Методологические принципы психологического исследования. Инвариантность и психология

Теория инвариантности, т. е. теория компенсации влияния возмущения, указывает пути улучшения качества и повышения динамической точности систем, находящихся под влиянием нестационарных воздействий , , , . Однако решение задачи слежения на основе теории инвариантности становится невозможным, если управляющие воздействия и помеха приложены в одной точке. Поэтому только совместное использование методов статистической динамики и методов теории инвариантности в общем случае дают возможность синтезировать наиболее рациональную систему автоматического управления .

С помощью инвариантной системы регулирования в некоторых случаях обеспечивается постоянство регулируемых координат при изменении параметров объекта регулирования в определенных пределах.

Следует различить по меньшей мере три направления в проблеме инвариантности:

первое из них связано с решением задачи компенсации внешних возмущений, действующих на объект регулирования, или помех, оказывающих влияние на элементы регулятора;

второе посвящено разработке методов передачи без искажений и запаздываний управляющих воздействий;

третье посвящено разработке методов анализа и синтеза систем автоматического управления с переменными параметрами , , , , , .

Основным для теории инвариантности является случай, когда о возмущениях системы регулирования нет никаких (в том числе и статистического характера) априорных сведений. Это отличает теорию инвариантности от других разделов общей теории регулирования.

Для теории инвариантности наиболее характерна задача синтеза системы при учете как собственных, так и вынужденных

движений ее, порожденных внешними возмущениями произвольного типа. Можно указать несколько направлений в развитии теории инвариантности. Так, вполне целесообразной оказалась постановка и решение задач инвариантности до приведенная первоначально в работе и продолженная в ряде других публикаций , , и др. Суть дела при этом заключается в следующем.

Для того чтобы достичь абсолютной инвариантности в одном классе систем, рассматривающихся в , необходимо фактически иметь регулятор с бесконечно большим коэффициентом усиления, а так как в действительности для рассматривавшегося класса систем этого достичь нельзя, а можно иметь только достаточно большое значение коэффициента усиления, то и инвариантность достигается не полная, а только частичная.

Как показано в работе , чем точнее выполняется условие абсолютной инвариантности, тем меньшими будут отклонения регулируемого параметра. Это обстоятельство и именуют инвариантностью от с точностью до е.

Такой путь создания систем, инвариантных до и следует рассматривать как первое из основных направлений развития теории инвариантности. Главным здесь является вопрос обеспечения условий устойчивости при приближении к состоянию абсолютной инвариантности.

Впервые эффект приближенного выполнения условий инвариантности был рассмотрен Б. А. Рябовым , отметившим возможность выполнения условия инвариантности с точностью до первой, второй и более высоких производных от внешнего возмущения.

Второе из известных направлений связано с использованием комбинированных систем регулирования, в которых измерительное устройство одновременно реагирует как на отклойения регулируемого параметра, так и непосредственно на изменения величины и знака внешнего возмущения. Это направление наиболее полно освещено в работах , , , и других и нашло себе уже определенное практическое применение.

Принципиальных затруднений при решении задач инвариантности в классе комбинированных систем регулирования не возникает, так как в этом случае нет противоречия между требованиями, вытекающими из условий инвариантности и условий устойчивости, с которыми приходится встречаться при решении задач инвариантности в классе систем регулирования по отклонению. Однако не следует думать, что ликвидация этих противоречивых требований в классе систем по отклонению принципиально невозможна. Как показано в работах , , пользуясь методом двухканальности (или в более общем случае многоканальности), с успехом можно решать задачи абсолютной инвариантности и в классе систем регулирования „по отклонениям".

Инвариант (неизменяющийся – фр.) – выражение, остающееся неизменным при определенном преобразовании входящих в него переменных. В теории автоматического управления подинвариантными понимают системы, в которых выходная величина инвариантна к возмущающим воздействиям.

Примером инвариантной системы может служить мостовая схема, применяемая в системах измерения (рис.8.10). Здесь при условии соблюдения балансаток в одной из диагоналейi не зависит от напряженияU , подводимого к другой диагонали.

Для достижения полной инвариантности некоторой координаты y j (t ) относительно значения возмущающего воздействияf i (t ) необходимо и достаточно, чтобы передаточная функцияW fy (p ) между внешним воздействиемf i (t ) и входом измерительного устройстваy j (t ) была тождественно равна нулю при отсутствии прочих воздействий и нулевых начальных условиях. При ненулевых начальных условиях ставится цель сделать тождественно равной нулю вынужденную составляющую решения дифференциального уравнения, причем собственная (переходная) составляющая, обусловленная ненулевыми начальными условиями, может быть отличной от нулевого значения.

Рассмотрим схему системы управления по отклонению (рис.8.11). Известно, что
, где для данного случая

,

где
,
,
– передаточные функции объекта управления, измерительного элемента и обратной связи;y * ,y ,y 1 – заданное, текущее и измеренное значения выходной величины;– отклонение измеренного значения выходной величиныy 1 от заданногоy * ;f – возмущающее воздействие.

Поскольку
и
заданы, достигнуть абсолютной инвариантности можно только при
, т.е. при очень большом коэффициенте усиления в составе обратной связи, который обратит
в ноль.

