Естественнонаучная картина мира. Часть 1. Естествознание – комплекс наук о природе

Научные эксперименты отличаются огромным разнообразием, однако в их структуре можно выделить общие этапы: 1) постановка цели эксперимента, 2) разработка идеи достижения цели, 3) конструирование экспериментальной установки; 4) планирование действий с экспериментальной установкой; 5) проведение эксперимента; 6) обработка экспериментальных данных.

Проиллюстрируем это положение на примере одного из экспериментов «на стыке» естественных и гуманитарных наук. Он был проведен в 2008—2010 г. врачом и ученым-исследователем Чарльзом Лимбом (США).

Цель эксперимента состояла в том, чтобы выяснить, какие участки мозга активизируются в момент творческой деятельности.

При разработке идеи эксперимента Ч. Лимб исходил из того, что для регистрации активности мозга можно использовать современное медицинское оборудование – магнитно-резонансный томограф (МРТ). Творчество может выражаться в разных формах (написание рассказа, научная работа и др.). Однако они продолжительны во времени и затруднительны внутри трубы томографа. В связи с этим идея состояла в том, чтобы исследовать мозг во время музыкальной импровизации. Импровизация, с одной стороны, спонтанна, то есть представляет творчество в чистом виде, с другой - ее можно ограничить приемлемыми временными рамками.

В ходе конструирования экспериментальной установки потребовалось разработать клавиатуру, на которой можно было бы играть, лежа на спине в узкой трубе. Наиболее удачным оказалось размещение, при котором клавиатура лежит на коленях (рис. 1.18). Но в этом случае испытуемые ее не видят, поэтому потребовалось разработать систему зеркал, которая показывала клавиатуру. Синтезатор для музыкантов изготавливался специально: необходимо было учесть габариты томографа и влияние магнитного поля, избежать шумов и связать клавиатуру с компьютером (это заняло около двух лет).

Рис. 1.18. Экспериментальная установка в опытах по исследова нию мозга в процессе творческой деятельности. Фотография с сайта jazzpeople.ru

План эксперимента состоял в том, что музыканта - добровольца помещали в томограф и подключали аппаратуру. Далее испытуемый должен был играть сначала выученное произведение, а затем импровизацию. В это время экспериментатор делал МРТ-снимки головного мозга.

В ходе эксперимента условия были непривычными для музыкантов, но смущение длилось одну-две минуты, а затем им становилось удивительно комфортно.

Обработка результатов эксперимента состояла в сравнении томограмм, соответствующих воспроизведению и импровизации. Сравнение показало, что в процессе импровизации в отличие от воспроизведения задействованы все участки мозга. Были обнаружены две особенности. Первая: латеральные префронтальные зоны, которые участвуют в осознанном самоконтроле, практически отключались. Вторая: медиальные префронтальные зоны, которые участвуют в самовыражении и автобиографических рассказах, включались в активную работу.

Классификации экспериментов. По предмету исследования различают биологические, физические, химические, астрофизические, биохимические и другие эксперименты (рис. 1.19). В этом случае названия говорят сами за себя и не требуют пояснений.

По функциям в научном исследовании все эксперименты делят на проверочные и исследовательские.

К проверочным относят эксперименты, которые проверяют какую-либо гипотезу, модель, теорию. Такие эксперименты могут ставиться либо с целью их подтвердить, либо с целью – опровергнуть. В истории естествознания нередки случаи, когда эксперименты, которые изначально планировались, как подтверждающие, оказываются опровергающими и наоборот. Например, Г. Герц, проводил свои знаменитые опыты, пытаясь опровергнуть предсказание теории Д. Максвелла о существовании электромагнитных волн. Однако вошел в историю как человек, впервые обнаруживший электромагнитные волны и подтвердивший, что их свойства полностью соответствуют предсказанным.