Poul Trade Forum: ТРИЗ и форекс

Решение научных задач

"Потребность в эффективных методах решения творческих задач в технике была осознана еще
30-40 лет назад. Появились методы, если и не порывавшие с древней тактикой бессистемного перебора
вариантов, то, по крайней мере, пытавшиеся повысить ее эффективность: мозговой штурм,
морфологический анализ, синектика. Почти одновременно началась и разработка АРИЗ. Современный
инженер, как правило, хорошо понимает необходимость освоения теории решения изобретательских
задач или хотя бы ее фрагментов - приемов, методов, правил.
В науке иное положение. Здесь еще сильны традиционные представления, согласно которым
открытия делаются особо одаренными людьми, наделенными природными способностями и
обладающими глубокими знаниями. Метод проб и ошибок (молодые научные сотрудники непочтительно
называют его "методом научного тыка") в науке считается вполне естественным. Конечно, наука не может
утверждать, что творческие процессы непознаваемы и не поддаются усовершенствованию. Такое
утверждение противоречило бы самому духу науки. Но существуют удобные формулировки:
"Главное-интуиция, а механизм интуиции пока не раскрыт..."
Еще совсем недавно слово "ученый" было синонимом слова "мудрец", и где-то в подсознании мы
до сих пор связываем эти слова. Можно ли сомневаться в том, что мудрец умеет правильно мыслить?!
Некоторые ученые сравнивали процесс открытия с восхождением на труднодоступную вершину.
Лезешь вверх, говорили они, выбиваешься из сил, срываешься, падаешь, снова карабкаешься вверх, а
когда, наконец, поднимешься на вершину, то обнаруживаешь, что рядом была прямая и удобная
дорога... Такие сравнения охотно цитировали, пересказывали, но "теорию поиска прямых и удобных
дорог" никто серьезно не разрабатывал.
В 1930 году в Оксфорде вышла книга математика Р. Фишера "Генетическая теория естественного
отбора". В ней Фишер, в частности, показал, что для формулирования законов, открытых Менделем, не
было даже необходимости в экспериментах: достаточно было разумно использовать обыденные знания,
имеющиеся у каждого человека. Все мы знаем, что в среднем ребенок от отца получает примерно
столько же наследственных признаков, сколько от матери. Это первая предпосылка. Во-вторых, мы часто
видим, что ребенок получает свои признаки не непосредственно от отца, а, скажем, от деда. Из этого
нетрудно сделать вывод, что данный признак в скрытом виде находился и у отца, но был как бы прикрыт
другим, аналогичным ему признаком и вынырнул затем лишь в третьем поколении (считая за первое
поколение деда). Этих двух предпосылок было бы уже достаточно, чтобы прийти к выводу, что обычно у
человека (да и у других организмов, вероятно) каждый признак представлен по крайней мере двумя
задатками - от матери и от отца, причем один из них может подавлять собой другой. Это означает
диплоидность генов и возможность доминирования одного признака над другим. Отсюда естественно
вытекают и те численные отношения, которые вывел Мендель для одной пары признаков.
Третьей предпосылкой является то наблюдение, что ребенок получает признаки разных органов
(цвет глаз, форма носа или цвет волос и т. д.) независимо друг от друга. Так, цвет глаз сын иногда
наследует от отца, а вьющиеся волосы - от матери. Другой ребенок в этой семье может получить цвет
глаз от матери, а гладкие волосы от отца или оба признака от одного родителя. Это уже дает основание
для представления о независимом наследовании непарных признаков, к которому пришел Мендель.
Короче говоря, все основные законы Менделя человек, мыслящий точно и имеющий лишь обычный
житейский опыт, мог бы достаточно уверенно вывести даже без эксперимента.
Высказывание Фишера - редчайший случай критического отношения к эффективности научного
мышления. Факты запаздывания открытий довольно многочисленны, и их видели многие. Но тут же
находили оправдания... Типичный пример - история открытия пенициллина в изложении канадского
ученого Г. Селье:
"Вот история его открытия. В то время как английский микробиолог сэр Александр Флеминг
занимался изучением гриппа, на чашке с культурой стафилококка случайно развивалась плесень и
создавала круг, свободный от микроорганизмов. Флеминг немедленно сделал вывод, что какое-то
активное вещество (он назвал его пенициллином), продуцируемое плесенью, убивает микробов. Он
предположил также, что это вещество может быть использовано для борьбы с инфекционными
болезнями. Вы можете сказать, что любой человек, оказавшийся перед лицом подобных фактов, пришел
бы к тому же выводу. Однако история свидетельствует, что это не так. В самом деле, подобные
наблюдения над различными видами плесени и различными микробами делались не раз и прежде,
однако никто серьезно не подумал об их использовании. На первый взгляд, плесень кажется такой
грязью, что представляется невероятным, чтобы кто-нибудь захотел приложить ее к ране или впрыснуть
больному человеку. Плесень обычно растет на испорченных продуктах, и мы так привыкли рассматривать
ее как нечто вредное, что только в высшей степени творческий, оригинальный ум, полностью
освободившийся от привычных шаблонов мысли, мог сделать подобное открытие. Все другие
микробиологи, которым приходилось видеть микробные культуры, разрушенные присутствием плесени,
просто заключили, что нельзя допускать плесень в эти культуры. Нужна была вспышка гения, чтобы
увидеть всю перспективность этого основного наблюдения"6.
