Filosofa.net

Произошло, таким образом, деление естествоиспытателей на профессиональных теоретиков и экспериментаторов. Во многих отраслях естествознания возникли экспериментальные и теоретические направления и в соответствии с ними появи­лись специализированные лаборатории и даже институты, на­пример Институт теоретической физики. Такой процесс наибо­лее активно проходит во второй половине XX столетия. В прежние времена не только Ньютон и Гюйгенс, но и такие вы­дающиеся теоретики, как Максвелл, обычно сами эксперимен­тально проверяли свои теоретические выводы и утверждения. В последние же десятилетия только в исключительных случаях

теоретик проводит экспериментальную работу, чтобы подтвер­дить выводы своих теоретических изысканий.

Одна из существенных объективных причин профессио­нальной обособленности экспериментаторов и теоретиков за­ключается в том, что технические средства эксперимента зна­чительно усложнилась. Экспериментальная работа требует кон­центрации больших усилий, она не под силу одному человеку и выполняется в большинстве случаев целыми коллективом на­учных работников. Например, для проведения эксперимента с применением ускорителя, реактора и т.п. требуется относи­тельно большой штат научных сотрудников. Поэтому даже при большом желании теоретик не в состоянии проверить на прак­тике свои теоретические выводы и предложения.

Еще в 60-е годы нынешнего столетия, когда практически все отрасли естествознания находились на подъеме, академик П.Л. Капица с тревогой говорил о разрыве между теорией и экспериментом, между теорией и жизнью, между теорией и практикой, отмечая отрыв теоретической науки от жизни, с одной стороны, и, с другой стороны, недостаточно высокое ка­чество экспериментальных работ, что нарушает гармоническое развитие науки.

Гармоническое развитие естествознания возможно тогда, когда теория опирается на достаточно крупную эксперимен­тальную базу. А это означает, что для экспериментатора нужна хорошая материальная база: помещение со всевозможным спе­циальным оборудованием, большой набор высокочувствитель­ных приборов, специальные материалы, мастерские и т.п. Тем­пы развития естествознания в значительной степени обуслов­ливаются совершенством такой материальной базы.

Отрыв теории от эксперимента, опыта, практики наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и, следовательно, науке в целом. Отрыв от опыта и жизни характерен не только для естествоиспытателей, но и для философов, занимающихся философскими проблемами естествознания. Ярким примером может служить отношение некоторых философов к кибернетике в конце 40-х — начале 50-х годов, когда в отечественных философ­ских словарях кибернетика называлась реакционной лженаукой. Если бы ученые руководствовались таким определением киберне­тики, то, очевидно, освоение космоса и создание современных наукоёмких технологий не стало бы реальностью, так как сложные многофункциональные процессы, вне зависимости от их области применения, управляются кибернетическими системами.

Работа крупных ученых-естествоиспыгателей, внесших боль­шой вклад в развитие современного естествознания, несомнен­но проходила в тесной взаимосвязи теории и эксперимента. Поэтому для развития естествознания на здоровой почве вся­кое теоретическое обобщение должно непременно проверяться на опыте. Только гармоническое развитие эксперимента и тео­рии способно поднять на качественно новый уровень все от­расли естествознания.

Современные методы и технические средства эксперимента

Экспериментальные методы и технические средства современ­ных естественно-научных исследований достигли высокой сте­пени совершенства. Многие технические устройства экспери­мента основаны на физических принципах. Но их практическое применение выходит далеко за рамки физики — о'дной из от­раслей естествознания. Они широко применяются в химии, биологии и других смежных естественных науках. С появлени­ем лазерной техники, компьютеров, спектрометров и другой совершенной техники стали доступны для экспериментального исследования неизвестные ранее явления природы и свойства материальных объектов, стал возможен анализ быстропроте-кающих физических и химических процессов.

Лазерная техника.

Для экспериментальных исследований многих физических, химических и биологических процессов весьма важны три направления развития лазерной техники:

- разработка лазеров с перестраиваемой длиной волны из­лучения;

- создание ультрафиолетовых лазеров;

- сокращение длительности импульса лазерного излучения до 1 пс (10-12 с) и меньше.

Чем шире спектр излучения лазера, в котором он может пе­рестраиваться, тем ценнее такой лазер для исследователя. Сре­ди лазеров с перестраиваемой длиной волны широко применя­ются лазеры на красителях. Длина волн излучения таких лазе­ров охватывает спектр от ближней ультрафиолетовой области До ближней инфракрасной, включая видимый диапазон, и легко перестраивается в этом спектре. К настоящему времени разра­ботаны лазеры, длина волны которых составляет менее 300 нм, т.е. соответствует ультрафиолетовой области. К таким лазерам относится, например, криптон-фторидный лазер.

Разрабатываются лазеры, длительность импульса излучения которых составляет менее 1 пс. Такие лазеры, несомненно, по­зволят определить механизм физических, химических и биоло­гических процессов, протекающих с чрезвычайно высокой ско­ростью.

Трудно перечислить все области применения лазеров для ис­следования многообразных химических процессов. Назовем лишь некоторые из них: в фотохимии лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффек­тивно использовать солнечную энергию; с помощью лазеров разделяются изотопы, например, производится очистка изото-пов урана и плутония; лазерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха; в биологии лазеры дают возмож­ность изучать живые организмы на клеточном уровне. Весьма многообразны применения лазеров в химической кинетике при исследовании различных процессов, длительность которых со­ставляет от 10-6 до 10-12 и менее секунд.

Возможности естественно-научных исследований расширя­ются с применением лазеров на свободных электронах. Принцип действия таких лазеров основан на том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в перио­дически изменяющемся магнитном поле в направлении движе­ния электронов возникает излучение света. Эксперимент пока­зывает, что лазеры на свободных электронах отличаются высо­кой эффективностью перестройки длины волны при большой мощности излучения в широком диапазоне — от микроволно­вого излучения до вакуумного ультрафиолета.

Синхротронные источники излучения.

Синхротроны применя­ются не только в физике высоких энергий для исследования ме­ханизма взаимодействия элементарных частиц, но и для генера­ции мощного синхротронного излучения с перестраиваемом длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Исследование структуры твердых тел определение расстояния между атомами, изучение строения молекул органических соединений — успешному решению этих^и других задач способствует синхротронное излучение.

Экспериментальные методы расшифровки сложных структур.

Для идентификации и анализа сложных структур, в частности для анализа сложных молекул, необходимо управлять химическими процессами и затем определять состав и структуру продуктов реакций. Предложенные физиками эффективные методы экспериментальных исследований макрообъектов на молекулярн дом уровне — ядерный магнитный резонанс, оптическая спек­троскопия, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, нейтронография и т.п. — позволяют исследовать состав и струк­туру необычайно сложных молекул, что способствует изучению, например, химической природы жизненно важных биологиче­ских процессов.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основан на ана­лизе взаимодействия магнитного момента атомных ядер с внеш­ним магнитным полем. Это один из важнейших методов в раз­ных отраслях естествознания, в особенности, в химии: химии синтеза, химии полимеров, биохимии, медицинской химии и т.п. С помощью метода ЯМР можно определить, например, хи­мическое окружение атомов водорода даже в таких сложных мо­лекулах, как сегменты ДНК. Прогресс в развитии спектроско­пии ЯМР зависит от возможности создания сильного магнит­ного поля, которое можно получить с помощью компактных сверхпроводящих магнитов. Созданный в 1973 г. томограф, ос­нованный на ЯМР, позволяет наблюдать картину распределения химических отклонений и концентрации ядер таких крупных объектов, как тело человека, что весьма важно при диагностике ряда заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей.