Эксперимент. Виды экспериментов

Эксперимент

Экспериме́нт (от лат. experimentum - проба, опыт) в научном методе - метод исследования некоторого явления в управляемых условиях. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы , установления причинных связей между феноменами . Эксперимент является краеугольным камнем эмпирического подхода к знанию . Критерий Поппера выдвигает возможность постановки эксперимента в качестве главного отличия научной теории от псевдонаучной . Эксперимент - это метод исследования, который воспроизводится в описанных условиях неограниченное количество раз, и даёт идентичный результат.

Модели эксперимента

Существует несколько моделей эксперимента: Безупречный эксперимент - невоплотимая на практике модель эксперимента, используемая психологами-экспериментаторами в качестве эталона. В экспериментальную психологию данный термин ввёл Роберт Готтсданкер, автор известной книги «Основы психологического эксперимента», считавший, что использование подобного образца для сравнения приведёт к более эффективному совершенствованию экспериментальных методик и выявлению возможных ошибок в планировании и проведении психологического эксперимента.

Случайный эксперимент (случайное испытание, случайный опыт) - математическая модель соответствующего реального эксперимента, результат которого невозможно точно предсказать. Математическая модель должна удовлетворять требованиям: она должна быть адекватна и адекватно описывать эксперимент; должна быть определена совокупность множества наблюдаемых результатов в рамках рассматриваемой математической модели при строго определенных фиксированных начальных данных, описываемых в рамках математической модели; должна существовать принципиальная возможность осуществления эксперимента со случайным исходом сколь угодное количество раз при неизменных входных данных; должно быть доказано требование или априори принята гипотеза о стохастической устойчивости относительной частоты для любого наблюдаемого результата, определённого в рамках математической модели.

Эксперимент не всегда реализуется так, как задумывалось, поэтому было придумано математическое уравнение относительной частоты реализаций эксперимента:

Пусть имеется некоторый реальный эксперимент и пусть через A обозначен наблюдаемый в рамках этого эксперимента результат. Пусть произведено n экспериментов, в которых результат A может реализоваться или нет. И пусть k - это число реализаций наблюдаемого результата A в n произведенных испытаниях, считая что произведенные испытания являются независимыми.

Виды экспериментов

Физический эксперимент

Физический эксперимент - способ познания природы , заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях. В отличие от теоретической физики , которая исследует математические модели природы, физический эксперимент призван исследовать саму природу.

Именно несогласие с результатом физического эксперимента является критерием ошибочности физической теории, или более точно, неприменимости теории к окружающему нас миру. Обратное утверждение не верно: согласие с экспериментом не может быть доказательством правильности (применимости) теории. То есть главным критерием жизнеспособности физической теории является проверка экспериментом.

В идеале, Экспериментальная физика должна давать только описание результатов эксперимента, без какой-либо их интерпретации . Однако на практике это недостижимо. Интерпретация результатов более-менее сложного физического эксперимента неизбежно опирается на то, что у нас есть понимание, как ведут себя все элементы экспериментальной установки. Такое понимание, в свою очередь, не может не опираться на какие-либо теории.

Компьютерный эксперимент

Компьютерный (численный) эксперимент - это эксперимент над математической моделью объекта исследования на ЭВМ, который состоит в том что, по одним параметрам модели вычисляются другие ее параметры и на этой основе делаются выводы о свойствах объекта, описываемого математической моделью. Данный вид эксперимента можно лишь условно отнести к эксперименту, потому как он не отражает природные явления, а лишь является численной реализацией созданной человеком математической модели. Действительно, при некорректности в мат. модели - ее численное решение может быть строго расходящимся с физическим экспериментом.

Психологический эксперимент

Психологический эксперимент - проводимый в специальных условиях опыт для получения новых научных знаний посредством целенаправленного вмешательства исследователя в жизнедеятельность испытуемого.

Мысленный эксперимент

Мысленный эксперимент в философии, физике и некоторых других областях знания - вид познавательной деятельности, в которой структура реального эксперимента воспроизводится в воображении. Как правило, мысленный эксперимент проводится в рамках некоторой модели (теории) для проверки её непротиворечивости. При проведении мысленного эксперимента могут обнаружиться противоречия внутренних постулатов модели либо их несовместимость с внешними (по отношению к данной модели) принципами, которые считаются безусловно истинными (например, с законом сохранения энергии, принципом причинности и т. д.).

Критический эксперимент

Критический эксперимент - эксперимент, исход которого однозначно определяет, является ли конкретная теория или гипотеза верной. Этот эксперимент должен дать предсказанный результат, который не может быть выведен из других, общепринятых гипотез и теорий.

Литература

• Визгин В. П. Герметизм, эксперимент, чудо: три аспекта генезиса науки нового времени // Философско-религиозные истоки науки. М ., 1997. С.88-141.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Эксперимент" в других словарях:

- (от лат. experimentum проба, опыт), метод познания, при помощи крого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Э. осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его… … Философская энциклопедия

эксперимент - Предложение человеку по своей воле прожить, испытать, ощутить актуальное для него или пойти на осознанный эксперимент, воссоздав в ходе терапии спорную или сомнительную для него ситуацию (прежде всего в символической форме). Краткий толковый… … Большая психологическая энциклопедия

Никто не верит в гипотезу, за исключением того, кто ее выдвинул, но все верят в эксперимент, за исключением того, кто его проводил. Никаким количеством экспериментов нельзя доказать теорию; но достаточно одного эксперимента, чтобы ее опровергнуть … Сводная энциклопедия афоризмов

Эксперимент - (лат. еxperimentum – сынау, байқау, тәжірибе) – нәрселер (объектілер) мен құбылыстарды бақыланылатын және баскарылатын жағдайларда зерттейтін эмпириялық таным әдісі. Эксперимент әдіс ретінде Жаңа заманда пайда болды (Г.Галилей). Оның философиялық … Философиялық терминдердің сөздігі

- (лат.). первый опыт; все то, что употребляет естествоиспытатель, чтобы заставить действовать при известных условиях, силы природы, как бы искусственно вызывая явления, встречающиеся в ней. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского… … Словарь иностранных слов русского языка

См. опыт... Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. эксперимент испытание, опыт, проба; исследование, проверка, попытка Словарь русских синонимов … Словарь синонимов

ЭКСПЕРИМЕНТ, эксперимента, муж. (лат. experimentum) (книжн.). Научно поставленный опыт. Химический эксперимент. Физический эксперимент. Произвести эксперимент. || Вообще опыт, попытка. Воспитательная работа не допускает рискованных экспериментов… … Толковый словарь Ушакова

Эксперимент - Эксперимент ♦ Expérimentation Активный, обдуманный опыт; стремление не столько слышать реальную действительность (опыт) и даже не столько вслушиваться в нее (наблюдение), сколько пытаться задавать ей вопросы. Существует особое понятие… … Философский словарь Спонвиля

Кто в детстве не верил в чудеса? Чтобы весело и познавательно провести время с малышом можно попробовать осуществить опыты из занимательной химии. Они безопасны, интересны и познавательны. Эти эксперименты позволят ответить на многие детские «почему» и пробудить интерес к науке и познанию окружающего мира. И сегодня я хочу вам рассказать вам какие опыты для детей дома можно организовать родителям.

Змея фараона

Этот опыт основан на увеличении смешиваемых реактивов в объеме. В процессе горения они трансформируются и, извиваясь, напоминают змею. Свое название эксперимент получил благодаря библейскому чуду, когда Моисей, пришедший к фараону с просьбой, превратил его жезл в змею.

Для опыта понадобятся следующие ингредиенты:

• обычный песок;
• этиловый спирт;
• измельченный сахар;
• пищевая сода.

Пропитываем песок спиртом, после этого формуем из него небольшую горку и делаем вверху углубление. После этого смешиваем маленькую ложку сахарной пудры и щепотку соды, затем засыпаем все в импровизированный «кратер». Поджигаем наш вулкан, спирт в песке начинает прогорать, и образуются черные шарики. Они представляют собой продукт разложения соды и карамелизировавшийся сахар.