Передаточная функция по каналу управления y * может и не быть равной нулю:

;

при

.

К такому результату и стремятся при создании абсолютно инвариантных систем, так как необходимо достичь инвариантности выходной координаты и не потерять возможность передавать информационные сигналы.

Для получения
применяют внутреннюю положительную обратную связь. При этом

, (8.16)

где W 1 (p ),W 2 (p ) – передаточные функции звеньев, являющихся составными частями обратной связи объекта, представленной в виде внутренней положительной обратной связи(звено с передаточной функциейW 1 (p ) в составе обратной связи объекта охвачено положительной обратной связью с передаточной функциейW 2 (p )).

Условие инвариантности сводится к равенству нулю знаменателя (8.16):

Заметим, что для выполнения условия инвариантности требуются устройства, выполняющие операцию идеального дифференцирования. Небольшая ошибка при этом может привести к появлению в дифференциальном уравнении отрицательных членов и, следовательно, неустойчивости. Такие системы, по определению академика Андронова, являются «негрубыми».

Таким образом, требования инвариантности и устойчивости противоречивы, и это противоречие появляется вследствие того, что, приближаясь к абсолютно инвариантной, система может стать «негрубой».

Рассмотрим вопрос о физической осуществимости абсолютно инвариантных систем. Условие реализуемости заключается в требовании обеспечения состояния абсолютной инвариантности как в замкнутом, так и в разомкнутом состояниях системы.

Действительно, для замкнутой системы имеем

Для разомкнутой системы

(8.18)

.

В обоих случаях абсолютная инвариантность достигается при
.

Выражения (8.17) и (8.18) могут отличаться только потому, что для выполнения условия инвариантности необходимо иметь
и
. Первое условие всегда выполняется при
. Следовательно, условие
является необходимым для физически осуществимой инвариантной системы. Кроме того, необходимо, чтобы передаточная функция корректирующего устройства

удовлетворяла условию

. (8.19)

Как уже отмечалось, для достижения инвариантности
относительно
необходимо и достаточно, чтобы
. Этого можно добиться и в системах, работающих по возмущению, для чего
нужно представить в виде разности двух передаточных функций, одна из которых является корректирующей:.

Тогда критерий реализуемости абсолютно инвариантной системы можно интерпретировать следующим образом: необходимым (но недостаточным) признаком физической реализуемости и абсолютной инвариантности системы является наличие в схеме по меньшей мере двух каналов передачи возмущающего воздействия между начальным приложением возмущения и той точкой, относительно которой стремятся достичь инвариантности. Принцип двухканальности является основной идеей при выборе рациональной структуры абсолютно инвариантных систем, но не заменяет условий физической реализуемости, приведенных выше.

В комбинированных системах управления выполнение условий инвариантности требует также создания противодействия, равного по значению, но противоположного по знаку возмущающему воздействию.

➢ Пример 16. Пусть имеем двухконтурную систему стабилизации, изображенную нарис.8.12.

Для удовлетворения условий инвариантности требуется, чтобы передаточная функция
была равна по величине, но обратна по знаку передаточным функциям звеньев второго канала, по которому передается возмущение:

или
.

При выполнении условия (8.19) компенсирующее звено
физически реализуемо.

В отличие от систем стабилизации по отклонению, системы, основанные на комбинированном принципе управления, не имеют противоречия между условиями устойчивости и инвариантности.

Отметим, что инвариантность системы по отношению к внешнему неизменяющемуся воздействию
достигается в астатической системе первого порядка. Действительно, для замкнутой астатической системы при
имеем

.

Отсюда видно, что
в установившемся режиме не зависит от
.

Аналогично можно показать, что астатическая система второго порядка отрабатывает без статической ошибки любые постоянные сигналы и любые линейные функции времени. Эти рассуждения можно распространить на астатические системы любого порядка.

➢Пример 17. Рассмотрим систему стабилизации частоты вращения двигателя постоянного тока, изображенную нарис.8.13. Задание частоты вращения производится потенциометром П в виде пропорционального положению контакта напряженияU 0 . Это напряжение сравнивается с напряжениемU 1 , вырабатываемым датчиком частоты вращения двигателя, который представляет собой тахогенератор ТГ. РассогласованиеU 2 = U 0 – U 1 поступает на вход усилителя, на выходе которого включена обмотка управления электромашинного усилителя (ЭМУ). Якорь ЭМУ соединен с якорем управляемого двигателя Д. В зависимости от знака и величины рассогласованияU 2 напряжение на ЭМУ изменяется, поддерживая частоту вращения двигателя Д в заданных пределах. По принципу действия данная система является статической (закон управления пропорциональный). Для повышения точности системы вводится вспомогательная цепь управления по возмущению (моменту сопротивления, приложенному к валу двигателя). Датчик момента ДМ подает сигналU 3 на вход корректирующего устройства КУ, выходной сигналU 4 , с ко­торого суммируется с рас­согласованиемU 2 .

