Експерименти противоположни, причинно-следствени, обратни, идеални, решаващи (Класификация и метод
Сайтът е посветен на изобретателски проблеми и методи за тяхното решаване.
Пуснато от мениджъра на съдържанието в петък, 28/08/2009 - 22:03
Светът е многолик, многоцветен,
Понякога мил, понякога жесток,
Той е щедър и скъперник, богат и беден:
Разгледайте го - всичко е за нас
(В. А. Алатирцев. Светът е за нас)
Ние наблюдаваме най-мощните импулси в развитието на науката, когато е възможно да открием неочаквани експериментални факти, които противоречат на установените възгледи. Ако такива противоречия могат да бъдат доведени до най-голяма острота, тогава теорията трябва радикално да се промени. И така, основният двигател на развитието на физиката, както и на всяка друга наука, е търсенето на тези противоречия. Откриването на ново явление в природата трябва да се оценява толкова по-значимо, колкото повече промени може да изисква от съществуващите идеи или теории в даден момент. (P.L. Kapitsa. Експеримент. Теория. Практика). Следователно експериментът е толкова по-ценен, колкото по-малко очакван е резултатът от него, толкова по-парадоксален е той. Същността на този подход, според Н. Бор, е, че хипотеза, обясняваща ново явление или нов модел, трябва да бъде представена само след провеждане на втори, взаимно изключващ се експеримент.
Заслугата за поставянето и изричното формулиране на схемата на парадоксалните противоположни експерименти принадлежи на Митрофанов В.В. Наскоро физикът от MIT Bruce Knuteson предложи количествен критерий за стойността нарезултати от изследвания. Например, очаква се, че стартирането на Големия адронен колайдер в CERN най-накрая ще направи възможно откриването на Хигс бозона, частица, която теоретично съществува, но практически никога не е била открита. Според критерия на Кнутсън откриването на бозона на Хигс би било много по-малко ценно от доказването на липсата му. Наистина, първото е предвидимо, второто е невероятно. Първият ще потвърди съществуващата теория, вторият ще доведе до нейното радикално преразглеждане.
Нека разгледаме класификацията на експериментите въз основа на критерия парадокс - стойност.
. Casual - експеримент (случаен експеримент)- експеримент, който разкрива причинно-следствените връзки на явленията и потвърждава хипотеза или теория, неговата информационна стойност според К. Шанън е минимална, тъй като не се изисква преразглеждане на общоприетите идеи.. Обратният експеримент (contrariusexperiment)е експеримент, който опровергава хипотеза, теория. Парадоксът на противоположния експеримент се състои в това, че неговият резултат е неочакван или дори противоположен при едни и същи експериментални условия. Резултатът от експеримента не следва от съществуваща теория или хипотеза и води до противоречие в представянето. Илюстрация е класическият експеримент, извършен от Е. Ръдърфорд върху разсейването на алфа частици върху златно фолио с наблюдение на обратно отразени алфа частици. В рамките на съществуващата тогава хипотеза на Томсън: не трябва да има отразени алфа частици, но те се наблюдават. Резултат: нов модел на атома. . Обратен експеримент - експеримент, при който условията са обърнати, например пиезоелектричният ефект и ефектът, обратен на него, информационната стойност е минимална,. Идеаленексперимент(идеаленексперимент)- експеримент, при който условията на експеримента и обектите на изследване от SAMI разкриват причината за наблюдавания ефект.. Решаващ експеримент (experimentum crucis-cross). Поставянето на такъв решаващ експеримент се счита за необходимо условие за приемането на определена хипотеза или теория. Наличието на неограничен брой потвърждаващи експерименти не може да се счита за признак за пълнота и научен характер на теорията. Според Попър теориите се различават по отношение на възможността за създаване на експеримент, който може, поне по принцип, да даде обратен резултат, който ще опровергае тази теория, включително това може да е противоположен експеримент, който прилага принципа на бръснача на Окам. Решаващият експеримент позволява провеждането на всякакви експерименти в рамките на съществуващата теория, които водят до опровергаването на тези идеи, теории или хипотези.