После того как весь спирт выгорит, горка с песком почернеет и образуется извивающая «черная фараонова змея». Более эффектно этот опыт выглядит с применением настоящих реактивов и сильных кислот, которые можно использовать только в условиях химической лаборатории.

Можно поступить несколько проще и приобрести в аптеке таблетку глюконата кальция. Дома ее поджечь, эффект будет почти таким же, только «змея» быстро разрушится.

Волшебная лампа

В магазинах частенько можно видеть светильники, внутри которых двигается и переливается подсвечиваемая красивая жидкость. Такие лампы были изобретены в начале 60-х годов. Они работают на основе парафина и масла. Внизу устройства встроенная обычная лампа накаливания, которая подогревает опускающийся расплавленный воск. Часть его доходит до верха и опускается, другая часть нагревается и поднимается, таким образом, мы видим своеобразный «танец» парафина внутри емкости.

Для того, чтобы осуществить дома с ребенком подобный опыт нам понадобится:

• любой сок;
• растительное масло;
• таблетки – шипучки;
• красивая емкость.

Берем емкость и заполняем ее соком более чем наполовину. Сверху доливаем растительное масло и бросаем туда таблетку-шипучку. Она начинает «работать», пузырьки, поднимающиеся со дна стакана, захватывают в себе сок и образуют красивое бурление в слое масла. Затем доходящие до края стакана пузырьки лопаются, и сок опускается вниз. Получается своеобразный «круговорот» сока в стакане. Такие волшебные лампы абсолютно безвредны, в отличие от парафиновых, которые ребенок может случайно разбить и обжечься.

Шарик и апельсин: опыт для малышей

Что будет с воздушным шариком, если на него капнуть соком апельсина или лимона? Он лопнет, как только капельки цитруса его коснутся. А апельсин можно потом съесть вместе с малышом. Это очень занимательно и весело. Для опыта нам понадобится пара воздушных шариков и цитрус. Надуваем их и пусть малыш капнет на каждый соком фрукта и увидит, что получится.

Почему лопается шарик? Все дело в особенном химическом веществе – лимонене. Оно содержится в цитрусовых и часто используется в косметической промышленности. При соприкосновении сока с резиной воздушного шарика, происходит реакция, лимонен растворяет резину и шарик лопается.

Сладкое стекло

Из карамелизированного сахара можно изготовить удивительные вещи. На заре становления кинематографа в большинстве сцен драк использовалось такое съедобное сладкое стекло. Все потому, что оно менее травматично для актеров при съемках и стоит недорого. Его осколки потом можно собрать, расплавить и сделать реквизит к фильму.

Многие в детстве делали сахарные петушки или сливочную помадку, изготавливать стекло нужно по такому же принципу. Наливаем воду в кастрюлю, немного нагреваем, вода не должна быть холодной. После этого засыпаем туда сахарный песок и доводим до кипения. Когда жидкость закипит, варим до тех пор, пока масса не начнет постепенно загустевать и сильно пузырится. Расплавленный сахар в емкости должен превратиться в тягучую карамель, которая если ее опустить в холодную воду превратится в стеклышки.

Готовую жидкость вылить на предварительно подготовленный и смазанный растительным маслом противень, остудить и сладкое стекло готово.

В процессе варки в него можно добавить краситель и отлить в какую-либо интересную форму, а потом угощать и удивлять всех вокруг.

Философский гвоздь

Этот занимательный опыт основан на принципе омеднения железа. Назван по аналогии с веществом, которое могло, согласно легенде, превращать все в золото, и называлось философский камень. Для проведения опыта нам будет нужно:

• железный гвоздь;
• четвертая часть стакана уксусной кислоты;
• пищевая соль;
• сода;
• отрезок проволоки из меди;
• стеклянная емкость.

Берем стеклянную банку и наливаем туда кислоту, соль и хорошенько размешиваем. Будьте осторожны, уксус имеет резкий неприятный запах. Он может обжечь нежные дыхательные пути ребенка. Затем в полученный раствор кладем медную проволоку на 10-15 минут, спустя некоторое время опускаем в раствор предварительно очищенный содой железный гвоздь. Спустя некоторое время, мы можем видеть, что на нем появилось медное напыление, а проволока стала блестящей как новая. Как такое могло произойти?

Медь вступает в реакцию с уксусной кислотой, образуется медная соль, затем ионы меди на поверхности гвоздя меняются местами с ионами железа и образуют налет на его поверхности. А в растворе увеличивается концентрация солей железа.

Для проведения эксперимента не подойдут медные монеты поскольку, этот металл сам по себе очень мягкий, и чтобы деньги были прочнее, используются его сплавы с латунью и алюминием.

Изделия из меди не ржавеют со временем, они покрываются особым зеленым налетом – патиной, которая предотвращает ее от дальнейшей коррозии.

Мыльные пузыри своими руками

Кто не любил в детстве пускать мыльные пузыри? Как они красиво переливаются и весело лопаются. Можно просто купить их в магазине, но гораздо интереснее будет создать с ребенком свой раствор и затем дуть пузыри.

Сразу следует сказать, что обычная смесь из хозяйственного мыла и воды не подойдет. Из нее получаются пузыри, которые быстро исчезают и плохо выдуваются. Наиболее доступный способ для приготовления такого вещества – это два стакана воды смешать со стаканом моющего средства для посуды. Если добавить в раствор сахар – то пузыри становятся более прочными. Они будут долгое время летать и не лопнут. А огромные пузыри, которые можно видеть на сцене у профессиональных артистов, получаются при смешивании глицерина, воды и моющего средства.

Для красоты и настроения можно подмешать в раствор пищевую краску. Тогда пузыри будут красиво светиться на солнце. Вы можете создать несколько разных растворов и использовать их по очереди с ребенком. Интересно поэкспериментировать с цветом, и создать свой, новый оттенок мыльных пузырей.

Также можно попробовать смешать мыльный раствор с другими веществами и посмотреть, как они влияют на пузыри. Может быть, вы изобретете и запатентуете какой-то свой новый вид.

Шпионские чернила

Эти легендарные невидимые чернила. Из чего их изготавливают? Сейчас так много фильмов про шпионов и интересные интеллектуальные расследования. Можете предложить ребенку немного поиграть в тайных агентов.

Смысл таких чернил в том, что их нельзя увидеть на бумаге невооруженным глазом. Только применив особое воздействие, например, нагрев или химические реагенты можно увидеть тайное послание. К сожалению, большинство рецептов по их изготовлению неэффективны и такие чернила оставляют следы.

Мы изготовим особые, которые трудно увидеть без специального выявления. Для этого понадобится:

• вода;
• ложка;
• пищевая сода;
• любой источник тепла;
• палочка с ватой на конце.

Нальем в любую емкость теплую жидкость, затем, размешивая, сыпем туда пищевую соду пока она не прекратит растворяться, т.е. смесь достигнет высокой концентрации. Опускаем туда палочку с ватой на конце и пишем ею что-нибудь на бумаге. Подождем, пока она высохнет, затем поднесем листок к зажженной свече или газовой плите. Через некоторое время можно видеть, как на бумаге проступают желтые буквы написанного слова. Следите за тем, чтобы во время проявления букв листик не загорелся.

Несгораемая денежка

Это известный и старый эксперимент. Для него вам понадобится:

• вода;
• спирт;
• поваренная соль.

Возьмите глубокую стеклянную емкость и налейте туда воду, затем добавьте спирт и соль, хорошенько помешайте, чтобы все ингредиенты растворились. Для поджигания можно взять обычные листочки бумаги, если не жалко, то можно взять купюру. Только берите мелкий номинал, а то в опыте может что-то пойти не так и деньги будут испорчены.