Электродвигатель в данном случае имеет две степени свободы, так как его частота вращения зависит от ЭДС в главной цепи Е и от момента сопротивления
, т.е.
. Следовательно, для двигателя необходимо записать два уравнения: уравнение равновесия ЭДС в цепи якоря

; (8.20)

и уравнение движения привода

. (8.21)

Исключив из (8.20) и (8.21) ток , получим

или
,

где Т о – электромеханическая постоянная,
.

Передаточная функция двигателя по каналу
будет иметь вид

,

а по каналу

.

Передаточная функция ЭМУ с учетом инерционности обмотки управления и поперечной цепиимеет вид

.

Тахогенератор, усилитель и датчик момента можно считать безынерционными звеньями, тогда


. Структурная схема системы показана нарис.8.14.

Для определения условий инвариантности запишем передаточную функцию по возмущению с учетом двухканальности в виде:

,

Учитывая условие инвариантности (равенство нулю числителя
), имеем

. (8.22)

После подстановки в (8.22) значений соответствующих передаточных функций, имеем

.

В данном случае
, что противоречит условию физической реализуемости (8.19). Таким образом, абсолютно инвариантная система нереализуема, однако, воспользовавшись реальными дифференцирующими звеньями, можно получить систему, достаточно близкую к инвариантной. Заметим, что даже при
осуществляется полная инвариантность системы по отношению к постоянному моменту сопротивления, т.е. исключается статическая ошибка.

В данном случае условие инвариантности системы не отразилось на ее устойчивости, так как характеристическое уравнение замкнутой системы
не изменилось после введения корректирующего звена. Следовательно, в комбинированных системах условия инвариантности и устойчивости не противоречат друг другу.

Психологическая наука накопила огромный фактический материал, она обладает развитым экспериментально-методическим аппаратом. В то же время это обилие экспериментальных фактов становится «неуправляемым», дезорганизующим психологическое исследование, что тормозит дальнейшее развитие науки. В настоящее время чувствуется необходимость опережающего развития теоретических, в частности методологических, исследований. Их назначение – способствовать упорядочению имеющегося фактического материала, «управлять» целенаправленным получением нового знания. В связи с этим следует более внимательно отнестись к таким вопросам, как категории, принципы, этапы и виды психологического исследования. В данном параграфе мы рассмотрим принципы психологического исследования.

Что такое принцип? Принцип – основополагающее первоначало, основное положение, исходный пункт, предпосылки какой-либо теории, концепции [Кондаков, 1975]. Принцип на практике находит свое воплощение в методе. Метод – это путь, способ исследования, обучения, система правил и приемов подхода к изучению явлений и закономерностей природы, общества и мышления; способ достижения определенных результатов в познании и практике; прием теоретического исследования или практического осуществления чего-либо, исходящий из знания закономерностей развития объективной действительности и исследуемого предмета, явления, процесса. Функции принципов науки состоят в обобщении, регуляции познания, конкретизации общефилософских требований к познанию в рамках конкретной науки. Каково соотношение между принципами и методами? Принципы выражают наиболее устойчивые, непреходящие правила действия. Они не подвержены или мало подвержены влиянию моды и конъюнктурным переменам, хотя по мере накопления опыта и принципы обогащаются или развиваются. В отличие от принципов методы подвижны и изменчивы. Они меняются в зависимости от существующей теории, научного направления или школы.

Если говорить о научном психологическом исследовании в целом, то можно выделить четыре уровня методологических принципов: I - философские, II - общенаучные, III - общепсихологические, IV - частные экспериментально-психологические.

Философские принципы. Можно говорить, по крайней мере, о трех наиболее общих методологических принципах. 1. Принцип материального единства мира. 2. Принцип универсальности развития. 3. Принцип причинности. Эти принципы занимают одно из центральных мест в философии, взятой в ее методологической функции.

Общенаучные принципы. Эти принципы имеют достаточно широкую «сферу влияния», они справедливы для многих научных дисциплин, в том числе и для психологии.

1. Принцип объективности . Фундаментальный методологический принцип. Включает в свое содержание признание объекта познания независимым от субъекта, принципиальную познаваемость этого объекта, наличие соответствующих логических средств познания и возможность активного воздействия на объект исследования на основе полученных знаний.

2. Принцип инвариантности . Инвариантность означает свойство оставаться неизменным при каких-либо изменениях, преобразованиях.

Понятие инвариантности, зародившееся в математике (его ввел в обиход английский математик Дж. Сильвестер в середине XIX в.), до начала XX в. развивалось в качестве чисто математического и не имело прикладного значения. Лишь после создания частной теории относительности и дальнейшего развития других физических теорий на инвариантность было обращено внимание не только математиков. В физике инвариантность уравнений относительно определенных групп преобразований стала руководящим принципом при построении теории (инвариантность относительно физических преобразований означает, что инвариантная величина имеет одинаковый вид во всех системах отсчета, связанных между собой соответствующим переходом, т.е. преобразованием координат). Согласно Е. Вигнеру [Вигнер, 1965], принцип инвариантности служит для проверки истинности возможных законов Природы.

