Место моделей в структуре эксперимента, модельного эксперимента
Может показаться, что любой правильно поставленный эксперимент предполагает использование работающей модели. Фактически, поскольку экспериментальная установка исследует явление в «чистом» виде и полученные результаты характеризуют не только данное отдельное явление в одном эксперименте, но и другие явления этого класса, на которые переносятся результаты эксперимента в так или иначе, поскольку это явление можно рассматривать в определенном смысле как модель других явлений того же класса.
Однако это не так, потому что связь между явлениями, изучаемыми в данном единственном эксперименте, и другими явлениями в той же области является отношением идентичности, а не аналогией, в то время как последняя является существенной для отношения модели.
Поэтому стоит выделить особенный! Форма эксперимента, для которой характерно использование существующих материальных моделей в качестве специальных средств экспериментального исследования. Эта форма эксперимента называется модельным экспериментом или симуляцией.
Существенным отличием модельного эксперимента от обычного является его своеобразная структура. Если в обычном эксперименте средства экспериментального исследования так или иначе напрямую взаимодействуют с объектом исследования, то в модельном эксперименте такого взаимодействия нет, поскольку здесь экспериментируют не с самим объектом, а с его заменителем.
При этом следует отметить, что замещающий объект и экспериментальная установка объединены, объединены в действующей модели в одно целое. «Моделирование, – пишет академик Л.И. Седов, – представляет собой замену изучения интересующего нас явления в природе изучением аналогичного явления на модели меньшего или большего масштаба, обычно в специальных лабораторных условиях.
В связи с этим рассмотрим более подробно структуру модельного эксперимента на конкретном примере. Для этого возьмем модель движения газа в паровом котле. Такая модель строится и исследуется следующим образом. В результате промышленных испытаний объектного котла получены некоторые данные и параметры, представленные в виде характерных величин.
С помощью соответствующих теоретических средств (логических правил, математического аппарата, правил и критериев теории подобия) рассчитывается модель, что позволяет решить вопрос об оптимальных условиях ее проектирования (габариты, физическая природа модели). элементы моделирования, выбор материалов, методов и целей его последующего исследования).
Таким образом, первый этап – это теоретический расчет модели, теоретические размышления о задачах, целях и методах последующего экспериментирования с ней. Следующим шагом будет создание самой модели. Далее производятся наблюдения, замеры необходимых параметров, изменение и вариация условий, повторение условий работы самой модели и т. д.
Например, исследование модели движения газа в котле выглядит следующим образом. Не ограничиваясь простым наблюдением, которого явно недостаточно, фотографии делаются с использованием специального освещения, создаются штриховые рисунки, которые хоть и несут на себе отпечаток субъективности, но все же отличаются большой простотой и четкостью.
Таким образом, на новом этапе эксперимента, когда модель построена, субъективная деятельность экспериментатора продолжается, но к ней добавляются новые моменты, связанные с объективной стороной эксперимента – сама модель (то есть некая экспериментальная установка) и технические средства (лампы, экраны, камеры, химикаты, термометры, калориметры и другие измерительные приборы), с помощью которых проводятся наблюдения и измерения.
Все эти средства, которые используются при исследовании модели, являются материальными средствами, характеризующими объективную сторону любого эксперимента. Но здесь, помимо них, к объективной стороне относится и сама модель, в нашем случае – модель парового котла.
Правомерно задать вопрос: какое место модели в эксперименте? Понятно, что это часть эпистемологического объекта, а также средство экспериментального исследования, но полностью ли это часть последнего или это что-то отличное от них?
С одной стороны, очевидно, что модель строится не как самоцель, а как средство изучения какого-то другого объекта, который она заменяет, с которым она находится в определенных отношениях подобия или соответствия. Исследователя интересуют свойства модели не сами по себе, а лишь постольку, поскольку их изучение позволяет судить о свойствах другого объекта, получать информацию о нем.