Положите полоски бумаги или деньги в водно-солевой раствор, через некоторое время их можно вынуть из жидкости и поджечь. Можно видеть, что пламя охватывает всю купюру, но она не загорается. Этот эффект объясняется тем, что спирт, находящийся в растворе испаряется, а сама влажная бумага не загорается.

Камень исполняющий желания

Процесс выращивания кристаллов очень увлекателен, но трудоемок. Однако, то что вы получите в результате будет стоить потраченного времени. Наиболее популярно создание кристаллов из поваренной соли или сахара.

Рассмотрим выращивание «камня желаний» из рафинада. Для этого понадобится:

• питьевая вода;
• сахарный песок;
• бумажный листок;
• тонкая деревянная палочка;
• небольшая емкость и стакан.

Сначала сделаем заготовку. Для этого нам нужно приготовить сахарную смесь. В небольшую емкость выливаем немного воды и сахара. Дождемся, пока смесь закипит, и вывариваем до образования сиропообразного состояния. Затем опускаем деревянную палочку туда и посыпаем ее сахаром, сделать это нужно равномерно, в этом случае полученный кристалл станет более красивым и ровным. Оставим основу для кристалла на ночь, чтобы она просохла и затвердела.

Займемся приготовлением раствора-сиропа. Наливаем в большую емкость воду и засыпаем, медленно помешивая, туда сахар. Затем, когда смесь закипит, варить ее до состояния тягучего сиропа. Снимаем с огня и даем остыть.

Вырезаем кружки из бумаги и крепим их к концу деревянной палочки. Она станет крышкой, на которой крепится палочка с кристаллами. Заполняем стакан раствором и опускаем туда заготовку. Выжидаем в течение недели, и «камень желаний» готов. Если положить в сироп при варке краситель, то он получится еще более красивым.

Процесс создания кристаллов из соли, несколько проще. Здесь только нужно будет следить за смесью и периодически ее менять с целью повышения концентрации.

В первую очередь создаем заготовку. Наливаем в стеклянную емкость теплой воды, и постепенно размешивая, сыпем соль, до тех пор, пока она не прекратит растворяться. Оставляем емкость на сутки. По прошествии этого времени, можно обнаружить в стакане много маленьких кристалликов, выберите наиболее крупный и привяжите его на нитку. Сделайте новый соляной раствор и положите туда кристаллик, нельзя, чтобы он касался дна или краев стакана. Это может привести к нежелательным деформациям.

Спустя пару дней можно заметить, что он подрос. Чем чаще вы будете менять смесь, повышая концентрацию содержания соли, тем быстрее сможете вырастить свой камень желаний.

Светящийся помидор

Этот эксперимент должен проходить строго под контролем взрослых, так как для его проведения используются вредные вещества. Светящийся помидор, который будет создан в процессе этого эксперимента, категорически нельзя есть, это может привести к смерти или тяжелому отравлению. Нам понадобится:

• обычный томат;
• шприц;
• серное вещество от спичек;
• отбеливатель;
• перекись водорода.

Берем маленькую емкость, кладем туда предварительно заготовленную спичечную серу и наливаем отбеливатель. Оставляем все это ненадолго, после чего набираем смесь в шприц и вводим внутрь помидора с разных сторон, так, чтобы тот светился равномерно. Для запуска химического процесса необходима перекись водорода, которую мы вводим через след от черешка сверху. Выключаем свет в комнате, и можем наслаждаться процессом.

Яйцо в уксусе: очень простой опыт

Это простой и интересный обычная уксусная кислота. Для его осуществления будет нужно вареное куриное яйцо и уксус. Возьмите прозрачную стеклянную емкость и опустите туда яйцо в скорлупе, затем залейте ее доверху уксусной кислотой. Можно видеть, как с его поверхности поднимаются пузырьки, это происходит химическая реакция. По прошествии трех дней мы можем наблюдать, что скорлупа стала мягкой, а яйцо упругим, как мячик. Если направить на него фонарик, то можно увидеть, что оно светится. Проводить эксперимент с сырым яйцом не рекомендуется, так как возможен разрыв мягкой скорлупы при сдавливании.

Лизун своими руками из ПВА

Это довольно распространенная странная игрушка нашего детства. В настоящее время найти ее достаточно сложно. Попробуем сделать лизуна в домашних условиях. Классический его цвет – это зеленый, но вы можете использовать тот, который понравится. Попробуйте смешать несколько оттенков и создать свой уникальный цвет.

Для проведения эксперимента нам потребуется:

• стеклянная банка;
• несколько небольших стаканов;
• краситель;
• клей ПВА;
• обычный крахмал.

Приготовим три одинаковых стакана с растворами, которые будем смешивать. В первый нальем клей ПВА, во второй воду, а в третьем разведем крахмал. Сначала выливаем в банку воду, затем добавляем клей и краситель, все тщательно размешиваем и после этого добавляем крахмал. Смесь нужно быстро перемешать, чтобы не загустела, и можете играть с готовым лизуном.

Как быстро надуть шарик

Скоро праздник и надо надуть много шариков? Что делать? Облегчить задачу поможет этот необычный опыт. Для него нам нужно резиновый шарик, уксусная кислота и обычная сода. Проводить его необходимо осторожно в присутствии взрослых.

Насыпьте щепотку соды в воздушный шарик и оденьте его на горлышко бутылки с уксусной кислотой, чтобы сода не высыпалась, распрямите шарик и пусть его содержимое упадет в уксус. Вы увидите, как будет происходить химическая реакция, он начнет пениться, выделяя углекислый газ и надувая шарик.

Вот и все на сегодня. Не забывайте, опыты для детей дома проводить лучше под присмотром, так будет и безопаснее и интереснее. До новых встреч!

Лекция 4.

Эксперимент

Эксперимент – общий эмпирический метод исследования, суть которого заключается в том, что явления и процессы изучаются в строго контролируемых и управляемых условиях.

В науке под экспериментом подразумевается способ изучения явлений в строго регламентированных условиях, позволяющих воспроизводить, наблюдать и фиксировать эти явления аппаратурными методами или при помощи соответствующей научной документации.

В эксперименте то или явление можно исследовать при разнообразных условиях, повторять необходимое количество раз при одних и тех же и при неизменных обстоятельствах, расчленять на части.

Сущность экспериментального метода состоит в том, что он направлен на исследование причинно-следственных отношений между изучаемыми объектами (на определение – вызывает ли изменение одной переменной изменение другой переменной).В нем присутствуют черты, характерные для теоретического познания, - выделение стороны объекта, явления, интересующей исследователя, и абстрагирование от других его сторон.

В процессе познания эксперимент и теория взаимодействуют:1.Эксперимент подтверждает или опровергает теорию, находящуюся на стадии гипотезы, дает материал для его развития.

2. Какой бы экспериментни проводился, он всегда служит лишь определенным звеном в общей цепи научного исследования.Поэтому его нельзя рассматривать как самоцель и тем более противопоставлять его теории, ибо без теории невозможно научное экспериментирование.

Вот почему в научном исследовании меньше всего можно говорить о независимости различных методов познания. Только учет их диалектической взаимосвязи и взаимодействия дает возможность правильно представить весь процесс исследования в целом, его структуру, этапы и методы. Чаще всего применение экспериментального метода на практике сочетается с использованием таких методов как наблюдение, измерение, опрос, анкетирование, интервью, беседа.

Проведение эксперимента может преследовать различные цели:

1.- эмпирической проверки той или иной гипотезы, теории;

2. сбора необходимой эмпирической информации для построения какого-либо предположения.

По отношению к предшествующему знанию эксперимент играет двоякую роль: критериальную (проверочную) и эвристическую (пополняет имеющиеся знания за счет результатов проверки гипотезы).

1. Одной из особенностей экспериментального метода и его преимуществом перед методом наблюдения является создание особых экспериментальных условий для выявления причинно-следственных зависимостей, а также наличие возможностиварьироватьэти условия таким образом, чтобы полученные результаты могли быть подвергнуты анализу с помощью проверки и доказательства различных гипотез о причинных связях.