Микробиологи видели, что плесень убивает микробы. Знали, что инфекционные болезни вызываются
микробами. Но объединить эти два факта не смогли. Психологическая трещина была совсем мала - и все
же ее не удавалось преодолеть. Казалось бы, надо было встревожиться: почему мысль останавливается
перед столь небольшими препятствиями и что надо сделать, чтобы преодолеть эту психологическую
инерцию? Но Селье делает иной вывод: такой уровень мышления вполне естествен, поэтому, чтобы
объединить эти два факта, нужна была "вспышка гения"...
Интересно отметить, что запоздало и учение о "стрессе", созданное самим Селье, причем запоздало
на целое столетие! Селье пишет, что для установления открытых им закономерностей вполне достаточно
было общеизвестных наблюдений об одинаковом начале различных заболеваний и очень элементарных
опытов. Но снова потребовалась "вспышка гения", чтобы увидеть очевидное...
Классический пример открытия - обнаружение радиоактивности А. А. Беккерелем. История этого
открытия со всеми необходимыми атрибутами - ярким проявлением случайностей, обязательной
"вспышкой гения" - описана в учебниках, пересказана в научно-популярных книгах, очерках, статьях. Мы
как-то устроили опрос на одном семинаре по АРИЗ. Выяснилось, что все участники семинара знали дату,
автора и обстоятельства открытия. И ни один не знал, что почти за сорок лет до Беккереля Ньепс де сен
Виктор обнаружил, что азотнокислый уранил в темноте засвечивает фотопластинку. Десять лет Ньепс
наблюдал это явление и накапливал факты. В 1868 г. он сделал доклад в Парижской академии наук.
Доклад выслушали, тезисы напечатали - и не обратили никакого внимания! Незамеченными прошли и
аналогичные опыты Арнодона, химика из Лиона... Тут не требовалось даже стыковать факты, открытие
было изложено в готовом виде, оставалось только заинтересоваться им, оценить - пусть в сто раз меньше
- его значение...
"Сбои" научной мысли забываются, в памяти остаются "вспышки гения" - и история научных
открытий представляется каскадом феерических подвигов мысли. Что и говорить, открытия очень важны,
каждое из них так или иначе влияет на судьбу человечества. Но вот пути к открытиям крайне
несовершенны, технология решения "открывательских задач" в основе своей не изменилась с
древнейших времен: все тот же метод проб и ошибок, перебор вариантов, долгое топтание перед самыми
небольшими психологическими препятствиями...
Можно ли решать "открывательские задачи" иначе?
Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим, как была решена небольшая, но очень типичная
научная задача.
В 1897 году Рассел обнаружил, что очищенная от окислов поверхность некоторых металлов
способна создавать скрытое изображение на фотопластинке. Если в темной комнате приложить к
цинковому кольцу фотопластинку, а потом проявить ее, получится отпечаток этого кольца.
Открытие Рассела было сделано после открытия катодных, анодных, рентгеновских и
радиоактивных лучей. В эту эпоху все, похожее на новый вид излучения, сразу привлекало всеобщее
внимание, поэтому "эффект Рассела" не остался незамеченным. Вскоре однако выяснилось, что лучи
здесь ни при чем. Освобожденная от окислов поверхность металла взаимодействует с влагой воздуха,
поглощая кислород и выделяя водород в атомарном, очень активном состоянии. Атомарный водород,
воздействуя на слой фотоэмульсии, вызывает ее почернение.
Казалось бы, механизм эффекта Рассела ясен. Но тут обнаружилось удивительное явление.
Пластинку отодвигали от цинка на десять сантиметров, и все равно она чернела. Это противоречило
хорошо известным свойствам атомарного водорода: при нормальном давлении атомы водорода не могут
пробегать такое расстояние, они должны попарно соединиться и стать молекулами. А молекулярный
водород не действует на фотоэмульсию.
Свыше семидесяти лет это явление оставалось неразгаданным. Объяснение нашел ленинградский
инженер, преподаватель АРИЗ В. В. Митрофанов. Он прежде всего четко сформулировал физическое
противоречие: "Атомарный водород должен преодолевать расстояние от металла до пластинки, чтобы
вызвать ее почернение, и атомарный водород не должен преодолевать этого расстояния, потому что он
этого не может". Противоречие видели и до Митрофанова. Но воспринимали это противоречие как сигнал:
"Так быть не может". С точки зрения теории решения изобретательских задач, все наоборот: так вполне
может быть, решение любой изобретательской задачи представляет собой пример совмещения
несовместимого...
"Вещество есть и вещества нет" - такое противоречие уже встречалось нам в задаче 25 о внесении
тонкоизмельченного железного порошка в полимер. Там тоже нельзя было донести частицы железа до
полимера: железо по пути окислялось. