Известно, что электрический ток, текущий по проводнику, порождает вокруг себя магнитное поле. А может ли в природе существовать обратный процесс? Может ли магнитное поле быть использовано для создания электрического тока?
В XIX веке физики серьезно над этим задумались. Одним из таких ученых был англичанин Майкл Фарадей (на фото выше). Именно он рассказал всему миру, что такое индукция.
Превращение механической работы в энергию и наоборот
Электромагнитная индукция — это явление, на котором держится почти вся современная энергетика. Известно, что механическую работу можно превратить в тепло. Это сделать очень легко, нужно просто потереть ладони друг о друга. Так механическая работа переходит во внутреннюю энергию ладоней. Возможен ли обратный процесс? Можно ли тепловую энергию (внутреннюю) превратить в механическую работу? Можно, и это реализовано, например, в двигателях внутреннего сгорания.
Итак, в природе существует возможность провести процесс в одном направлении — превратить внутреннюю работу в тепловую энергию. Каким образом сделать все наоборот — внутреннюю энергию преобразовать в механическую работу (энергию)? Это открытие сделал Майкл Фарадей.
Тернистый путь Фарадея в науку
Семья Майкла жила в пригороде Лондона и еле сводила концы с концами. Продукты питания были настолько дорогими, что на неделю мальчику выделяли одну буханку хлеба, другой еды не было. Фарадей не стал работать у отца в кузне, не стал помогать маме-горничной. Когда ему исполнилось двенадцать, он устроился в книжный магазин. Сначала он работал посыльным, а потом помощником переплетчика, именно это решило судьбу Фарадея.
Он имел доступ к сотням книг, но наибольший интерес у него вызывали труды по различным разделам естествознания. Так Майкл увлекся науками, он читал Британскую энциклопедию и другие научные издания. Многие опыты, которые были там описаны, мальчик, несмотря на свой скромный достаток, повторял.
Казалось, что простому переплетчику невозможно пробиться в научный мир, но в судьбу вмешался случай. В книжный магазин, где работал Фарадей, часто приходили естествоиспытатели из Британской академии. Они увидели, что Майкл читает Британскую энциклопедию, заметили его заинтересованность, жажду знаний, поэтому предложили ему посетить лекцию мирового светила науки Гемфри Дэви.
Дэви читал курс популярных лекции по физике и химии. Мальчик законспектировал лекции, красиво переплел конспект и передал их ученому с просьбой, чтобы тот взял его к себе на работу.
Дэви отказал юному дарованию, потому что на тот момент не было вакансий, однако Фарадею в очередной раз улыбнулась удача. В лаборатории, где работал Гемфри Дэви, произошел взрыв, и стеклянная посуда, лопнув, повредила зрение физика. Какое-то время ученый не мог читать и писать. К счастью, он вспомнил о мальчике, который интересуется наукой, и пригласил его к себе в помощь. Через некоторое время Дэви окончательно взял Фарадея к себе на работу.
Как правильно использовать дедуктивный и индуктивный подход
Использование индукции, как единственного метода поиска информации не дает объективной картины.
Индуктивный и дедуктивный методы рассуждения имеют противоположный способ движения мысли, но они не противоречат друг другу, а дополняют. Для дедуктивного рассуждения нужно общее утверждение, а индуктивное собирает частные случаи, подводя их под одну теорию. Чтобы получить результат, приближенный к истине, необходимо использовать оба метода сразу. Это позволяет проверить каждую теорию и отсеять неправдоподобные. А из оставшихся путем сравнения выбрать одну, которая будет отвечать все заданным требованиям.
Предполагается, что сам Декарт и другие представители научного сообщества, использовавшие метод индукции, на самом деле применяли комбинацию методов. Использование одного метода повышает риск формулировки ложных выводов. Если исследователь не может подвести все предметы к общему фактору, у него возникнет желание отбросить несоответствия и тем самым исказить условия эксперимента, и получить неправильный результат.