2. Другим преимуществом, которое дает эксперимент по сравнению с методом наблюдения, является повышение точности регистрации действий испытуемых,зависимых и независимых переменных.

3. И, наконец, еще одной характерной особенностью эксперимента является его более тесная связь с теорией – эксперимент не только направляется некоторой теоретической гипотезой, носамо проведение эксперимента становится возможным лишь тогда, когда исследователь имеет некоторое представление о природе изучаемого процесса, о факторах, его детерминирующих, а иначе просто не может быть решен вопрос о создании экспериментальной ситуации и тем более о целенаправленном воздействии.

Не существует единой схемы, ¸с помощью которой можно было бы строить эксперимент для любой проблемы. Сама проблема предопределяет выбор типа эксперимента и конкретный план его проведения.

В общую структуру эксперимента входят:

- познающий субъект и его деятельность;

- объект экспериментального исследования;

- средства воздействия на изучаемый объект.

Основной принцип любого эксперимента – изменение в каждой исследовательской процедуре только одного какого-либо фактора при неизменности и контролируемости остальных.Если надо проверить влияние другого фактора, проводится следующая исследовательская процедура, где изменяется этот последний фактор, а все другие контролируемые факторы остаются неизменными¸ и т.д.

В ходе эксперимента исследователь сознательно изменяет ход какого-нибудь явления путем введения в него нового фактора.

Новый фактор, вводимый или изменяемый экспериментатором, называется экспериментальным фактором, или независимой переменной. Т.е. переменная, которой манипулируют, называется независимой переменной.

Переменная, предположительно меняющаяся в ответ на изменение независимой переменной, называется зависимой переменной. Зависимая переменная – это любой аспект, наблюдаемый или измеряемый как ответ на действие независимой переменной. Таким образом, зависимая переменная является функцией от независимой переменной; она «зависима» от изменений, вызванных влиянием экспериментатора на независимую переменную.

Хотя логика экспериментального метода проста, в действительности процесс постановки эксперимента довольно сложен. Хорошо организованный эксперимент должен принимать в расчет множество факторов, которые могут повлиять на точность и научную значимость результатов. На практике это означает, что все переменные и условия (кроме интересующей независимой переменной), могущие оказать хоть какое-нибудь влияние на то, что мы измеряем, следует устранить, или они должны поддерживаться на постоянном уровне в течение всего эксперимента.

Существует много способов исключения посторонних переменных, способных оказать влияние на зависимую переменную. Но наиболее распространенный – поместить объекты случайным образом в разные экспериментальные условия или группы. Случайное распределение (часто достигаемое такими средствами, как выбрасывание орла/решки или использование таблицы случайных чисел) гарантирует, что у всех объектов имеются равные шансы быть отнесенными к любому условию или группе в эксперименте. В этом случае исследователь может быть уверен в том, что любые характеристики испытуемого. которые могли бы оказать влияние на эксперимент (возраст, интеллект, и т..), все имеют равные шансы при распределении в различных экспериментальных условиях или группах. Определяющей характеристикой экспериментального метода является предположение о том, что все субъекты в начале эксперимента одинаковы, за исключением одного параметра: присутствие или отсутствие независимой переменной. Поэтому, если поведение субъекта меняется в ответ на изменение независимой переменной, исследователь может быть уверен, что только она одна, и никакая другая, отвечает за изменения в поведении. После того, как исследователь изменил независимую переменную, любой аспект наблюдаемого или измеряемого поведения субъекта не может быть следствием действия какой-либо другой переменной, поскольку никакая другая не допускается в течение всего эксперимента.

Эксперимент в самой простой форме требует, чтобы проводилось сравнение по крайней мере между двумя группами испытуемых. Те испытуемые, которые подвергаются некоторым специальным воздействиям (манипуляции, предпринимаемые экспериментатором), называются экспериментальной группой. Другие испытуемые, которые не получают специального воздействия, образуют контрольную группу. Затем производится сравнение субъектов из обеих групп с целью проверки, оказало ли экспериментальное воздействие какое-либо влияние на выбранную зависимую переменную.

Например, схема эксперимента с двумя группами экспериментальной и контрольной. В экспериментальной группе независимая переменная присутствует, в контрольной – отсутствует. Зависимая переменная измеряется в той и другой группах (описание схемы эксперимента с одной независимой переменной и одной зависимой переменной). Контрольная группа служит отправной точкой для оценки результатов специального воздействия на экспериментальную группу. Решающее значение здесь имеет то, что единственное различие между двумя группами заключается в действии одного фактора, и этот фактор выступает в качестве независимой переменной. В этом требовании содержится основная логика экспериментального метода.Если две группы идентичны во всех отношениях, за исключением присутствия или отсутствия независимой переменной, то любое различие между группами по зависимой переменной должно быть обусловлено изменением независимой переменной.Иначе говоря, если между двумя группами нет никаких других различий, кроме тех, которые вызваны манипуляцией над независимой переменной, резонно заключить, что введение независимой переменной является причиной изменения зависимой переменной.

Определив некоторые из основных особенностей и элементов экспериментального метода, рассмотрим его в действии, используя процедуру и данные одного из наиболее остроумных экспериментов в истории социальной психологии личности.

Психолог Стенли Шахтерзаинтересовался поговоркой «На миру и смерть красна». Обзор соответствующей эмпирической литературы привел Шахтера к заключению, чтолюди, опасающиеся чего-нибудь неожиданного, что может произойти с ними в неизвестной ситуации, предпочитают, чтобы рядом с ними находился другой, пусть даже совершенно чужой человек, чем быть в одиночестве.Если быть более точными, то Шахтер предположил следующее:ГИПОТЕЗА -возрастание тревоги может вызвать нарастающее предпочтение быть рядом с другими – то, что психологи называют «потребностью в аффилиации» (то есть в присоединении к группе).Для проверки этой гипотезы Шахтер пригласил студенток-старшекурсниц. Когда испытуемые пришли на обследование, их приветствовал экспериментатор в белом лабораторном халате, в окружении разнообразного электрического оборудования. Он назвался доктором Зильштейном из отделения неврологии и психиатрии и объяснил, что цель исследования – изучение влияния удара электрического тока на частоту сердечных сокращений и артериальное давление. Затем каждой участнице эксперимента сообщили (индивидуально), что они подвергнутся серии ударов электрическим током, и в это время будут производиться замеры пульса и давления. Для манипулирования уровнем тревоги у испытуемых (независимая переменная) Шахтер использовал два разных описания действия электрического заряда.

Для создания «высокотревожной» ситуации половина испытуемых получила предупреждение, сказанное зловещим тоном: « Буду с вами откровенен и расскажу правду о том, что вас ждет. Разряды тока будут очень сильными, очень болезненными. Как вы сами понимаете, в исследованиях такого рода мы должны изучить все, что действительно может помочь человеку, и поэтому просто необходимо, чтобы удары тока были интенсивными». Другой половине испытуемых Шахтер говорил, что удары тока будут весьма умеренными и безболезненными. Например, давалось такое объяснение: «Пусть слово «удар» вас не беспокоит. Не сомневаюсь, что эксперимент доставит вам удовольствие. Уверяю вас, все, что вы почувствуете, ни в коей мере не будет болезненным. Это будет похоже скорее на щекотку, чем на что-то неприятное». На самом деле в исследовании Шахтера никакие удары тока не были запланированы. Инструкция служила цели моделирования у испытуемых различных уровней тревожности.

После того, как у испытуемых при помощи инструкции было вызвано состояние тревоги Независимая переменная, высокой и низкой, соответственно, экспериментатор говорил им, что придется подождать десять минут, пока он не отрегулирует аппаратуру.Далее, он объяснил, что можно подождать в компании месте со всеми в соседней комнате., а можно и в одиночестве – кто как захочет. После этого каждую студентку спрашивали, может ли она сказать, как предпочитает провести эти десять минут или у нее нет никаких особых предпочтений. То или иное заявление (побыть в одиночестве, остаться вместе с другими) явилось зависимой переменной, которая и интересовала Шахтера.

