§ 3. Научные методы изучения природы

Природа никогда не действует наугад. Каждое наблюдаемое изменение имеет чёткую причину и подчиняется определённым правилам. Естественные науки, среди которых значится физика, стремятся собрать факты, разобраться в причинах происходящего и сформулировать общие правила, способные описать известные процессы и предсказать новые. У ботаника, географа и физика объект изучения один и тот же — окружающая природа, поэтому и приёмы познания у них общие.

Начало любого физического исследования закладывает наблюдение. Как иначе узнать, что предметы тянет к земле, если не следить за их падением? Что такое разряд молнии, если не смотреть на небо? Сбор данных опирается на органы чувств или на приборы, которые эти чувства усиливают. На рис. 1 как раз идёт наблюдение: телескоп вывезли подальше от городских огней и рассматривают звёздное небо. Заметь, что человек здесь ни во что не вмешивается — он только смотрит и записывает увиденное, а прибор лишь помогает глазу разглядеть далёкое.

Однако одного взгляда на мир для глубокого понимания мало. Поэтому исследователи воспроизводят явление в лаборатории, создают нужные условия и ставят опыты — то, что физики называют экспериментом. В ходе такой проверки обязательно выполняют измерения: без чисел один опыт не сравнить с другим. Научное утверждение тем и отличается от простого мнения, что его можно перепроверить: другой человек, повторив опыт в тех же условиях, обязан получить тот же результат.

Сопоставив факты, учёные выдвигают гипотезы — предварительные объяснения скрытых связей или причин изучаемого явления. Подтвердить или опровергнуть догадку способен только новый опыт. Ставя эксперимент, физики словно задают природе вопрос, а потом стараются верно истолковать её ответ.

Возьмём типичный случай. Из жизни мы знаем, что с одной и той же высоты разные тела падают за разное время: стальной шарик достигает пола раньше пёрышка.