Неудачные попытки Фарадея превратить магнетизм в электричество
Разберем опыт, который проводил Фарадей, чтобы открыть, что такое индукция. Он взял довольно толстое железное кольцо и намотал на него несколько катушек, которые были изолированы друг от друга. Одну катушку физик подключил к гальванометру, а другую присоединил к источнику тока. Замыкая цепь, Фарадей заметил, что стрелка гальванометра дергалась. Он проверял изоляцию и то, не перетекает ли часть тока в другую катушку. Но оказывалось, что изоляция везде исправна.
Еще удивительнее было то, что даже при размыкании цепи стрелка гальванометра тоже дергалась. В дальнейшем Фарадею удалось разобраться, в чем причина этого явления. Чтобы прийти к этому пониманию, он использовал не только катушки с несколькими обмотками, но и железные стержни, магниты. Ученый размышлял, как можно превратить магнетизм в электричество.
Старая добрая ложка дегтя
Наиболее качественную оценку может дать полная индукция, которая изучает все доступные объекты и явления.
Она описывает каждое свойство, не упуская ни единой детали, благодаря чему выводы по сути уподабливаются банальным перечислениям. Оспорить их чрезвычайно сложно – для этого придется доказать подлог или ошибку в описании.
Тем не менее сегодня в гораздо более востребованном положении оказывается неполная индукция, поскольку в мире Big Data физически невозможно объять все пласты знаний.
Поэтому выделяют контрольную группу, наблюдения за которой и ложатся в основу теории. При этом неполная индукция может быть:
- популярной;
- научной.
Первая просто пытается выявить схожие признаки у объектов исследования. Чем больше совпадений, тем надежней теория, хотя первое же несовпадение полностью перечеркнет предыдущие усилия.
В отличие от популярной индукции, более эффективной можно считать индукцию научную, умозаключения в которой могут быть выстроены благодаря трем форматам:
- Посредством отбора случаев – когда во внимание принимаются все особенности изучаемого множества (то есть каждого из элементов). Тогда любое несовпадение с гипотезой позволяет отнести объект к другому классу и сохранить базовую теорию незабракованной. В противном случае выводится новая концепция.
- Посредством исследования причинных связей – когда изучается конкретная совокупность обстоятельств, имевших место до момента наблюдаемого явления. Проще говоря, исследование причин уделяет внимание условиям, предваряющим рассматриваемое явление. Это и есть основа экспериментального изучения. Конкретизация обстоятельств не только делает гипотезу более стойкой к любой критике, но и уточняет эмпирический опыт.
- Через изучение единичного объекта, который является единственным представителем определенной группы. В этих случаях, исключив индивидуальные особенности объекта изучения, тоже можно прийти к общим выводам. Риск ошибки остается, но в условиях ограниченного количества образцов выбирать не приходится.
Как видите, полученные в рамках индуктивных механизмов знания являются, как правило, довольно проблематичными, поскольку они всего лишь вероятностны. Этот фактор и обуславливает возникновение многочисленных ошибок как закономерного следствия неполноценных обобщений.
В свете этого большинство индуктивных суждений нуждается в многократной проверке на практике, когда полученное таким образом знание сопоставляется с опытом следствий, возникающих в результате индуктивного обобщения.
Эксперименты Ампера
Такие же опыты повторял и Ампер. Правда, гальванометры, которыми пользовались оба ученых, были не такими, как у нас. Это были очень чувствительные к вибрациям приборы, поэтому их устанавливали в отдельной комнате. Ампер задвигал в катушку магнит и уходил в соседнюю комнату. Когда он шел, то не видел, что происходит с гальванометром, как прибор реагирует. Затем он вставлял магнит, возвращался в комнату с устройством, а стрелка показывала на отметку ноль. Ампер шел в лабораторию и вытаскивал магнит из катушки. Возвращался к гальванометру — стрелка опять показывала на ноль, физику никак не удавалось «поймать» индукцию проводника. Ампер разочаровывался снова и снова.
В чем отличие дедукции от индукции?
Дедукция в философии — особый способ мышления, используя который человек делает логические выводы, основываясь на общей информации и выбирая из нее наиболее подходящий ситуации вариант развития событий. Применение дедуктивного метода требует умения составлять логические цепочки, в которых из одного явления последовательно вытекает второе. Этот способ обработки информации получил известность благодаря книгам о Шерлоке Холмсе, который использовал его для раскрытия преступлений.
О дедукции было известно еще мыслителям античного периода. Дедукция использовалась в философии для формирования умозаключений на основании уже имеющихся знаний. У каждого философа было свое представление о правильной дедукции. Например, Декарт называл дедукцию интуитивным способом получения информации, который в результате продолжительных размышлений, обязательно приводит к единственной правильной версии. Лейбниц полагал, что дедукция — единственный способ достичь истинного знания.
Дедукция превосходит большинство методов, поскольку выполняет такие функции:
- помогает быстрее найти верное решение;
- используется в тех областях, знания о которых поверхностны;
- способствует развитию логического мышления;
- помогает анализировать гипотезы, оценивая их правдоподобность;
- ускоряет мышление.
К минусам дедуктивного метода относятся:
- невозможность применять метод для изучения новых явлений;
- некоторые частные случаи очень сложно привести к общему знаменателю;
- полученные, благодаря дедукции, знания сложнее усвоить, поскольку человек получает готовый ответ, не утруждая себя сбором предварительной информации.
Использование дедукции в философии позволяет быстро и достоверно проверять информацию при условии правильного употребления законов логики.
Почему Фарадею удалось сделать открытие
У Фарадея был помощник по фамилии Андерсон. Сорок лет он ассистировал Фарадею в лаборатории. Они работали вдвоем: Андерсон в одной комнате смотрел за показаниями гальванометра, а Фарадей в другой брал катушку и вставлял в нее магнит. Совершая это действие, Фарадей услышал через открытые двери слова Андерсона о том, что стрелка отклонилась. Когда он вынул магнит, то помощник сообщил, что стрелка отклонилась в другую сторону.
Затем Фарадей поменял полярность магнита и вставил его в катушку другим полюсом. Андерсон сказал, что стрелка гальванометра отклонилась в ту же сторону, что и в последний раз. Позже Фарадей объяснял это явление изменением вектора индукции. При вытаскивании магнита из катушки стрелка отклонилась в ту же сторону, что и в первый раз. Фарадей и Андерсон увидели, что движение магнита в катушке порождает в ней электрический ток.
Особенности индуктивного метода
В науке различают два вида индуктивного метода: полная индукция и неполная индукция.
Полная индукция
При полной индукции, мыслительному анализу поочередно подвергаются все предметы из группы. Они отождествляются с заданным признаком. Если каждый предмет будет соответствовать поставленному условию, можно с уверенностью предположить, что предметы имеют общую природу.
Неполная индукция
Главное отличие неполной индукции — отсутствие возможности сделать достоверное умозаключение. При неполной индукции сравнению подвергаются отдельные элементы предметов, и на основании результата делает предположение. Неполная индукция позволяет сделать только частное заключение, тогда как полная индукция стремится к общему.
Проведение опыта
Чтобы изучить индукцию, проведем опыт с постоянным магнитом. Подключим катушку к гальванометру. Не обязательно вводить магнит внутрь, как это делал Фарадей, можно вставить в нее железный сердечник. Стрелка при этом не отклоняется, но поскольку железо усиливает поле, то большой магнит можно двигать даже вдали от катушки. Стрелка гальванометра будет отклоняться все равно. Значит, движение магнита возле или внутри катушки порождает в ней электрический ток.
Замена магнита
Фарадей решил провести опыт с электромагнитом. Чтобы понять, что такое индукция, мы повторим тест ученого. Возьмем катушку (буква А на рисунке), на которую намотан провод. Чтобы он создавал поле, подключим его к источнику тока и включим. Видим, что сила тока около 1-1,5 ампера. По катушке течет ток, поэтому она превратилась в электромагнит. Вставляем, а затем вынимаем меньшую катушку из большей (буква В на рисунке), и видим, что стрелка гальванометра (прибор на рисунке обозначен буквой G) реагирует.