Как и предполагалось, испытуемые с высоким уровнем тревоги продемонстрировали гораздо более сильное предпочтение побыть с другими, чем испытуемые с низким уровнем тревоги. Процент тех, кто предпочел ждать вместе с другими, был в случае высокой тревожной ситуации почти в два раза выше, чем в случае низкотревожной. Это означало, что изменение уровня тревожности оказало решающее влияние на поведение присоединения (высокая тревожность: вместе - 62,5%, в одиночестве – 9,4%, все равно – 28,1%: низкая тревожность: вместе – 33%; в одиночестве – 7,0%, все равно – 60,0%).

В дальнейшем Шахтер провел другой эксперимент для проверки гипотезы о том, что люди, испытывая тревогу, объединяются только с теми, кто испытывает те же чувства. Двум группам женщин давалась та же инструкция, что и «высокотревожной» группе в предыдущем эксперименте. Испытуемым из одной группы было дано право выбора:ожидать поодиночке или вместе с другими женщинами, участвующими вэксперименте.Испытуемые из другой группы имели возможность в ожидании начала эксперимента или побыть в одиночестве, или в компании студенток, ожидавших консультации. Результаты эксперимента показали, что женщины, находившиеся в состоянии тревоги, предпочитали ожидать только с участницами данного эксперимента, ожидать с теми, кто не был участником эксперимента отказались все (100%) участниц.

Шахтер обобщил полученные результаты, сделав вывод о том, что «в несчастье нужен не просто товарищ, а именно страдающий товарищ». Дальнейшие исследования подтвердили это открытие: люди, находящиеся в тревожной ситуации, предпочитают присоединяться к таким же как они сами.

В зависимости от характера условий экспериментальной ситуации эксперименты делятся на естественные и лабораторные.

1. Естественный эксперимент(иногда его называют полевым) основан на управлении поведением исследуемых в повседневных обстоятельствах их жизни путем введения ряда воздействующих и контролируемых исследователем факторов. Условия, используемые при проведении естественного эксперимента, не содержат в себе чего-то необычного, искусственного, непривычного для протекания, а органично включены в него, являются его составной частью.Например, можно применить в одном или нескольких классах новые педагогические методы и спустя какое-то время определить их эффективность, сравнивая эти классы с другими, где это изменение не было введено.

Обычность, естественность условий при введении на их фоне экспериментальных переменных позволяет исследователю проследить действие этих переменных и тем самым установить их роль и особенности влияния на изучаемое явление.

Для успешного проведения естественного эксперимента часто необходима полная неосведомленность его участников о том, что их изучают, что созданная ситуация является экспериментальной, в противном случае результаты эксперимента могут быть сильно искажены.

Широко известны полевые эксперименты американского психолога М. Шерифа,положившего начало целой серии экспериментальных исследованиймежгрупповых феноменов. Свои эксперименты М.Шериф проводил в летнем лагере отдыха для подростков. В качестве активного помощника экспериментатора выступала администрация лагеря,создавшая условия, позволяющие изучить эффекты межгрупповой кооперации и конфликта.На первый взгляд, жизнь подростков в лагере была вполне традиционной, например, в лагере проводились состязания. Но их особенностью было то, что одна из групп однозначно оказывалась победителем, а друга все время терпела поражения. В другой серии экспериментов администрация лагеря искусственно создавала трудности, которые можно было устранить только совместными усилиями соревнующихся групп,задавая экспериментальным путем характер межгруппового взаимодействия.Исследователь, изучая поведение подростков, мог проследить историю формирования и развития межличностных отношений.

Лабораторный эксперимент – это исследование, проведенное в некоторой искусственной обстановке, в основе которого лежит специально созданная ситуация, позволяющая экспериментатору фиксировать интересующие его зависимости.

В отличие от естественного, лабораторный эксперимент предполагает организацию достаточно искусственной ситуации. Испытуемый в условиях лабораторного эксперимента знает, что с ним экспериментирую, но, как правило, лишен информации о характере задач, которые решаются в ходе эксперимента.

Перенесение эксперимента в лабораторные условия дает исследователю ряд преимуществ.

Во-первых, экспериментатор имеет возможность устранить постороннее влияние, снять излишнюю «зашумленность»ситуации и тем самым отчетливее проследить интересующую его зависимость.

Во-вторых, лабораторные условия позволяют контролировать сразу несколько переменных и точно регистрировать ответы-действия испытуемых.

В-третьих, использование специально оборудованных помещений, измерительной аппаратуры, тренажеров позволяет экспериментатору моделировать реальные условия, которые в повседневной жизни не так часто встречаются или недоступны для наблюдения.

Одним из первых в России лабораторный социально-психологический эксперимент освоил В.М.Бехтерев, начав исследованиеэффективности групповой деятельности.Им было показано, что точность восприятия, продуктивность памяти, наблюдательность индивидов, реализующих совместную деятельность в группах, выше, чем при работе в одиночку.

Техника лабораторного эксперимента совершенствовалась далее в лабораториях Б.Г.Ананьева, Е.С.Кузьмина, В.Н. Мясищева и др.

Особое место среди лабораторных экспериментов, например, в социальной психологии занимает аппаратурный эксперимент. В социально-психологических исследованиях очень часто используются приборы, дающие возможность моделировать групповую деятельностью

Примером аппаратурного эксперимента может служить использование аутокинетического эффекта(зрительной иллюзии движения неподвижной светящейся точки в полной темноте) при исследовании внушаемости членов группы. Взяв за основу тот факт, что мерцающая точка в темноте кажется наблюдателю блуждающей, исследователь просил испытуемых внимательно следить за точкой и не пропустить тот момент, когда она, по их мнению, начнет двигаться, и определить направление движения. Пока испытуемые исследовали поодиночке, их ответы значительно отличались друг от друга. Так, одному казалось, что точка движется «вверх и вправо», другому – «только вправо», третьему – «вниз и влево» и т.д. Но как только испытуемые оказались вместе и получали возможность обмениваться мнениями, картина резко менялась – содержание их суждений начинало сближаться. Выяснилось, что на ответ испытуемого оказывает определенное влияние мнение других испытуемых, а наличие или отсутствие этого влияния связано с принадлежностью этих других к референтной группе индивида и их социометрическим статусом.

Проведение эксперимента в социально-психологических исследованиях всегда связано с определенными трудностями и требует от экспериментатора не только превосходного владения техникой его проведения, но прежде всего умения правильно его планировать: структурировать общую гипотезу, определять выбор логической схемы, определяющей характер процедур и порядок различных этапов эксперимента, составить репрезентативную выборку испытуемых и т.д.

Следует иметь в виду, что на достоверность и надежность полученных данных влияет личность экспериментатора, его умение работать с испытуемыми, степень его совместимости с ними, а также добровольное согласие испытуемых на участие в эксперименте.

В зависимости от поставленных целей выделяют несколько видов эксперимента.

1. Экспериментальное изучение существующих явлений -констатирующий эксперимент. Суть констатирующего эксперимента состоит в определении исходных данных для дальнейшего исследования. Данные этого вида эксперимента используются для организации следующих видов эксперимента.

2. Экспериментальная проверка гипотезы, созданной в процессе изучения практического опыта и анализа литературных источников –

- проверочный, или уточняющий, эксперимент).

3. Экспериментальная проверка новых явлений, возникающих в результате введения нового фактора, реализации вновь созданных моделей и проектов- творческий, созидательный, преобразующий, формирующий эксперимент.

4. Контрольный эксперимент- основное внимание сосредоточено на проведении более тщательной экспериментальной проверки (контролирующий эксперимент) результатов формирующего эксперимента.