Инвариантность всегда связана с каким-либо законом сохранения. Под сохранением понимается сохранение вещей, свойств и отношений. Конкретному закону сохранения соответствует свой тип изменения. Однако в познании могут возникать такие ситуации, когда мы можем констатировать лишь сохранение, тогда как соответствующее ему изменение еще остается неизвестным. Понятие инвариантности может означать более целостное проявление принципа сохранения, а именно сохранение существенных отношений. В истории науки возникновение научных знаний об исследуемой области явлений происходило по мере того, как удавалось открыть некоторый принцип сохранения: в древнегреческой философии говорили о сохранении материи (сохранение начала «архе» относительно всех изменений к мире); в логике существует закон сохранения значения терминов относительно логических операций - закон тождества; в химии говорят о сохранении элементов в реакции. В механике существуют представления о сохранении скорости относительно преобразований, исключающих действие неуравновешенных сил (инерция). Политэкономия исходит из идеи сохранения потребительской стоимости относительно операций рыночного товарообмена. Лучше всего, конечно, идея сохранения развита в физике. Здесь существует теорема Эммы Нётер, устанавливающая связь между свойствами симметрии физической системы и законами сохранении [см. Балин, 2001, с. 121]. Согласно Э. Нётер, из инвариантности относительно сдвига во времени следует закон сохранения энергии, относительно пространственных сдвигов – закон сохранения импульса, относительно пространственного вращения – закон сохранения момента количества движения, относительно преобразования Лоренца – закон сохранения лоренцева момента, или обобщенный закон движения центра масс (центр масс релятивистской системы движется равномерно и прямолинейно).

Интересная концепция о роли и месте инвариантности в познании принадлежит М. Борну. Основная мысль Борна состоит в том, что изучение свойств некоторого объекта следует рассматривать как получение ряда «проекций» объекта на некоторые «элементарные плоскости». Такими «проекциями» являются результаты взаимодействия объекта с другими объектами (в частности, с экспериментальными приборами и органами чувств человека), регистрируемыми нами как явления. Цель научного исследования должна состоять в отыскании возможно более полного набора инвариантов, наиболее точно характеризующих данный объект [Борн, 1963].

Что же можно сказать об инвариантности в психологии?

Инварианты в развитии познавательной деятельности в детском возрасте . Согласно Ж. Пиаже, развитие познания может быть представлено как процесс построения инвариантов, характеризующих знание субъекта об объекте [Пиаже, 1966]. Такой подход, по мнению автора, можно распространить как на собственную, так и на индивидуальную эволюцию познания, поскольку существует известный параллелизм истории и онтогенеза. Развитие интеллекта имеет несколько стадий.

1. Период сенсомоторного интеллекта (0 – 2 года). 2. Период подготовки и организации конкретных операций (2 – 11 лет). 3. Период формальных операций (11 – 15 лет). Наиболее важные инварианты, которые образуются в процессе индивидуального развития, в соответствии с этими стадиями, таковы: 1) представление об объекте как инварианте; 2) представление о сохранении количества вещества, веса и объема; 3) сохранение совокупности и генезис понятия о числе [Флейвелл, 1967].

Инвариант и восприятие . Инвариантность как свойство восприятия – это способность человека воспринимать и узнавать объект как тот же самый независимо от его местоположения в поле зрения, изменения его размеров, цвета, внесения дополнительных элементов. В соответствии с гипотезой инварианта К. Коффки (феномен перцептивной константности), если два удаленных раздражителя слегка различны (чуть выше порога различения), то по законам физиологической оптики они не могут произвести совершенно одинакового воздействия. Но если все же эффект оказывается равным, то, видимо, он равен в каком-то одном отношении и непременно должен различаться в другом. Один и тот же эффект может быть достигнут разными путями. Так, например, два эллипса кажутся одинаковой формы, а на самом деле они показаны в различной ориентации. Это означает, что определенная комбинация формы и ориентации является инвариантом для данного изображения. Точно так же определенное сочетание видимой величины и видимого расстояния дает нам такую инвариантную характеристику образа, как величина. Указанное инвариантное сочетание возможно лишь для максимально близких по своей природе раздражителей (видимая величина и видимое расстояние, видимая форма и видимый наклон и т.п.).

Инвариант и свойства темперамента . Согласно гипотезе Б.М. Теплова и его последователей, свойства общего типа нервной системы взаимно компенсируют друг друга в приспособительной деятельности. Так, например, у слабого типа малая выносливость к действию раздражителей большой силы компенсируется низким порогом абсолютной чувствительности. Наличие таких компенсаторных отношений, обеспечивающих одинаковый уровень приспособления при различном составе типологических свойств, заставляет предположить существование инвариантных характеристик этих свойств [Теплов, 1961]. Проблеме инварианта посвящена большая серия работ, в основном психологов пермской школы. Понятие «индивидуальный стиль деятельности», по сути, также предполагает существование типологического инварианта [Климов, 1969]. Имеются попытки найти аналитическое выражение для получения инварианта. Так, например, в работе В.С. Мерлина с соавторами приведена формула, увязывающая ригидность уровня притязаний, экстраверсию по Юнгу, эмоциональную возбудимость, эмоциональную устойчивость. Авторы считают, что инвариант существует только между уравновешивающими, сотрудничающими и ортогональными свойствами и не существует между свойствами, находящимися в соподчинении. Взаимодействуют друг с другом свойства, которые не коррелируют между собой [Мерлин, Пехлецкий, Белоус, 1967].