Роль методов мышления в психологии
Дедукция и индукция — методы мышления, которые нужно применять в комплексе. Изучение психических процессов, отвечающих за развитие, взаимосвязь и взаимодействие мыслительных процессов — одна из задач психологии. Форма проявления дедукции и индукции в психологии называется дедуктивным мышлением.
Люди, обращающиеся к психотерапевту, используют неполную индукцию и получают ошибочные выводы. Например, у изменившей мужу жены волосы рыжего цвета, значит все женщины с рыжими волосами — изменщицы. Иногда, выводы, полученные в результате дедуктивного мышления, настолько оторваны от реальности, что несут угрозу жизни пациента. Если человек решит, что для него опасна вода, он полностью откажется от ее использования. Без лечения он погибнет. Вода для него — источник стресса, вызывающий паническую реакцию. Самостоятельно справиться с такой нагрузкой на психику человек не может и в момент эмоционального всплеска он становится опасен для окружающих.
Такое неосознанное применение индуктивного мышления называется фиксацией. Способом избавления от фиксации станет правильное дедуктивное мышление, но его развитие, как и любой другой метод терапии, должен проходить под наблюдением психотерапевта.
Психологи рекомендуют людям, склонным к нервозности, развивать у себя дедуктивное мышление. Для этого используются простые способы:
- Решение логических задач. Классический метод дедуктивного мышления — это математическое мышление. Чтобы решить задачу, человек использует логику, а это способствует развитию навыка отличать ложное суждение от правдоподобного.
- Расширение кругозора. По сути, это пополнение багажа знаний любой информацией, которая интересна конкретному человеку. Для этого необязательно читать учебники. Новую информацию можно получить, просматривая фильмы или сайты, общаясь с другими людьми, путешествуя.
- Развитие точности. Умение конкретизировать помогает подобрать правильный критерий, по которому оценивается явления.
- Гибкость ума. Малый объем знаний способствует закостенелости ума. Имея ограниченный набор типовых ситуаций, человек выбирает не наиболее вероятную, а ту, которая вспомнится ему первой. А поскольку выбор у него невелик, она вряд ли будет подходящей.
- Наблюдательность. Это инструмент, с помощью которого человек пополняет внутреннюю копилку личного опыта. Именно на его основе, делаются умозаключения.
Иногда, можно встретить термин «психологическая индукция», но у него нет конкретного определения. Часто, под индукцией подразумевают проявление некоторых психических заболеваний или аффективное состояние.
Индукционный ток
Фарадей задумался, в чем же причина — в самом движении или в том, что когда магнит движется, то меняется магнитная индукция однородного поля внутри катушки. Может быть, дело совсем не в движении, а в изменении магнитного поля? Как это проверить? Нужно сделать так, чтобы поле менялось, а движения никакого не происходило. Для этого можно увеличивать или уменьшать силу тока.
Устройство для изменения силы тока в цепи — это реостат. Подключим его последовательно к электромагниту. Ток от источника пойдет сначала через реостат, второй вывод прибора подключим к катушке, а второй вывод последней — к источнику тока. Теперь можно регулировать силу тока. Вставляем электромагнит — ток течет, стрелка гальванометра реагирует. Так происходит из-за движения магнита или изменения электромагнитного поля? Проверим. Изменим силу тока. Увидим, что когда она меняется, то же происходит и с магнитным полем в катушке. В результате возникает ток во второй катушке. Он называется индукционным.
Индукция с позиции философии
Если взглянуть на историческую ретроспективу, то термин «индукция» впервые был упомянут Сократом. Аристотель описывал примеры индукции в философии в более приближенном терминологическом словаре, но вопрос неполной индукции остается открытым. После гонений на аристотелевский силлогизм индуктивный метод стал признаваться плодотворным и единственно возможным в естествознании. Отцом индукции как самостоятельного особого метода считают Бэкона, однако ему не удалось отделить, как того требовали современники, индукцию от дедуктивного метода.