Таблица.Класификация на експериментите според критерия за информационна стойност-
| # | Съкращение | Име | Резултат |
| 1. | Casual - експеримент (случаен експеримент)- експеримент, който разкрива причинно-следствените връзки на явленията и потвърждава хипотеза или теория. | Информационната стойност е минимална, тъй като не изисква преразглеждане на общоприети идеи. | |
| 2. | Противен експеримент (contrariusexperiment)е експеримент, който опровергава хипотеза, теория. Условията за провеждане на ЕТ се променят минимално спрямо КАЕ. | Информационната стойност е много висока. Изисква промяна на съществуващи изгледи. | |
| 3. | . Обратният експеримент е експеримент, при койтов които условията са обърнати. | Информационната стойност е минимална. Не се изисква преразглеждане на конвенционалната мъдрост. | |
| 4. | Идеален експеримент(идеаленексперимент)- експеримент, при който условията на експеримента и обектите на изследване от SAMI разкриват причината за наблюдавания ефект. | Информационната стойност е максимална. Изисква промяна на съществуващи изгледи. | |
| 5. | Решаващ експеримент (Experimentum crucis). Решаващ експеримент, способен, поне по принцип, да даде резултат, който да опровергае дадена теория, хипотеза. | Информационната стойност е максимална. Изисква промяна на съществуващи изгледи. |
Ключовият експеримент в тази класификация е противоположният експеримент, чиято среда е същевременно „минималният“ Experimentum crucis, който води до противоречие, а оттам и до необходимостта от промяна на представите ни за света.
Класическата задача на Нютон е отличен прототип на основната схема на фундаменталните експерименти в областта на ядрената физика. Помислете за възможни схеми на експерименти за проблема на Нютон въз основа на горната класификация.
Проблем на Нютон.Спектрално разлагане на бяла светлина чрез призма.
В описанието на Нютон изглеждаше така. “. Снабдих се с триъгълна призма, за да тествам с нея известния феномен на разлагането на цветовете. Бях изненадан да ги видя в продълговата форма, защото според приетите закони за пречупване очаквах да са кръгли. Тогава се усъмних, че тези цветове не могат да бъдат толкова разпънати от някакви неравности по стъклото или другопроизволна неизправност. И за да подложа това на тест, взех друга призма, като първата, и я поставих така, че светлината, преминаваща през двете, да се пречупва в противоположни посоки. Резултатът беше, че светлината, която беше разпръсната в продълговата форма от първата призма, беше проведена от втората в кръгла форма с такава редовност, сякаш изобщо не беше преминала през тях. Така че, каквато и да е причината за такава изненада, това не е случайна коректност.
Задачата за решаване на нашето ниво на познание е доста проста, но ще я разгледаме в съответствие с нашия общ подход. Основният въпрос, пред който е изправен Нютон, е: „Кой обект е отговорен за явлението разлагане на бялата светлина в спектър? Това свойство на светлината ли е или свойство на призма? Нютон решава този проблем по оригинален начин, като поставя един от редицата възможни експерименти, но в същото време значително променя условията за провеждането му, като въвежда нов обект - втора призма, която поставя на пътя на цветния спектър, излизащ от първата призма.
Опростената схема на този експеримент беше следната.
Първият експеримент на Нютон.Разлагане на бялата светлина чрез призма в цветен спектър с разтягане на светлинното петно върху екрана.
Вторият експеримент на Нютон. Инсталиране на втора призма, завъртяна на 180 градуса, така че светлината, преминаваща през двете призми, да се пречупва в противоположни посоки. Спектралното разлагане изчезва и остава на екрана, само петно от бяла светлина с правилна форма.
Хипотезата, логично произтичаща от първия и втория експеримент на Нютон, че това явление е свързано със свойствата на субстанцията на призмата, по време на преминаването на която лъч бяла светлина се пречупва, разтяга се в лента и се „оцветява“ по определен закон в различни цветове, а бялата светлина е бяла, коетоняма други цветове. И само гениалната интуиция на Нютон направи възможно да се изложи правилната хипотеза: разлагането на лъч бяла светлина в цветен спектър се свързва със свойствата на самата бяла светлина, а не с веществото на призмата.
Може да се предположи, че всъщност Нютон е провел много различни експерименти и едва тогава се е появила неговата хипотеза, която логично не следва стриктно от описания по-горе експеримент.
Преди да се започнат експерименти, трябва да се изложи хипотеза за спектралното разлагане на бял светлинен лъч от призма или трябва да има теория, която по някакъв начин обяснява това явление. Нека изложим следната ХИПОТЕЗА: разлагането в спектър на тесен лъч бяла светлина е свойство на призмата.
