Экспериментальная работа требует концентрации больших

усилий, она не под силу одному человеку и выполняется

в большинстве случаев целыми коллективом научных

работников. Например, для проведения эксперимента с

применением ускорителя, реактора и т.п. требуется

относительно большой штат научных сотрудников.

Поэтому даже при большом желании теоретик не в

состоянии проверить на практике свои теоретические

выводы и предложения.

Еще в 60-е годы нынешнего столетия, когда

практически все отрасли естествознания находились на

подъеме, академик П.Л. Капица с тревогой говорил о

разрыве между теорией и экспериментом, между теорией

и жизнью, между теорией и практикой, отмечая отрыв

теоретической науки от жизни, с одной стороны, и, с

другой стороны, недостаточно высокое качество

экспериментальных работ, что нарушает гармоническое

развитие науки.

Гармоническое развитие естествознания возможно

тогда, когда теория опирается на достаточно крупную

экспериментальную базу. А это означает, что для

экспериментатора нужна хорошая материальная база:

помещение со всевозможным специальным оборудованием,

большой набор высокочувствительных приборов,

специальные материалы, мастерские и т.п. Темпы

развития естествознания в значительной степени

обусловливаются совершенством такой материальной

базы.

Отрыв теории от эксперимента, опыта, практики

наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и,

следовательно, науке в целом. Отрыв от опыта и жизни

характерен не только для естествоиспытателей, но и

для философов, занимающихся философскими проблемами

естествознания. Ярким примером может служить

отношение некоторых философов к кибернетике в конце

40-х — начале 50-х годов, когда в отечественных

философских словарях кибернетика называлась

реакционной лженаукой. Если бы ученые

руководствовались таким определением кибернетики, то,

очевидно, освоение космоса и создание современных

наукоёмких технологий не стало бы реальностью, так

как сложные многофункциональные процессы, вне

зависимости от их области применения, управляются

кибернетическими системами.

Работа крупных ученых-естествоиспыгателей,

внесших большой вклад в развитие современного

естествознания, несомненно проходила в тесной

взаимосвязи теории и эксперимента. Поэтому для

развития естествознания на здоровой почве всякое

теоретическое обобщение должно непременно проверяться

на опыте. Только гармоническое развитие эксперимента

и теории способно поднять на качественно новый

уровень все отрасли естествознания.

Современные методы и технические средства

эксперимента

Экспериментальные методы и технические средства

современных естественно-научных исследований достигли

высокой степени совершенства. Многие технические

устройства эксперимента основаны на физических

принципах. Но их практическое применение выходит

далеко за рамки физики — о'дной из отраслей

естествознания. Они широко применяются в химии,

биологии и других смежных естественных науках. С

появлением лазерной техники, компьютеров,

спектрометров и другой совершенной техники стали

доступны для экспериментального исследования

неизвестные ранее явления природы и свойства

материальных объектов, стал возможен анализ

быстропроте-кающих физических и химических процессов.

Лазерная техника.

Для экспериментальных исследований многих

физических, химических и биологических процессов

весьма важны три направления развития лазерной

техники:

- разработка лазеров с перестраиваемой длиной

волны излучения;

- создание ультрафиолетовых лазеров;

- сокращение длительности импульса лазерного

излучения до 1 пс (10-12 с) и меньше.

Чем шире спектр излучения лазера, в котором он

может перестраиваться, тем ценнее такой лазер для

исследователя. Среди лазеров с перестраиваемой длиной

волны широко применяются лазеры на красителях. Длина

волн излучения таких лазеров охватывает спектр от

ближней ультрафиолетовой области До ближней

инфракрасной, включая видимый диапазон, и легко

перестраивается в этом спектре. К настоящему времени

разработаны лазеры, длина волны которых составляет

менее 300 нм, т.е. соответствует ультрафиолетовой

области. К таким лазерам относится, например, криптон-

фторидный лазер.

