Эксперимент как метод научного познания

СОДЕРЖАНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

 Работа каждого аспиранта начинается с того, что он знакомится с областью будущих исследований. Для этого аспирант погружается в изучение книг, статей, патентов, диссертаций. Литературный обзор необходим, для того чтобы молодой ученый ясно и четко мог связать все узкие места своей работы. Очень важно на этом этапе правильно сформулировать задачи будущей диссертации. Понять,  что не удовлетворяет на сегодняшний день и что делать завтра. Поскольку мыслящий аспирант пытается всегда выйти за границы уже достигнутого, расширить горизонты познанного, проникнуть в глубины, а значит – выйти от части к некоторому большему целому, то здесь он становится философом…

Наверное, пришла пора спросить, а что такое вообще философия. Пытаясь ответить на этот вопрос, можно отметить следующее. Главное для философии – категория «целое». Брать всякую черту, всякий предмет, связь, качество, событие… не просто сами по себе, но пытаться связать с некоторым целым, в котором эти связь, событие… укоренены. И стремление идти в этом всё далее и далее, до бесконечности…восходя к высшим целым, обнимающим сферу разума, чувства, бытия… Ведь это только наше знание разделено на математику, физику, химию, биологию, медицину…, а сама-то реальность едина, и она не считается с нашими делениями и перегородками, смело действуя поверх всех границ!

И теперь вот как можно  связать образ творческого аспиранта и философии. Всякий думающий молодой ученый пытается обобщить, выяснить причины, найти основания, докопаться до сути. Или, как сказал поэт:

«Во всем мне хочется дойти до самой сути, 
В работе, в поисках пути, в сердечной смуте,

До сущности протекших  дней, до их причины, 
До оснований, до корней, до сердцевины…»

Философия науки призвана анализировать и осмысливать добытые знания, также выявлять тенденции их развития, то есть играть эвристическую роль; как говорил И.Кант, философия должна быть хранительницей и наставницей наук. Её значение возрастает во время научных революций, когда рушатся привычные представления и исследователи как бы теряют ориентировку. Вот уже много десятилетий в центре внимания остаются философские контроверзы квантовой механики и релятивизма, Большого взрыва и элементарных частиц, биологической эволюции и искусственного интеллекта…

1 Философские аспекты диссертации

Уже ясно, что ранее философия  химии слишком много внимания уделяла чисто теоретическим  и логическим аспектам нашей науки. Поэтому сейчас происходит постепенный  поворот в сторону изучения эмпирических и полуэмпирических методов, приближенных моделей, комбинаторной химии. Тут  возникает большое количество отдельных  тем исследований, что объясняется  менее дедуктивным характером химических теорий по сравнению с физическими.

Современная химия представляет собой сложную, разветвленную  систему знаний и деятельности. С одной стороны, химия существенным  образом определяет проблемы продовольствия, одежды, здравоохранения, энергетики, контроль и охрану окружающей среды, химия обеспечивает  субстанциальные метаморфозы  цивилизации, связанные с разнообразием новых материалов и обновленными качествами старых, которые однозначно  пополняют знакомые «блага цивилизации». С другой – вносит свой вклад в человеческие знания универсального, мировоззренческого  характера. Так,  например, ничто не занимает людей больше, чем вопросы о возникновении и сущности жизни на Земле и о  том, как эту жизнь сохранить. Вся наша планета и биосфера подобны огромной химической машине, в которой целесообразно в несоизмеримых с возможностями человека масштабах синтезируются и разлагаются вещества. Не  случайно  одним из  основных понятий в учении  В.И. Вернадского стало понятие «живого вещества».  Биологические процессы – рождение, смерть, старение, мутации –  современная химия эффективно исследует на молекулярном уровне, взаимодействуя с физиологией и медициной, создавая тем самым базу для рационального конструирования лекарств и лечения заболеваний. В  современной химии, как ни в одной отрасли естествознания, особенно ярко проявляется процесс взаимодействия и взаимопроникновения фундаментального и прикладного знания, что позволяет анализировать новые аспекты гносеологических моделей.