. Случаен експеримент. Експерименти върху разлагането на бялата светлина в спектър, при който ъгълът на призмата се променя от много малка част от градуса до 90 градуса. Експериментите потвърждават, че големината на отклонението (разгъване в спектър) се определя от веществото и геометрията на призмата. Логично заключение: разлагането на бялата светлина в спектър е свойство на веществото на призмата.. Обратен експеримент.Това е експеримент за "събиране" на спектъра в петно от бяла светлина чрез друга призма (вторият експеримент на Нютон). Логично заключение: "събирането" на спектъра в петно от бяла светлина е свойство на призмата. Обратният експеримент не дава нищо ново, а само потвърждава хипотезата. Няма противоречие с първия експеримент.
. Идеален експеримент. Ето някои IE. В нашия случай това е използването на плоски огледала за събиране на цветовия спектър в петно, едновременно и на едно място. Друг IE е въртенето на многоцветно колело, боядисано в цветовете на спектъра. Тук IE е изключването на фактора на веществото на призмата. Очевидно не е възможно да се намери подходяща IE схема за всяка хипотеза или теория вв рамките на съществуващите теории. Втората част от противоречието може да помогне тук: светлината, падаща върху призмата, е бяла и не трябва да е бяла, тъй като се разлага на спектър.
Експериментът трябва да доведе до парадоксален резултат - липса на спектрално разлагане на бялата светлина при използване на призма. Това е парадоксът на обратния експеримент, че началните условия на експеримента не трябва да се променят значително и няма разширение в спектъра. В този случай обратният експеримент - използване като призмаEDTKBXBNTKMYE> GHBPVEили негова част, която в разрез има геометрията на призма. (Отговорът е да въведете български текст с английски букви на клавиатурата). Резултатът е парадоксален – няма спектрално разлагане на бялата светлина. Друг PE е преминаването на светлина през плоскопаралелна плоча. Комбинирането на първия и противоположния експеримент води до противоречие: геометрията на призмата дава разлагане на бял светлинен лъч в спектър и не дава спектрално разлагане на светлината, тоест призмата няма нищо общо с това. Нека формулираме противоречие за втория обект на изследване, участващ в експериментите: падащата върху призмата светлина е бяла и не трябва да е бяла, тъй като се разлага на спектър. Разрешаване на противоречието: бялата светлина е системен ефект, който възниква за записващото устройство - окото, когато подсистемите на основните цветове на спектъра се комбинират на едно място по едно и също време. Но с последвалото развитие на теорията за цветовете това се оказа само отчасти вярно.
.Решаващ експеримент (Experimentum crucis). Експеримент, който поне по принцип може да даде резултат, който да опровергае тази теория.
Нека формулираме едно противоречие за провеждането на решаващ експеримент: радиацията трябва да има цвятиндикатор и да се възприема от окото, а лъчението не трябва да има цветен индикатор и да се възприема от окото като човешки записващ орган. Решаващ експеримент е експеримент, при който радиационният спектър е извън видимата за окото област на електромагнитното излъчване, но се записва от инструменти.
Разрешение на противоречието: самите светлинни вълни нямат цвят. Цветът възниква само когато тези вълни се възприемат от човешкото око и мозък във видимата област на електромагнитното излъчване. Извън тази област радиацията е невидима и няма цветови спектър.
С развитието на вълновата теория на светлината стана ясно, че всеки цвят съответства на определена честота на светлинната вълна. Всеки цвят от спектъра се характеризира със собствена дължина на вълната, т.е. може да бъде точно определен чрез дължината на вълната или честотата на трептене. В общия спектър на електромагнитното излъчване видимата радиация съставлява много малък процент.
Видимо електромагнитно излъчване
Цветът на предметите възниква в процеса на отразяване и поглъщане на вълни, главно в процеса на поглъщане. Самите предмети нямат цвят, цветът се създава, когато бъдат осветени. Всички живописни бои са пигментирани. Това са абсорбиращи (абсорбиращи) бои, смесването им се извършва съгласно правилата за изваждане.
Анализът на експериментите, проведени от Нютон, показва, че първо трябва да се формулира противоречие за обектите, участващи в експеримента, и след това да се постави такъв взаимно изключващ се (противоположен) експеримент, за да се идентифицира недвусмислено обектът, с който се свързва това явление: със свойствата на призмата или със свойствата на самата бяла светлина, т.е. изключете от разглеждане, когато излагате нова хипотеза, един от обектите, участващи в експеримента, и вечеслед това разгледайте подробно идентифицирания обект.