Этот предмет также выступает как подлинный объект изучения, и по отношению к нему модель является лишь средством экспериментального исследования. С другой стороны, в этом эксперименте модель является предметом исследования. Режим его работы изучается при определенных условиях, за ним проводятся не только визуальные наблюдения, но и измеряются его параметры с помощью специальных приборов.
Она подвергается определенным причинным воздействиям, и экспериментатор регистрирует реакцию данной системы на эти запланированные воздействия и т. д. Одним словом, в этом эксперименте модель изучается как своего рода объект исследования, и в этом отношении она является объектом исследования. объект исследования.
Таким образом, выявляется двойная роль модели в эксперименте: она является одновременно объектом исследования (поскольку заменяет другой, подлинный объект) и экспериментальным инструментом (поскольку является средством познания этого объекта).
Из-за двойственной роли модели структура эксперимента; существенно меняется, становится более сложным. Если в обычном или натурном эксперименте объект исследования и прибор находились в прямом взаимодействии, поскольку экспериментатор с помощью прибора воздействовал непосредственно на исследуемый объект, то в модельном эксперименте внимание экспериментатора сосредоточено. сфокусирован на изучении модели, которая сейчас подвергается всевозможным воздействиям и исследуется с помощью приборов … Настоящий объект исследования не участвует непосредственно в самом эксперименте.
Для модельного эксперимента характерны следующие основные операции: 1) переход от натурного объекта к модели – построение модели (моделирование в собственном смысле слова); 2) экспериментальное исследование модели; 3) переход от модели к природному объекту, заключающийся в переносе на этот объект результатов, полученных в ходе исследования.
Модель входит в эксперимент, не только заменяя объект исследования, но и может заменить условия, в которых изучается какой-либо объект обычного эксперимента.
Ввиду того, что в модельном эксперименте исследуется не сам объект исследования, а его заменитель, естественно возникает вопрос, на каком основании и в каких границах можно передавать полученные на модели данные в систему. моделируемый объект. Этот вопрос решается в зависимости от характеристик различных групп моделей материалов.
Независимо от окончательного вывода о когнитивных возможностях модельных экспериментов, следует сразу обратить внимание на то, что в структуре этих экспериментов роль теории как необходимого звена, связывающего постановку эксперимента и его результаты с объектом исследования. значительно улучшается.
Если обычный эксперимент предполагает наличие теоретического момента на начальном этапе эксперимента – возникновение проблемы, продвижение и оценка гипотезы, вывод следствий, теоретические соображения, связанные с конструкцией экспериментальной установки, а также на завершающем этапе – обсуждение и интерпретация полученных данных, их обобщение, затем в модельном эксперименте дополнительно необходимо теоретически обосновать взаимосвязь модели и природного объекта.
Без этого оправдания модельный эксперимент теряет свое специфическое познавательное значение, поскольку перестает быть источником информации о реальном или естественном объекте. Таким образом, в модельном эксперименте теоретическая сторона представлена намного сильнее, чем в обычном, это даже в большей степени сочетание теории и практики.
Хотя модельный эксперимент расширяет возможности экспериментального исследования ряда объектов, в только что отмеченном обстоятельстве нельзя не отметить определенную слабость этого метода по сравнению с обычным экспериментом. Включение теории (сознательной деятельности субъекта) в качестве звена, связывающего модель и объект, может стать источником ошибок, что снижает доказательную силу модельного эксперимента.
Однако неограниченные возможности для практического изучения свойств, поведения, закономерностей объектов, недоступных по каким-либо причинам для обычного прямого эксперимента, указывают на возможность открытия новых способов расширения сферы человеческого познания с помощью модельного эксперимента. его преимущества перед прямым экспериментом.
Поскольку в модельном эксперименте модель исследуется непосредственно, а результаты исследования переносятся на моделируемый объект, теоретическое обоснование права на такую передачу является необходимым условием и неотъемлемой частью такого эксперимента.