Решение вопроса о видах и типах эксперимента зависит от ряда моментов:

- цели и конкретной задачи исследования;

- этапа работы исследователя над проблемой;

- средств, используемых для проведения эксперимента.

Первоначальный этап исследования – ориентировочный (пробный, диагностический. Он может начинаться с констатирующего эксперимента – для определения исходных данных (например, уровня предварительных знаний, необходимых для работы в новых условиях).

Если проверка исходных данных дает положительный результат, т.е. подтверждается наличие этих данных, то можно переходить к формирующему эксперименту. Предварительно проанализировав и обработав полученные результаты.

На следующем этапе конкретного исследования основное внимание сосредоточено на проведении более тщательной экспериментальной проверки (контролирующий эксперимент) результатов формирующего эксперимента.

При проведении любого эксперимента для получения объективных и достоверных данных существенную роль играет планирование эксперимента. Планом эксперимента определяется характер отдельных этапов эксперимента и порядок их проведения.

Планирование эксперимента

Эксперименту предшествует значительная теоретическая работа, которая включает в себя изучение состояния разработанности проблемы как в научно-теоретической и методической литературе, так и в практике. Это предполагает уяснение актуальности выбранного направления исследования, обоснование исходных концептуальных положений относительно объекта и предмета, цели и задачи исследования, формулирование гипотезы их успешного решения и, наконец, определение условий констатирующего или формирующего эксперимента и показателей эффективности его осуществления.

Хотя цель любого эксперимента сводится к экспериментальной проверке той или иной гипотезы, либо теории, все же до начала эксперимента следует не только располагать его общей идеей, но и тщательно продумать план его проведения, а также возможные результаты и способы их обработки и интерпретации.

Собственно выбор того или иного типа эксперимента, как и конкретный план его проведения, в существенной мере зависит от той научной проблемы, которую предстоит разрешить с помощью эксперимента. Одно дело, когда эксперимент предназначен для предварительной оценки и проверки гипотезы (например, в констатирующем, поисково-проблемном эксперименте), и совсем другое, когда речь идет о количественной проверке той же самой гипотезы (например, в формирующем, созидательно-преобразующем эксперименте).

В первом случае можно ограничиться общей, качественной констатацией зависимостей между существенными факторами и свойствами исследуемого процесса; во – втором – требуется количественно выразить эти зависимости.

Вообще принять считать, что единого шаблона, с помощью которого можно было бы строить эксперимент для решения исследуемых проблем, не существует. Самое большое, что можно сделать – это наметить общую стратегию и дать некоторые общие рекомендации по построению и планированию эксперимента.

План эксперимента должен включать:

- цели и задачи эксперимента;

- место и время проведения эксперимента и его объем;

- определить этапы проведения эксперимента;

- характеристику участвующих в эксперименте;

- описание материалов, используемых для эксперимента;

- описание методики проведения эксперимента и применения частных методов исследования;

- методику наблюдения, тестирования и т.п. в ходе эксперимента (инструментарий);

- описание методики обработки результатов эксперимента.

Методика проведения экспериментаразнообразна и зависит от его длительности и целей, от сложности структуры изучаемого объекта и других факторов.

При ее разработке необходимо:

1. определить исходные данные и гипотезу, предварительно осуществив наблюдение над изучаемым явлением или объектов (констатирующий эксперимент);

- подобрать объекты и создать условия, по возможности выровненные для экспериментирования;

- систематически наблюдать за ходом развития изучаемого явления и точно фиксировать факты;

Проводить регистрацию, измерения, оценку фактов с помощью различных средств и методов (анкет, тестов, математического аппарата);

- создавать повторяющиеся ситуации и ситуации с изменением характера условий;

- подтверждать или опровергать полученные ранее результаты;

Переходить от эмпирических материалов к логическим обобщениям, осмыслению собранных данных, сопоставлению их с требованиями науки, формулирование окончательных выводов о результатах исследования, а также разработка рекомендация для внедрения в практику.

Не подлежит сомнению, что экспериментальный метод является мощной эмпирической стратегией. В отличие от других, экспериментальный метод позволяет исследователям не только контролировать и предсказывать определенные феномены, но и давать им объяснение. Где бы он ни применялся, этот метод дает возможность получать информацию, которую не добыть с помощью других методов. Эксперимент обеспечивает получение ценного фактического материала, его обобщение и систематизацию, установление взаимосвязей между различными элементами и компонентами объекта (предмета) исследования, только эксперимент приводит к накоплению данных, которые затем подвергаются анализу с помощью теоретических методов познания.

И, темнее менее, экспериментальный метод имеет свои ограничения.Например, рассмотрим ограничения в применении экспериментального метода в области психологии личности.

Во-первых, некоторые проблемы изучать экспериментальным путем просто неэтично, хотя это было бы очень просто осуществить.Например, психологи не могут преднамеренно моделировать условия, представляющие потенциальный риск для испытуемых, угрожающие или чреватые возможностью получения каких-либо повреждений. Представьте себе исследователя, заинтересованногов изучении влияния хронического одиночества на самооценку и развитие депрессии у детей.Несомненно, это эмпирически важный вопрос, но очевидные этические соображения мешают собрать сотню десятилетних детей, в случайном порядке отобрать из них пятьдесят и поместить их в такие экспериментальные условия, в которых они не имели бы возможности близко общаться с окружающими.

Невероятные факты

Цветы Дарвина

Большинство людей знакомы с деятельностью Чарльза Дарвина и с его знаменитым путешествием в Южную Америку. Он сделал свои наиболее важные открытия на Галапагосских островах, где каждый из 20 островов обладал своим уникальным набором видов, идеально адаптированных для проживания в тех условиях. Но мало кто знает об экспериментах Дарвина после того, как он вернулся в Англию. Некоторые из них были сосредоточены на орхидеях.

В процессе выращивания и изучения нескольких видов орхидей, он понял, что сложные цветки орхидей – это адаптация, позволяющая цветам привлекать насекомых, которые затем переносят пыльцу на соседние растения. Каждое насекомое специально предназначено для опыления одного типа орхидеи. Взять, к примеру, орхидею Вифлеемская звезда (Angraecum sesquipedale), нектар в которой хранится на глубине 30 сантиметров. Дарвин предугадал, что обязательно должно быть насекомое, которое опыляет этот вид орхидеи. Конечно, в 1903 году, ученые открыли вид под названием сумеречная бабочка, обладающая длинным хоботком, который может дотянуться до нектара этого вида орхидеи.

Дарвин использовал данные, которые он собрал об орхидеях и их насекомых опылителях для укрепления своей теории естественного отбора. Он утверждал, что перекрестно опыляемые орхидеи более жизнеспособны, чем самоопыляемые, поскольку самоопыление снижает генетическое разнообразие, что, в конечном итоге, оказывает прямое воздействие на выживаемость вида. Так, три года спустя, после того, как он впервые описал естественный отбор в "О происхождении видов", Дарвин провел еще несколько экспериментов на цветах и укрепил свои утверждения о рамках эволюции.

Расшифровка ДНК

Джеймс Уотсон (James Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) подошли очень близко к расшифровке ДНК, но их открытия в значительной степени зависят от работ Альфреда Херши (Alfred Hershey) и Марты Чейз (Martha Chase), они в 1952 году провели известный по сей день эксперимент, который помог им определить как молекулы ДНК связаны с наследственностью. Херши и Чейз работали с типом вируса, известного как бактериофаг. Этот вирус, состоящий из белковой оболочки, окружает нить ДНК, заражает бактериальную клетку, что программирует ее на производство новых зараженных клеток. Затем вирус убивает клетку и на свет появляются новые вирусы. Херши и Чейз знали об этом, но, при этом, они не знали, какой компонент – белок или ДНК – был ответственен за происходящее. Они не знали это до проведения своего гениального "блендер" эксперимента, который вывел их на ДНК рибонуклеиновые кислоты.