Существуют ряд интересных проблем, позволяющих проследить  взаимодействие фундаментального и прикладного в химии. Среди них особо стоит проблема индивидуальности  вещества  и, осознанная  во взаимосвязи  с  ней,  – проблема  чистоты вещества. 

Исторически первой концептуальной системой химии стало учение о  составе вещества. В рамках этого  учения решались две основные проблемы:

1) проблема химического  элемента;

2) проблема зависимости  свойств вещества от его химического  состава. Особенно остро эта проблема ощущается в фармации. Связь структура-активность вещества является основным вопросом при разработке новых лекарств.

В последние годы природные физиологически активные вещества, и в первую очередь  ферменты, начинают играть все бόльшую роль в практической медицине. Совсем недавно установлено, что некоторые заболевания связаны с нарушением различного рода активности лизосомальных ферментов, причем такие заболевания, как правило, не поддаются традиционным методам терапии и, в принципе, могут быть излечены только введением дефицитного фермента в организм извне.

Объектом исследования был выбран фермент лизоцим, так как он является одним из важнейших представителей  класса ферментов антибактериального действия. Человек буквально "пропитан" лизоцимом. Лизоцим из разных источников различается по строению, но близок по действию. Лизоцим яичного белка — первый фермент, для которого методом рентгеноструктурного анализа установлена трёхмерная структура и выявлена связь между строением и механизмом действия (1965); эти исследования — существенный вклад в представления о механизмах ферментативного катализа в целом. Лизоцим разрушает оболочку бактериальной клетки.

Универсальное природное  средство, к тому же свойственное человеческому  организму, следовательно, совершенно безвредное. После того как лизоцим получили из белка куриных яиц, его начали выпускать как лечебный препарат и для местного, и для внутримышечного введения.

Препараты на основе лизоцима применяют при лечении глаз, носоглотки, дёсен, ожогах, в акушерстве и др.  в следующих лекарственных формах: таблетки для рассасывания, порошковые средства для приготовления растворов (при внутримышечном и местном применении) и так далее. Но множество биотехнологических исследований показывают, что оптимальной лекарственной формой всё же являются микрокапсулы.

Микрокапсулы клеточных размеров, содержащие высокие концентрации фермента и белкового наполнителя и  имеющие ультратонкую мембрану, являются искусственной имитацией клеток.

Микрокапсулированные ферменты обладают целым рядом достоинств для терапевтических  целей. Большое разнообразие препаратов в форме микрокапсул, различие физико-химических характеристик инкапсулируемых веществ, требует достаточно широкого разнообразия в подходах к созданию препаратов в этой лекарственной форме.

Для получения оболочек капсул применяют пленкообразующие высокомолекулярные вещества, способные давать эластичные пленки, характеризующиеся определенной механической прочностью. До настоящего времени фармацевтическая промышленность пользуется преимущественно желатиновыми капсулами. Кроме желатина, в составе  оболочек присутствует целый ряд  вспомогательных ингредиентов: пластификаторы, консерванты, красители, замутнители, водопоглащающие агенты, дезинтегранты и др.

Таким образом, лекарственный препарат (в нашем случае – микрокапсула лизоцима) необходимо рассматривать как целостную систему, свойства которой определяются составом элементов, а также их взаимосвязями. Решение такой задачи, как подбор ингредиентов для микрокапсулирования лизоцима возможно только с использованием теоретических и эмпирических (таких как наблюдение, измерение, описание и эксперимент) методов познания химии.

2 Собственно об эксперименте

Сторонники Аристотеля недооценивали  эксперимент и отдавали предпочтение выводу из первых принципов. Однако научная  революция семнадцатого века все  это поменяла. Эксперимент был  официально объявлен королевской дорогой  к знанию, а ученых схоластов стали  презирать, потому что они рассуждали исходя из книг вместо того, чтобы наблюдать  окружающий их мир. Философом этого  революционного времени был Фрэнсис  Бэкон (1561-1626). Он учил, что мы должны не только созерцать природу, но и  “подергать льва за хвост”, то есть манипулировать миром для того, чтобы узнать его  секреты.

