму­щественно Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и ве­сам. Международная система единиц построена на базе семи основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль) и двух дополнительных (радиан, стерадиан) единиц. С помощью специальной таблицы множителей и приставок можно образовывать кратные и дольные едини­цы (например, с помощью множителя 10^-3 и приставки «милли» к наименованию любой из названных выше еди­ниц измерения можно образовывать дольную единицу раз­мером в одну тысячную от исходной).

Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существовавших до настоящего времени. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электро­динамики и оптики, которые связаны между собой физи­ческими законами.

Потребность в единой международной системе единиц измерения в условиях современной научно-технической революции очень велика. Поэтому такие международные организации, как ЮНЕСКО и Международная организация законодательной метрологии, призвали государства, явля­ющиеся членами этих организаций, принять вышеупомя­нутую Международную систему единиц и градуировать в этих единицах все измерительные приборы.

2. Общенаучные методы теоретического познания

2.1. Абстрагирование и идеализация. Мысленный эксперимент

Процесс познания всегда начинается с рассмотрения конкретных, чувственно воспринимаемых предметов и яв­лений, их внешних признаков, свойств, связей. Только в результате изучения чувственно-конкретного человек при­ходит к каким-то обобщенным представлениям, понятиям, к тем или иным теоретическим положениям, т.е. науч­ным абстракциям. Получение этих абстракций связано со сложной абстрагирующей деятельностью мышления.

В процессе абстрагирования происходит отход (вос­хождение) от чувственно воспринимаемых конкретных объектов (со всеми их свойствами, сторонами и т. д.) к воспроизводимым в мышлении абстрактным представле­ниям о них.

Абстрагирование, таким образом, заключается в мыслен­ном отвлечении от каких-то — менее существенных — свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновре­менным выделением, формированием одной или несколь­ких существенных сторон, свойств, признаков этого объек­та. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстракцией (или используют термин абстракт­ное — в отличие от конкретного).

Процесс перехода от чувственно-эмпирических, наглядных представ­лений об изучаемых явлениях к формированию определен­ных абстрактных, теоретических конструкций, отражаю­щих сущность этих явлений, лежит в основе развития любой науки.

Мысленная деятельность исследователя в процессе на­учного познания включает в себя особый вид абстрагиро­вания, который называют идеализацией. Идеализация пред­ставляет собой мысленное внесение определенных измене­ний в изучаемый объект в соответствии с целями исследо­ваний

Так, широко распространенная в меха нике идеализация, именуемая материальной точкой, подра­зумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстракт­ный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения. Причем подобная абстракция позво­ляет заменить в исследовании самые различные реальные объекты: от молекул или атомов при решении многих за­дач статистической механики и до планет Солнечной сис­темы при изучении, например, их движения вокруг Солнца.

Целесообразность использования идеализации опреде­ляется следующими обстоятельствами.

Во-первых, идеализация целесообразна тогда, когда под­лежащие исследованию реальные объекты достаточно сложны

специфического метода теоретического познания, каковым является мысленный эксперимент (его также назы­вают умственным, субъективным, воображаемым, идеализи­рованным).

Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеализированным объектом (замещающим в абстракции объект реальный), которое заключается в мысленном под­боре тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обнаружить какие-то важные особенности исследуемого объекта.

Реальный эксперимент — это метод, связанный с прак­тическим, предметно-манипулятивным, «орудийным» поз­нанием окружающего мира. В мысленном же эксперимен­те исследователь оперирует не материальными объектами, а их идеализированными образами, и само оперирование производится в его сознании, т. е. чисто умозрительно/

Возможность постановки реального эксперимента опре­деляется наличием соответствующего материально-техни­ческого (а иногда и финансового) обеспечения. Мысленный эксперимент такого обеспечения не требует.

В научном познании могут быть случаи, когда при ис­следовании некоторых явлений, ситуаций проведение реаль­ных экспериментов оказывается вообще невозможным.

Этот пробел в познании может восполнить только мыслен­ный эксперимент.

Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, Карно, Эйнштейна и других ученых, заложивших основы современного естествознания, свидетельствует о существен­ной роли мысленного эксперимента в формировании теоре­тических идей. История развития физики богата фактами использования мысленных экспериментов. Примером мо­гут служить мысленные эксперименты Галилея, приведшие к открытию закона инерции.

Реальные эксперименты, в которых невозможно устра­нить фактор трения, казалось бы, подтверждали господство­вавшую в течение тысячелетий концепцию Аристотеля, утверждавшую, что движущееся тело останавливается, если толкающая его сила прекращает свое действие. Такое ут­верждение основывалось на простой констатации фактов, наблюдаемых в реальных экспериментах (шар или тележ­ка, получившие силовое воздействие, а затем катящиеся уже без него по горизонтальной поверхности, неизбежно замедляли свое движение и в конце концов останавлива­лись). В этих экспериментах наблюдать равномерное не прекращающееся движение по инерции было невозможно.

Галилей, проделав мысленно указанные эксперименты с поэтапным идеализированием трущихся поверхностей и доведением до полного исключения из взаимодействия трения, опроверг аристотелевскую точку зрения и сделал единственно правильный вывод. Этот вывод мог быть по­лучен только с помощью мысленного эксперимента, обеспе­чившего возможность открытия фундаментального закона механики движения.