После эксперимента Херши и Чейз многие ученые, такие как Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) сосредоточились на изучении ДНК и его молекулярную структуру. Франклин использовал технику, называемую рентгеновской дифракцией для изучения ДНК. Она подразумевает "вторжение" Х-лучей в волокна очищенной ДНК. При взаимодействии лучей с молекулой, они "сбиваются" с первоначального курса и становятся дифрагированными. Далее дифрагированные лучи образуют картинку уникальной молекулы, готовой для анализа. Знаменитая фотография Франклина показывает Х-образную кривую, которую Уотсон и Крик обозначили как "подпись молекулы ДНК". Они смогли также определить ширину спирали, глядя на изображение Франклина.

Первая вакцинация

До полной глобальной ликвидации оспы в конце 20 века, это заболевание представляло собой серьезную проблему. В 18 веке, заболевание вызванное вирусом оспы, убивало каждого десятого ребенка, родившегося в Швеции и Франции. "Поимка" вируса было единственной возможностью «лечения». Это привело к тому, что люди сами пытались поймать вирус из гнойных язв. К сожалению, многие из них умерли при опасной попытке самостоятельной прививки.

Эдвард Дженнер (Edward Jenner), британский врач, начал изучать вирус и разрабатывать эффективные методы лечения. Генезисом его экспериментов стало наблюдение того, что доярки, проживающие в его родном городе, часто заражались вирусом коровьей оспы, несмертельным заболеванием, похожим на обычную оспу. Доярки, которые заражались коровьей оспой, казалось, были защищены от инфекции оспы, поэтому в 1796 году Дженнер решил проверить, может ли человек развить иммунитет к обычной оспе, если его заразить вирусом коровьей оспы. Мальчика, над которым Дженнер решил провести свой эксперимент, звали Джеймс Фиппс (James Phipps). Дженнер сделал надрез на руке Фиппса и заразил его коровьей оспой. Через некоторое время мальчик выздоровел. 48 дней спустя доктор ввел в его организм вирус обычной оспы и обнаружил у мальчика иммунитет.

Сегодня ученые знают, что вирусы коровьей и обычной оспы настолько похожи, что иммунная система человека не в состоянии их отличить.

Доказательство существования атомного ядра

Физик Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford) уже выиграл Нобелевскую премию в 1908 году за свои радиоактивные работы, при этом в тот период времени он также начал проводить эксперименты по выявлении структуры атома. Эксперименты были основаны на его предыдущих исследованиях, которые показали, что радиоактивность состоит из двух типов лучей – альфа и бета. Резерфорд и Ганс Гейгер (Hans Geiger) установили, что альфа-лучи – это потоки положительно заряженных частиц. Когда он выпускал альфа-частицы на экран, они создавали четкое и резкое изображение. Но если между источником альфа-излучения и экраном располагался тонкий лист из слюды, то полученное изображение было размытым. Было ясно, что слюда рассеивала некоторые альфа-частицы, но как и почему это происходило, на тот момент не было понятно.

В 1911 году, физик расположил тонкий лист золотой фольги между источником альфа-излучения и экраном, толщиной 1-2 атома. Также он разместил еще один экран перед источником альфа-излучения для того, чтобы понять какие из частиц отклоняются назад. На экране позади фольги, Резерфорд наблюдал диффузную картину, аналогичную той, какую он видел при использовании листа из слюды. Увиденное на экране перед фольгой очень удивило Резерфорда, поскольку несколько альфа-частиц отскочили прямо назад. Резерфорд заключил, что сильный положительный заряд, находящийся в сердце атомов золота, отправил альфа-частицы обратно к источнику. Он назвал этот сильный положительный заряд "ядром", и заявил, что по сравнению с общим размером атома, его ядро должно быть очень мало, в противном случае назад бы вернулось гораздо большее количество частиц. Сегодня ученые аналогично Резерфорду визуализируют атомы: маленькие, положительно заряженные ядра в окружении большого, в основном пустого пространства, в котором обитает несколько электронов.

Рентген

Мы уже говорили выше о рентгеновской дифракции исследований Франклина, но проделанной работой он многим обязан Дороти Кроуфут Ходжкин (Dorothy Crowfoot Hodgkin), одной из трех женщин, которым удалось выиграть Нобелевскую премию по химии. В 1945 году Ходжкин считалась одной из ведущих специалистов мира, практикующих методы рентгеновской дифракции, поэтому не удивительно, что именно она, в конце концов, показала структуру одного из важнейших на сегодняшний день химических веществ в медицине – пенициллина. Александр Флеминг обнаружил убивающее бактерии вещество еще в 1928 году, но ученым потребовалось еще некоторый период времени для того, чтобы очистить вещество в целях разработки эффективного лечения. Таким образом, при помощи атомов пенициллина Ходжкин удалось создать полусинтетические производные пенициллина, что оказалось революцией в борьбе с инфекциями.

Исследования Ходжкин стали известными как рентгеновская кристаллография. Химики впервые кристаллизировали соединения, которые они хотели проанализировать. Это был вызов. После того, как испытания кристаллов пенициллина провели две разные компании, Ходжкин пустила рентгеновские волны через кристаллы и позволила радиации «проникнуть в исследуемый объект». При взаимодействии Х-лучей с электронами исследуемого объекта, лучи становились немного дифрагированными. Это привело к появлению четкого рисунка из точек на фотопленке. Проанализировав положение и яркость этих точек и выполнив множество расчетов, Ходжкин точно определила, как располагаются атомы в молекуле пенициллина.

Несколько лет спустя она использовала эту же технологию при выявлении структуры витамина В12. Она получила Нобелевскую премию по химии в 1964 году, честь, которой не удостоилась больше ни одна другая женщина.

Возникновение жизни

В 1929 году биохимики Джон Холдейн (John Haldane) и Александр Опарин независимо друг от друга предположили, что в ранней атмосфере Земли отсутствовал свободный кислород. В тех суровых условиях, они предположили, органические соединения могли формироваться из простых молекул, получая серьезный заряд энергии, будь то ультрафиолетовое излучение или яркий свет. Холдейн также добавил, что океаны, вероятно, были первыми источниками этих органических соединений.

Американские химики Гарольд Юри (Harold Urey) и Стэнли Миллер (Stanley Miller) решили проверить гипотезы Опарина и Холдейна в 1953 году. Им удалось воссоздать раннюю атмосферу Земли путем тщательной работы над контролируемой, закрытой системой. Роль океана играла колба с нагретой водой. После того, как водяной пар поднимался и собирался в другой емкости, Юрии и Миллер добавляли водород, метан и аммиак для того, чтобы сымитировать безкислородную атмосферу. Затем в колбе образовывались искры, представляющие свет в смеси газов. Наконец, конденсатор охлаждал газы в жидкости, которую они затем брали на анализ.

Спустя неделю, Юрии и Миллер получили удивительные результаты: в охлажденной жидкости в изобилии присутствовали органические соединения. В частности, Миллер обнаружил несколько аминокислот, в том числе глицин, аланин и глутаминовую кислоту. Аминокислоты – это строительные элементы белков, которые сами являются ключевыми компонентами и клеточных структур и клеточных ферментов, ответственных за функционирование важных химичексих реакций. Юри и Миллер пришли к выводу, что органические молекулы вполне могли выжить в безкислородной среде, что, в свою очередь, не заставило ждать появление простейших организмов.

Создание света

Когда в 19 веке появился свет, он так и остался загадкой, которая вдохновляла на проведение многих увлекательных экспериментов. К примеру, "двухщелевый эксперимент" Томаса Юнга (Thomas Young), который показал, как ведут себя световые волны, но не частицы. Но тогда еще не знали, как быстро свет путешествует.

В 1878 году физик А.А.Майкельсон (A.A. Michelson) провел эксперимент для того, чтобы рассчитать скорость света и доказать, что это конечная, измеряемая величина. Вот что он сделал:

1. Во-первых, он разместил два зеркала далеко друг от друга на разных сторонах дамбы возле университетского городка, расположив их так, что падающий свет отражался от одного зеркала и возвращался назад. Он измерил расстояние между зеркалами и обнаружил, что оно равнялось 605, 4029 метров.