Эксперимент – это наиболее сложный  метод эмпирического познания, во многом определяемый принятой научной  теорией. В отличие от наблюдения, в эксперименте субъект познания не ограничивается ролью простого регистратора происходящих событий, но пытается активно воздействовать на объект познания. Для этого необходимы условия, позволяющие реализовать такое воздействие, так что обычно эксперимент предполагает создание более-менее специфических условий существования объекта, вплоть до выделения его из естественной среды и размещения в некоторой искусственной среде.

Существует множество различных  видов эксперимента, например, прямой (при котором осуществляется воздействие непосредственно на объект исследования) и модельный (объект заменяется в эксперименте моделью), полевой (эксперимент проводится в естественных для объекта условиях) и лабораторный (объект исследуется в искусственно-созданной обстановке). По целям можно выделять поисковый (когда исследуется влияние какого-то фактора на объект исследования), измерительный (осуществляется сложное измерение объекта), проверочный (в этом случае идет проверка и отбор гипотез) эксперименты. По методам можно выделять эксперименты, проводимые на основе метода проб и ошибок (делаются случайные пробы, на основе ошибок отбрасываются неудачные пробы), с использованием определенного алгоритма, проводимый по методу «черного ящика» (когда на основе знания функции предполагают определенную структуру объекта) или «белого ящика» (наоборот, от известной структуры переходят к гипотезе о функции объекта).

Следует отметить, что собственно эксперимент составляет лишь центральное звено экспериментирования. Эксперимент планируется, подготавливается, проводится, и, наконец, осмысливается. Каждый из этих  этапов насыщен многочисленными проблемными аспектами, которые сами нуждаются в философском осмыслении. Невозможно предсказать все  результаты эксперимента, но тщательная обработка экспериментальных данных всегда приводит к приросту научного  знания, который не был и не мог быть предвиден заранее.

 В актуальности эксперимента в химии не приходится сомневаться. Сложности начинаются при его осмыслении. Здесь остается много неясностей. Химический эксперимент проводится в рамках лаборатории, под которой следует понимать не столько замкнутое помещение, сколько специфические условия, либо созданные искусственно, либо существующие естественно, т.е. в природе. Эксперимент проводится в специфических условиях, и они непременно должны в той или иной степени учитываться. В типичных для современного химического экспериментирования условиях, оснастка лабораторий включает в себя: а) оборудование общего назначения; б) мерную посуду; в) компьютеры и другие устройства для обработки данных; г) реактивы; д) рабочие инструменты; е) детекторы; ж) приборы, необходимые для наблюдения, контроля и измерения.

Британский учёный Роберт Бойль являлся одним из крупнейших химиков, физиков и философов своего времени. Главной заслугой Бойля стала предложенная им новая система химической философии, изложенная в книге "Химик-скептик" (1661). В книге Р. Бойль формулирует задачи химии, ставит ее на подлинно научную основу. В том же предисловии, названном им «Предварительным рассуждением» мы читаем: «Химики до сих пор руководствовались чересчур узкими принципами, не требовавшими особенно широкого умственного кругозора; они усматривали свою задачу в приготовлении лекарств, в извлечении и превращении металлов». В этих словах, в общем, правильно определены основные черты, присущие химическим исследованиям до 60-х годов XVII в. «Я смотрю на химию с совершенно другой точки зрения, — продолжает Р. Бойль, — я смотрю на нее не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на нее философ. Я начертал здесь план химической философии, который надеюсь выполнить и усовершенствовать своими опытами и наблюдениями... Если бы люди принимали успехи истинной науки ближе к сердцу, нежели свои личные интересы, тогда можно было бы легко доказать им, что они оказывали бы миру величайшие услуги, если бы посвятили все свои силы производству опытов, собиранию наблюдений и не устанавливали бы никаких теорий, не проверивших предварительно их справедливость путем опытным».