Инвариант в психоанализе . В соответствии с концепцией 3. Фрейда (и особенно ее многочисленными клиническими вариантами) у индивида имеется некоторое количество «нервной энергии», «нервно-психический инвариант». Эта энергия должна быть реализована. Если устремления личности социально приемлемы, если нет «блокировки», то энергия реализуется в виде поступков. Если существует блокировка, то энергия не пропадает, а проявляется в виде асоциального поведения, ошибок и т.п. Иногда она переходит на внутренний орган, результатом чего является болезнь.

Как можно будет увидеть ниже, получение инвариантных характеристик окружающей среды – основной способ ее анализа, осуществляемый путем совмещения потоков разнохарактерной (разномодальной) информации. Критерий инвариантности, в свою очередь, может служить мерилом научной истинности. В то же время он ни в коем случае не отменяет критерия практики в вопросе об объективной ценности теорий.

3. Принцип соответствия. Согласно этому принципу смена одной естественно-научной теории другой обнаруживает не только различие, но и связь, преемственность между ними, которая может быть выражена с математической точностью. В принципе соответствия заключено также эвристическое предписание о «производстве» нового знания, так как имеется знание о том, как происходит развитие менее общей теории в более общую. Данный принцип предполагает: 1) единство картины мира (физической, психологической); 2) возможность математического моделирования этого мира, что необходимо для более удобного его описания, построения теории; 3) симметрию различных компонентов построенной модели; 4) наблюдаемость; 5) дополнительность; 6) идеализацию, означающую, что исследование любого явления предполагает выделение его наиболее существенных черт.

4. Принцип дополнительности. Предложен Н. Бором для воспроизведения целостности явления и предполагает применение противоположно-дополнительных, формально несводимых друг к другу парных категорий [см. Балин, 2001, с.136]. В физике свет, например, можно рассматривать либо как волновое явление, либо как корпускулярное; в психологии имеется два подхода для объяснения механизмов деятельности мозга и психики: локализационизм и структурализм. Этот же принцип применим при изучении билатеральной асимметрии, проблемы социального и биологического, субъект-объектных отношений и т.д.

5. Принцип симметрии. В основе и симметрии, и инвариантности в логическом аспекте лежит понятие равенства и тождества. Логически оба понятия соотносятся с понятием преобразования. Их смысл состоит в том, что отношение равенства, тождества, существовавшего до преобразования, продолжает существовать и после него. Если какое-либо состояние или процесс встречается в природе, то для него существует обращенное состояние или процесс, который также может реализоваться в природе. В связи с этим полезно вспомнить идею Ж. Пиаже о том, что умение проводить обратные преобразования характерно для зрелого интеллекта. Очень часто понятия «симметрия» и «инвариантность» употребляются как синонимы.

6. Принцип наблюдаемости. Согласно этому принципу новая теория может строиться на основе только наблюдаемых величин (явлений), в частности, мы не можем строить теорию о внутреннем мире путем созерцания, интроспекции. В то же время А. Эйнштейн говорил, что только теория определяет, что является наблюдаемой величиной. К. фон Вейцзеккер назвал этот принцип принципом Эйнштейна. И то, что мы уже наблюдали, есть, несомненно, наблюдаемая величина и должно включаться в теорию. Для тех же физических величин, которые фактически не наблюдались, мы до поры до времени свободны только предполагать их существование. Принцип Эйнштейна, таким образом, означает, что лишь окончательная теория может решить вопрос о том, что мы наблюдаем, а чего не наблюдаем. Теория даже может изменить наше описание того, что мы наблюдали ранее, до того, как она была создана.

7. Принцип редукции. Означает сведение одних качественных состояний объектов к другим с целью объяснения неизвестного посредством сопоставления его с тем, что более просто и достаточно изучено.

Общепсихологические принципы. Методологические принципы в психологии описаны К.К. Платоновым [Платонов, 1972]. Поэтому приведем их здесь коротко, внося необходимые коррективы. Некоторые принципы, описанные в советской психологической литературе, имеют явно утилитарную (позитивистскую) окраску, и вводились они с целью философского и естественно-научного обоснования марксистского подхода к проблеме происхождения психического. Главная их особенность в рассматриваемом аспекте состоит в том, что они позволяют нарисовать слишком упрощенную, механистическую картину происхождения психики, не давая возможности показать многослойность и многоаспектность психического, наличие его разных форм и корней. Последовательное применение этих принципов в конечном итоге довело дело, в сущности, до абсурда и позволило показать, что используемые теоретические конструкции не являются достаточными и требуется смена парадигмы, что, собственно, мы и видим в других отраслях знания, а также в экономике. Тем не менее, мы приводим здесь многие принципы потому, что они позволяют нарисовать хоть и чрезмерно упрощенную, но поддающуюся экспериментальной проверке и последующей коррекции картину.