Разрабатываются лазеры, длительность импульса

излучения которых составляет менее 1 пс. Такие

лазеры, несомненно, позволят определить механизм

физических, химических и биологических процессов,

протекающих с чрезвычайно высокой скоростью.

Трудно перечислить все области применения

лазеров для исследования многообразных химических

процессов. Назовем лишь некоторые из них: в фотохимии

лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем

самым найти способ более эффективно использовать

солнечную энергию; с помощью лазеров разделяются

изотопы, например, производится очистка изото-пов

урана и плутония; лазерные приборы служат

анализаторами химического состава воздуха; в биологии

лазеры дают возможность изучать живые организмы на

клеточном уровне. Весьма многообразны применения

лазеров в химической кинетике при исследовании

различных процессов, длительность которых составляет

от 10-6 до 10-12 и менее секунд.

Возможности естественно-научных исследований

расширяются с применением лазеров на свободных

электронах. Принцип действия таких лазеров основан на

том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью,

близкой к скорости света, в периодически изменяющемся

магнитном поле в направлении движения электронов

возникает излучение света. Эксперимент показывает,

что лазеры на свободных электронах отличаются высокой

эффективностью перестройки длины волны при большой

мощности излучения в широком диапазоне — от

микроволнового излучения до вакуумного ультрафиолета.

Синхротронные источники излучения.

Синхротроны применяются не только в физике

высоких энергий для исследования механизма

взаимодействия элементарных частиц, но и для

генерации мощного синхротронного излучения с

перестраиваемом длиной волны в коротковолновой

ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра.

Исследование структуры твердых тел определение

расстояния между атомами, изучение строения молекул

органических соединений — успешному решению этих^и

других задач способствует синхротронное излучение.

Экспериментальные методы расшифровки сложных

структур.

Для идентификации и анализа сложных структур,

в частности для анализа сложных молекул, необходимо

управлять химическими процессами и затем определять

состав и структуру продуктов реакций. Предложенные

физиками эффективные методы экспериментальных

исследований макрообъектов на молекулярн дом уровне —

ядерный магнитный резонанс, оптическая спектроскопия,

масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ,

нейтронография и т.п. — позволяют исследовать состав

и структуру необычайно сложных молекул, что

способствует изучению, например, химической природы

жизненно важных биологических процессов.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

основан на анализе взаимодействия магнитного момента

атомных ядер с внешним магнитным полем. Это один из

важнейших методов в разных отраслях естествознания, в

особенности, в химии: химии синтеза, химии полимеров,

биохимии, медицинской химии и т.п. С помощью метода

ЯМР можно определить, например, химическое окружение

атомов водорода даже в таких сложных молекулах, как

сегменты ДНК. Прогресс в развитии спектроскопии ЯМР

зависит от возможности создания сильного магнитного

поля, которое можно получить с помощью компактных

сверхпроводящих магнитов. Созданный в 1973 г.

томограф, основанный на ЯМР, позволяет наблюдать

картину распределения химических отклонений и

концентрации ядер таких крупных объектов, как тело

человека, что весьма важно при диагностике ряда

заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей.

Оптическая спектроскопия позволяет

анализировать спектр излучения вещества, находящегося

в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком,

газообразном. Спектральный анализ - физический метод

качественного и количественного определения состава

вещества по его оптическому спектру излучения. В

качественном спектральном анализе полученный спектр

интерпретируют с помощью таблиц и атласов спектров

элементов и индивидуальных соединений. Содержание

исследуемого вещества при количественном спектральном

анализе определяют по относительной или абсолютной

интенсивности линий или полос спектра.

С применением лазерного источника излучения и

персонального компьютера возможности оптического

спектрометра значительно расширяются: такой

спектрометр способен обнаружить отдельную молекулу

или даже атом любого вещества.

С помощью метода индуцированной лазерной

флуоресценции можно регистрировать загрязнение

воздуха на расстоянии около двух километров.

В масс-спектроскопии исследуемое вещество

вначале превращается в газовую фазу, затем газ

конденсируется и ионы ускоряются до заданной

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8