Дальнейшей разработкой индукции занимался Дж. Милль, который рассматривал индукционную теорию с позиции четырех основных методов: согласия, различия, остатков и соответствующих изменений. Неудивительно, что на сегодняшний день перечисленные методы при их детальном рассмотрении являются дедуктивными. Осознание несостоятельности теорий Бэкона и Милля привело ученых к исследованию вероятностной основы индукции.
Однако и здесь не обошлось без крайностей: были предприняты попытки свести индукцию к теории вероятности со всеми вытекающими последствиями. Вотум доверия индукция получает при практическом применении в определенных предметных областях и благодаря метрической точности индуктивной основы.
Примером индукции и дедукции в философии можно считать Закон всемирного тяготения. На дату открытия закона Ньютону удалось проверить его с точностью в 4 процента. А при проверке спустя более двухсот лет правильность была подтверждена с точностью до 0,0001 процента, хотя проверка велась все теми же индуктивными обобщениями. Современная философия больше внимания уделяет дедукции, что продиктовано логичным желанием вывести из уже известного новые знания (или истины), не обращаясь к опыту, интуиции, а оперируя «чистыми» рассуждениями. При обращении к истинным посылкам в дедуктивном методе во всех случаях на выходе получается истинное утверждение.
Эта очень важная характеристика не должна затмевать ценность индуктивного метода. Поскольку индукция, опираясь на достижения опыта, становится и средством его обработки (включая обобщение и систематизацию).
Что такое индукция
Если выключить источник тока или включить его, то гальванометр на короткое время дает какие-то показания. Когда это заметил Фарадей, ему стало понятно, что именно изменения магнитного поля в катушке создают в ней электрический ток.
Явление электромагнитной индукции поля, открытое Фарадеем, состоит в том, что при изменении магнитного поля в замкнутом контуре (в нашем случае это катушка) в нем возникает электрический ток.
Электромагнитную индукцию можно наблюдать и в таком случае. Возьмем большой магнит, приблизим, а затем удалим его от катушки. При этом возникает индукционный ток. Но можно поступить и по-другому. Катушку, не приближая и не удаляя, просто вращать в магнитном поле. Увидим, что возникает индукция, направление которой меняется. При этом изменяется количество линий магнитного поля, пронизывающих катушку.
Логический дуализм
Еще один способ разобраться в индукции – обратиться к классике мировой литературы. Легендарный персонаж и весьма неординарная личность Шерлок Холмс пользовался дедуктивным методом, собирая из множества деталей общую картину преступления и попутно набрасывая портрет правонарушителя.
Благодаря дедуктивным умозаключениям сыщик мог вычислить профессию собеседника за считаные мгновения, опираясь на такие, казалось бы, мелочи, как наличие татуировок, потертостей на одежде и манере держаться. Это и были детали, общие для некоторых социальных групп.
А вот уже индуктивные суждения позволяли предположить – в частности, по сорту табака и земле на ботинках, – в какие места чаще всего ходил подозреваемый, ведь в других частях Лондона такого не наблюдалось.
Таким образом, Холмс оперировал обоими видами рассуждений в зависимости от ситуации – когда некоторые частные характеристики становились общими и наоборот. И хотя выводы могли оказаться ложными, они все равно помогали вести расследование. На этом зиждется взаимосвязь логических инструментов и их безусловная полезность при работе в связке.
Эмпиризм позволяет находить какие-то отдельные факты. Индукция помогает строить на этой базе предположения и логические цепочки. Размышления ложатся в основу обобщений, а затем свежеиспеченная гипотеза через дедукцию становится ключом к решению задач в большинстве частных случаев, дополняя и/или обновляя существующий практический опыт.
И цикл повторяется, пополняя багаж знаний о мире. Можно ли тогда считать знания, полученные посредством индуктивных построений, истиной в последней инстанции?
