Наглядная иллюстрация эволюции инструментов научного поиска в астрономии.
1. Фотографии звездного неба, по которым в 1930 американским астрономом Клайдом Томбо был открыт Плутон. Положение Плутона показано белой стрелкой. (Обсерватория Лоуэлла, 23 и 29 января 1930).
2. Изображение Плутона, полученное орбитальным телескопом «Хаббл» в 1994 году. На тот момент снимок являлся самой информативной и качественной фотографией карликовой планеты. Расстояние до нее от Земли 4,8 миллиарда километров.
3. Мозаика из высококачественных изображений Плутона, полученных космическим аппаратом «Новые горизонты» с расстояния в 450 тысяч километров 14 июля 2015 года.
В случае с падением яблок можно потрясти яблоню самому и вызвать «яблокопад». Воспроизведение изучаемого явления в контролируемых условиях называется экспериментом. Полный контроль над проведением эксперимента, учет возможных внешних факторов, оценка погрешностей, подробное описание методики проведения – обязательные требования к любому ученому-экспериментатору. Корректно поставленный научный эксперимент должен быть воспроизводимым в любой аналогичной лаборатории. Если другие исследователи не смогут повторить наш эксперимент, – это, скорее всего, говорит либо о наших ошибках и неучтенных факторах, либо о намеренной фальсификации (такое в мире науки, к сожалению, тоже случается).
Один из самых известных снимков, полученных телескопом «Хаббла» – «Столпы творения». Область звездообразования, находящаяся в туманности Орел на расстоянии 7000 световых лет
При любой возможности ученые стараются делать количественные замеры каких-либо параметров. В естественных науках с этим проблем нет – и физика, и химия, и во многих своих областях биология – количественные науки. В физике измерение вообще является основой любого эксперимента.
События, происходившие когда-то в далеком прошлом или происходящие непредсказуемым образом, равно как и события, невоспроизводимые в опыте, сильно затрудняют ученым работу. Многие вопросы, связанные с подобными явлениями, до сих пор остаются открытыми. Например, именно с этим связаны трудности в изучении феномена шаровых молний
[5], хотя даже их устройство наука постепенно постигает.
Великолепная триада – наблюдение, эксперимент и измерение – это основа эмпирических методов познания.
Представляя образ ученого-экспериментатора, мы, конечно, сразу представляем и различные научные приборы. На заре развития науки единственными «приборами наблюдения» ученых были их органы чувств: глаза, уши, обоняние и осязание. Спустя многие века человечество ушло в своем познании окружающего мира столь далеко, что теперь с помощью одних глаз и ушей мало что узнаешь: требуется постоянное изобретение новых и совершенствование имеющихся научных приборов.
Суперкомпьютер – специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров. Суперкомпьютеры используются во всех сферах, где для решения задачи применяется численное моделирование; там, где требуется огромный объем сложных вычислений, обработка большого количества данных в реальном времени или решение задачи может быть найдено простым перебором множества значений множества исходных параметров. Области применения: криптография; процессы внутри атомного ядра; разработка ядерного оружия и энергетики; прогноз погоды; расшифровка ДНК и фолдинг белка; аэродинамические процессы для создания совершенных форм крыла, фюзеляжей самолетов, ракет.
Научная аппаратура применяется для расширения и уточнения сенсорного восприятия человека (телескопы, микроскопы), для расширения моторных операций с окружающими предметами (микроманипуляторы, дистилляторы или инкубаторы), усиливает интеллектуальные способности в задачах обработки данных (персональные компьютеры). Современные батискафы нужны, чтобы погружаться вглубь океанов и изучать подводную фауну
[6], современные суперкомпьютеры – для сложнейших и длительных вычислений, огромные и дорогие аэродинамические трубы – для прикладных расчетов аэродинамических свойств летательных аппаратов. Масштабное и быстрое развитие компьютерной техники, начавшееся со второй половины XX века, породило особый метод исследования – модельный эксперимент. Компьютерное моделирование применяется во многих областях науки, обычно для очень сложных явлений: моделирование климатических явлений, моделирование работы центральной нервной системы, тренажеры в авиации, конструирование транспортных средств и пр.
Современная научная аппаратура очень сложна в производстве. Познание в некоторых областях науки ушло так далеко вперед, что для строительства новых лабораторий требуются финансовые вложения нескольких стран (ускорители частиц, нейтринные детекторы, детекторы гравитационных волн, сверхмощные телескопы и суперкомпьютеры, МКС и марсоходы). Экспериментальная наука сегодня – ужасно дорогая штука.
Галилей, делая свои великие открытия, пользовался оптическим телескопом собственного изготовления. До начала XX века альтернативы оптическим телескопам не было. Современные астрономы «разглядывают» космические бездны во всех известных диапазонах электромагнитного излучения: радиоволновом, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-
[7]. Мы научились изучать объекты, находящиеся от нас на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет. Мы открываем экзопланеты. Совсем скоро телескопы настолько повысят свою чувствительность, что мы сможем узнать состав атмосферы некоторых экзопланет. По-моему, это настоящие чудеса. Вы со мной согласны?