1. Принцип вероятностного детерминизма. Долгое время принцип детерминизма был главным методологическим принципом научного познания в советской психологии. Считалось, что в отличие от механистического детерминизма, с точки зрения которого внешние причины непосредственно определяют эффект своего воздействия, независимо от собственных свойств тела или явления, на которое это воздействие оказывается, всякое действие есть взаимодействие, внешние причины действуют через посредство внутренних условий. Но этого в настоящее время оказывается недостаточно. Биологические и социальные системы отличаются значительной степенью неопределенности. Психика направлена на то, чтобы в процессе адаптации к окружающей среде учитывать неопределенность этой среды и устранять ее. В связи с этим целесообразнее, видимо, говорить о принципе детерминизма – неопределенности или вероятностного детерминизма. Некоторые авторы предлагают называть этот принцип принципом системного детерминизма [Кругликов, 1988]. На наш взгляд, этот термин не совсем удачен ввиду многозначности термина «системный».

2. Принцип развития (историзма). Конкретизирует в психологии общий закон диалектики, трактующий развитие как всеобщее свойство материи. Его можно рассматривать в двух аспектах: а) онтологическом, как принцип общественно-исторической обусловленности сознания, а, следовательно, и деятельности; б) гносеологическом, применительно к явлениям субъективной диалектики, как принцип историзма. В нем осуществляется требование диалектической логики анализировать любое понятие в единстве его логического и исторического аспектов.

3. Принцип единства сознания и деятельности. Кратко этот принцип можно сформулировать так: сознание деятельно, а деятельность сознательна. Его можно разделить на: а) принцип единства личности и деятельности и б) принцип единства сознания и личности. На современном этане развития методологии психологии эти два принципа могут быть объединены в один принцип единства сознания личности и деятельности [Платонов, 1982].

4. Системно-структурный принцип. Любое явление, взятое как целое и понимаемое как система, имеет свои элементы, объединенные в необходимое и достаточное число подструктур, причем это целое, его подструктуры и элементы взаимосвязаны разносторонними взаимодействиями. Раскрытие структуры любого целого осуществляется на основе системно-структурного анализа. Сюда можно отнести: а) принцип иерархии и б) принцип личностного подхода. В соответствии с первым в психологии требуется рассматривать все психические явления как ступени, включенные в иерархическую лестницу, в которой нижние этажи управляются высшими, а высшие, включающие в себя низшие в измененном, но неустраненном виде и опирающиеся на них, - как скачки на основе появления новых системных качеств. Следует заметить, однако, что указанный принцип чрезмерно акцентирует внимание на иерархических отношениях в психике. В психогенезе важное значение имеют и горизонтальные отношения между элементами нервной системы. Можно говорить о многосубстратности психического. Для объяснения происхождения психического мало желания связывать его с деятельностью нервной системы. Необходимо также познавать законы становления психического целого, что приводит к образованию «нового качества», которое в определенных случаях мы называем психическим феноменом. По этой причине целесообразнее говорить о принципе соотношения координации и субординации (либо вовсе исключить данный принцип, а рассматриваемые проблемы связать с системно-структурным принципом). Принцип личностного подхода означает не всякое изучение личности, а такое, когда через личность познаются ее элементы и связи этих элементов как между собой, так и с целостной личностью.

Частные экспериментально-психологические принципы. Данная группа принципов относится к этапу экспериментального исследования, его планирования и интерпретации результатов.

1. Адекватность. Означает соответствие применяемого метода исследования изучаемому явлению. Любой экспериментальный метод и даже применяемый прибор несет на себе отпечаток концепции, которой придерживался их создатель. По этой причине в известной степени результаты исследования заранее определены и ограничены некоторыми рамками. Это требование особенно актуально для психолога, так как именно в психологии широко используются «идеологически и теоретически нагруженные» методы исследования.

2. Принцип параллельности. Для повышения информативности показателей, отражающих психологическое явление, эти показатели надо регистрировать параллельно изучаемому явлению, деятельности.

3. Принцип экстремальности . Означает создание экстремальной ситуации для того, чтобы выявить наиболее типичные для конкретного испытуемого параметры, значения параметров, свойства.

4. Принцип регистрации градиента . Для получения более информативных показателей надо регистрировать перепад параметров в нескольких ситуациях (пример: покой – работа). Этот принцип позволяет получить показатель, который характеризует потенциальные возможности изучаемой функции. В литературе для определения такого понятия применяются специфические для конкретной науки термины, например «потенциальная лабильность» в сравнительной физиологии, которая характеризует диапазон между естественным ритмом (или ритмом в покое) органа или системы органов и максимально возможным для них ритмом при выполнении организмом соответствующей работы [Миклин, 1978].