3. При помощи линз он сфокусировал луч света на неподвижном зеркале. Когда луч света касался неподвижного зеркала, он отскакивал и отражался во вращающемся зеркале, возле которого Майкельсон разместил специальный экран. В связи с тем, что второе зеркало вращалось, траектория возвращения светового пучка незначительно изменилась. Когда Майкельсон измерил эти отклонения, он получил цифру 133 мм.

4. Используя полученные данные, ему удалось измерить скорость света, равную 186380 миль в секунду (299 949 530 километра). Допустимое значение для скорости света на сегодняшний день составляет 299 792 458 км в секунду. Измерения Майкельсона показали на удивление точный результат. Более того, в распоряжении ученых сейчас находятся более точные представления о свете и основ, на которых строятся теория квантовой механики и теория относительности.

Открытие радиации

1897 год был очень важным для Марии Кюри. Родился ее первый ребенок, а спустя всего несколько недель после его рождения она отправилась искать тему для докторской диссертации. В конце концов, она решила изучать "урановые лучи", впервые описанные Анри Беккерелем (Henri Becquerel). Беккерель открыл эти лучи случайно, когда он оставил соли урана, завернув их в непрозрачный материал вместе с фотопластинками в темной комнате, а вернувшись, обнаружил, что фотопластинки полностью засвечены. Мари Кюри выбрала для изучения эти таинственные лучи для того, чтобы выявить и другие элементы, действующие подобным образом.

Уже на раннем этапе изучения Кюри поняла, что торий вырабатывает такие же лучи, как и уран. Она начала маркировать эти уникальные элементы, как "радиоактивные" и быстро осознала, что сила радиации, вырабатываемая ураном и торием, зависит от количества тория и урана. В конце концов, ей удастся доказать, что лучи – это свойства атомов радиоактивного элемента. Само по себе это было революционное открытие, но Кюри это остановило.

Она обнаружила, что настуран (уранинит) более радиоактивен, чем уран, это натолкнуло ее на мысль, что наверняка в естественных минералах существует неизвестный ей элемент. Ее муж Пьер присоединился к исследованиям, и они систематически уменьшали количества настурана до тех пор, пока не обнаружили новый изолированный элемент. Они назвали его полонием, в честь родины Марии Польши. Вскоре после этого, они обнаружили другой радиоактивный элемент, который они назвали радием, от латинского "луч". Кюри завоевала две Нобелевские премии за свою работу.

Собачьи дни

Знаете ли вы, что Иван Павлов, российский физиолог и химик, а также автор эксперимента по выработке у собак слюноотделения и прививания им условного рефлекса, совсем не был заинтересован в психологии или поведении? Его интересовали темы пищеварения и кровообращения. На самом деле, он изучал систему пищеварения собак, когда открыл то, что сегодня нам известно, как "условные рефлексы".

В частности, он пытался понять наличие взаимосвязи между слюноотделением и работой желудка. Незадолго до этого, Павлов уже отметил, что желудок не начинает переваривать пищу без слюноотделения, которое происходит в первую очередь. Другими словами, рефлексы в вегетативной нервной системе тесно связывают друг с другом эти два процесса. Далее Павлов решил узнать, смогут ли внешние раздражители повлиять на пищеварение аналогичным образом. Чтобы это проверить, он начал во время приема пищи собакой включать и выключать свет, тикать метрономом и сделал слышимым звучание зуммера. В отсутствии этих раздражителей, у собак происходило слюноотделение только тогда, когда они видели и ели пищу. Но спустя некоторое время, у них начиналось слюноотделение при стимуляции звуком и светом, даже если им в это время не давали еды. Павлов также обнаружил, что этот тип условного рефлекса умирает, если стимул слишком часто "неправильно" использовать. К примеру, если звуковой сигнал собака слышит часто, но при этом не получает еды, то через какое-то время, она перестает реагировать на звук слюноотделением.

Павлов опубликовал полученные результаты в 1903 году. Год спустя он получил Нобелевскую премию в области медицины, причем не за свою работу по условным рефлексам, а "в знак признания его работ по физиологии пищеварения, благодаря которым знания о жизненно-важных аспектах были преобразованы и расширены".

Эксперименты Стэнли Милграма (Stanley Milgram), которые он проводил в 1960-х годах, и по сей день квалифицируются как одни из самых известных и противоречивых научных экспериментов. Милграм хотел выяснить, как далеко сможет зайти обычный человек в причинении боли другому человеку под давлением авторитета. Вот что он сделал:

1. Милграм набрал добровольцев, обычных людей, которые должны были по приказу причинить другим добровольцам-актерам некоторую боль. Экспериментатор играл роль авторитета, который на время исследования постоянно присутствовал в помещении.

2. Авторитет перед началом каждого испытания продемонстрировал ничего не подозревавшим добровольцам, как пользоваться шок – аппаратом, который мог поражать человека разрядом в 15-450 вольт (повышенный уровень опасности).

3. Далее ученый отметил, что они должны протестировать, как шоковое потрясение может улучшить запоминание слов при помощи ассоциаций. Он поручил добровольцам в процессе эксперимента "награждать" добровольцев-актеров шоковыми ударами за неправильные ответы. Чем больше было неправильных ответов, тем выше уровень напряжения на аппарате. Причем, стоит отметить, что аппарат был сделан на высшем уровне: над каждым выключателем было написано соответствующее ему напряжение, от "слабого удара" до "труднопереносимого удара", прибор был оснащен множеством панелей со стрелочными вольтметрами. То есть усомниться в подлинности эксперимента у испытуемых не было возможности, причем исследование было построено так, что на каждый верный ответ было три ошибочных и авторитет говорил добровольцу каким "ударом" наказать "неспособного ученика".

4. "Учащиеся" кричали, когда получали шоковые удары. После того, как сила удара превышала 150 вольт, они требовали освобождения. При этом, авторитет призывал добровольцев продолжать эксперимент, не обращая внимания на требования "учащихся".

5. Некоторые участники эксперимента пожелали его покинуть после достижения наказания в 150 вольт, но большинство продолжали, пока не достигли максимального шокового уровня в 450 вольт.

По окончанию экспериментов, многие высказывались относительно неэтичности данного исследования, но полученные результаты были впечатляющими. Мильграм доказал, что обычные люди могут причинить боль невинному человеку просто потому, что получили такую команду от властного авторитета.

Сотни тысяч физических опытов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Сложно отобрать несколько «самых-самых».Среди физиков США и Западной Европы был проведен опрос. Исследователи Роберт Криз и Стони Бук просили их назвать наиболее красивые за всю историю физические эксперименты. Об опытах, вошедших в первую десятку по итогам выборочного опроса Криза и Бука, рассказал научный работник Лаборатории нейтринной астрофизики высоких энергий, кандидат физико-математических наук Игорь Сокальский.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским. Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет около 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров. Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами, сообщает сайт «Химия и жизнь».

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это. Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту.

Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения. Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова.

Результаты, полученные Галилеем, - следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=γ (mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной γ - Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала. Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо.

Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы - коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы. Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой - экран. На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей - от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света.

Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный - при наименьшем. Ньютон же проделал дополнительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных

количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного.

Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц - корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон («кольца Ньютона»), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной.

Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин «электрон», обозначавший некую частицу - носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально. В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи - это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны.

Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента. Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х 10-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта «положительно-отрицательная» система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало. Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 108 см с плавающими внутри отрицательными электронами.

В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в «рыхлом» атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома - массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см.

Современные физические эксперименты значительно сложнее экспериментов прошлого. В одних приборы размещают на площадях в десятки тысяч квадратных километров, в других заполняют объем порядка кубического километра. А третьи вообще скоро будут проводить на других планетах.