5. Принцип референтности. Для рационализации исследования необходимо искать наиболее чувствительные зоны тела, признаки, их комбинации. Если мы знаем точно, что в данном показателе, как в фокусе, отражается деятельность всей нервной системы или отдельной подсистемы, то пропадает необходимость регистрации всех звеньев системы (применять принцип иерархии, системно-структурный), что повышает эффективность исследования. В литературе можно встретить термины, которые, в сущности, отражают этот принцип (специфическая реакция, реактивный стереотип). К примеру, в психосоматической медицине считается, что у некоторых индивидов в силу особенности их физиологической и психологической конституции имеется предрасположенность к возникновению язвы или гипертонии. Такая предрасположенность может быть врожденной, приобретенной, либо той и другой. Специфичность реакции проявится тогда, когда, например, при наличии угрожающей ситуации один индивид будет постоянно реагировать повышением кровяного давления и не обнаруживать учащения пульса, в то время как у другого будет учащаться пульс и падать кровяное давление. Из этого следует, что для любого индивида чрезвычайно важно знать его наиболее чувствительные, реактивные физиологические индикаторы [Лазарус, 1970].

6. Принцип последовательного объяснения. При объяснении экспериментальных фактов в психологии можно пользоваться одновременно только двумя «соседними» уровнями обобщенности. Например, для объяснения экспериментального факта в психофизиологии можно привлекать принципы и понятия только психологии и физиологии. В социальной психологии – только философии и психологии. Нельзя объяснять социальные явления непосредственно физиологическими причинами (например, войны и революции – появлением массового возбуждения или уменьшением торможения, или избыточным потреблением мясной пищи). В то же время возможно «транслировать» явление, расположенное через ступень уровня обобщенности, на язык интересующего уровня с учетом различия в уровне обобщенности двух явлений. Другими словами, надо произвести преобразование фактов одного уровня к виду, принятому на другом уровне, с тем, чтобы данные стали сопоставимыми.

7. Принцип психологической целесообразности. При объяснении психических явлений физиологическими законами следует помнить, что не все сочетания физиологических законов имеют психологический смысл.

Таким образом, психологическое исследование регулируется теми же методологическими принципами познания, которые существуют и в других экспериментальных науках, ничем существенно не отличаясь от последних в этом смысле.

Принцип инвариантности скорости света гласит: скорость распространения электромагнитных возмущений в вакууме имеет одно и то же значение в любой инерциальной системе отсчета. Естественно, это имеет место быть и в отношении электромагнитных волн вообще и лучей видимого света в частности.

Скорость света

С какой бы скоростью мы не двигались по отношению к световому лучу, измеряемая нами скорость света будет одной и той же, что в корне противоречит принципам классической механики. То есть имеет место сразу два важнейших утверждения:

• Скорость света – есть величина конечная. Она примерно равна 299 792 458 метрам в секунду. Величина огромная и интуитивно невообразимая.
• Скорость света не зависит от выбора инерциальной системы отсчета, в которой измеряется.

Скорость света в веществе отлична от скорости света в вакууме и в разных средах имеет разное значение. Теоретическое обоснование конечности скорости света было получено еще в работах Лоренца. Однако оно не было никак акцентировано. Пуанкаре осознавал это вполне твердо, но не видел в этом ничего особенного. Эйнштейн впервые обратил внимание на этот важнейший физический принцип и на его многочисленные следствия. К тому же времени подоспели результатов опыты Майкельсона, экспериментально подтверждающие правильность тезиса. Преобразования Лоренца выводятся из требования инвариантности уравнений Максвелла при переходе из одной инерциальной системы в другую. Выглядят они так:

Рассматривая квадратный корень в знаменателе, мы обнаруживаем, что при v > c его значение перестает выражаться действительным числом. Это не имеет физического смысла, а, значит, v < c, причем случай v = c, также не реализуется из-за деления на ноль.

Эксперимент Майкельсона-Морли 1887 относится к классическим экспериментам в физике. Изобретенный Майкельсоном двухлучевой интерферометр давал возможность непосредственно измерить длину световой волны. Целью эксперимента было выяснение зависимости скорости света относительно движения нашей планеты относительно гипотетической среды, называемой эфиром. Цель его так и не была достигнута, так как все измерения давали для скорости одно и то же значение. Опыты Майкельсона неоднократно подвергались критике, однако их результат были легко воспроизводимы и выглядели обескураживающими. Они нашли себе объяснение в специальной теории относительности Эйнштейна.

Следует из принципа относительности (гласящего, что все физические законы инвариантны относительно выбора инерциальной системы отсчёта) и является воплощением лоренц-инвариантности электродинамики. Более обобщенно можно говорить, что максимальная скорость распространения взаимодействия (сигнала), называемая скоростью света, должна быть одинаковой во всех инерциальных системах отсчёта.

Данное утверждение очень непривычно для нашего повседневного опыта. Мы понимаем, что скорости (и расстояния) меняются при переходе от покоящейся системы к движущейся, при этом интуитивно полагая, что время абсолютно. Однако принцип инвариантности скорости света и абсолютность времени несовместимы. Если максимально возможная скорость инвариантна, то время идёт различным образом для наблюдателей, движущихся друг относительно друга. Кроме этого, события одновременные в одной системе отсчёта, будут неодновременны в другой.

До опытов Майкельсона - Морли в 1887 году (первые результаты были получены А. Майкельсоном ещё в 1881 году), существовало три мнения на модель эфира:

• Эфир неподвижен и существует абсолютная система отсчета (АСО) связанная с эфиром. При движении тел в АСО должен регистрироваться «эфирный ветер» и как следствие скорость света в разных направлениях при движении относительно АСО будет разной.
• Тела при движении в неподвижном эфире (относительно АСО) сокращаются в продольном к скорости направлении (Г. Ф. Фицджеральд). Свет из-за сокращения измерительных масштабов во всех направлениях будет иметь одну и ту же измеренную скорость.
• Эфир полностью (Герц) или частично (Френель) увлекается телами, в частности Землей при своем орбитальном движении. Эфирный ветер на Земле не регистрируется по причине его малости или отсутствия.

А. Майкельсон задался целью с помощью оптических опытов подтвердить или опровергнуть теорию «неувлекаемого эфира». Дж. Максвелл указал на невозможность выявления эффектов первого порядка (относительно v c {\displaystyle {\frac {v}{c}}}) независимо от применяемой теории эфира. При движении луча света «туда-обратно» световому лучу требуется одно и то же суммарное время, независимо от сложения скорости света со скоростью источника. Для наблюдений возможных оптических эффектов второго порядка (относительно v 2 c 2 {\displaystyle {\frac {v^{2}}{c^{2}}}}), связанных с теорией «неувлекаемого эфира» Майкельсон поставил опыт с интерферометром. Результаты опыта показали незначительность оптических эффектов второго порядка, связанных с орбитальным и галактическим движением Земли. Влияние «эфирного ветра» на оптические эффекты второго порядка в пределах свыше 6 км/с обнаружено не было, теория неподвижного эфира была поставлена под сомнение. Результаты и методика расчётов опыта Майкельсона являлись плодами его оригинальных изобретений, связанных со сложностью физики увлекаемого эфира, а законы отражения движущихся зеркал значительно усложнили его расчёты. Оставшиеся модели эфира из-за разногласий и попыток построить «механическую» модель с вытекающими явными противоречиями («сверхтвёрдый эфир»), не удавалось развить до законченного вида.

В 1905 г. Альберт Эйнштейн в своей работе «К электродинамике движущихся тел» постулирует принцип относительности и инвариантность скорости света в инерциальных системах отсчета. Опираясь на «мысленные эксперименты» приведенные в своей работе, выводит преобразования между движущимися и покоящимися инерциальными системами отсчета, в математическом виде схожие с преобразованиями Лоренца. Со временем изменилось само представление о пространстве и времени и в соответствии с ним механика стала такой же лоренц-инвариантной, как оптика и электродинамика. Классические преобразования Галилея являются приближёнными и справедливыми для малых (по сравнению со скоростью света) скоростей. общем же случае необходимо применять релятивистские преобразования Лоренца, которые легли в основу специальной теории относительности Эйнштейна.

В 1960-70-х годах в реферативных журналах часто попадались ссылки на зарубежные работы, в которых рассматривались варианты специальной теории относительности, построенные на предположении неравенства скоростей света в противоположных направлениях. Эти варианты назывались ε-СТО и непротиворечивым способом описывали все то, что описывается СТО. Правда, большинство из них были более «тяжеловесны» и менее удобны, чем вариант Эйнштейна, поскольку в них нарушалось требование неизменности математической формы записи законов в разных системах отсчета. Большинство работ этих авторов не были направлены против эйнштейновского варианта, а показывали непротиворечивость нетрадиционного подхода. Авторы этих работ стремились, нарушив математическую красоту СТО, вскрыть её физическое содержание и раскрыть загадку скорости света в одном направлении.

Нередко говорят, что скорость света в одном направлении была измерена Рёмером. Однако скорость Рёмера - это тоже скорость, полученная в неявном предположении равенства скоростей света в противоположном направлении. Дело в том, что Рёмер и Кассини рассуждали о движении спутников Юпитера, заведомо предположив, что пространство наблюдателей изотропно. То, что Рёмер фактически измерил скорость света, неявно сделав предположение о равенстве скорости света туда и обратно, показал австрийский физик Карлов.

Инвариантность скорости света в лаборатории покоящейся относительно поверхности Земли, на сегодняшний день твёрдо установлена экспериментально. Интерес представляет поиск возможных небольших отклонений от этого закона.

Примечания

1. более слабой формулировке принцип относительности утверждает такую инвариантность лишь наблюдаемых явлений, а не законов, однако практически это приводит к тому, что одними и теми же законами можно одинаково пользоваться для предсказания явлений независимо от системы отсчета, что приводит в целом и к более сильной формулировке, использованной в основном тексте.
2. Существуют различные способы интерпретации и иерархии постулатов. одном из возможных способов построения релятивистской теории максимальность скорости света изначально постулируется, в других же изначально постулируется лишь только её инвариантность.
3. С. И. Вавилов т.4 «Опыт Майкельсона, его повторения и аналоги»
4. Edwards, W. F Special Relativity in Anisotropic Space // American Journal of Physics. - 1963. - № 31 (7). - С. 482–489.
5. L. Karlov Australian Journal of Physics. - 1970. - № 23. - С. 243-253.
6. Анизотропия скорости света // «УФН», Том 177, № 2, 2007, препринт (анг.)

Принцип инвариантности скорости света Информацию О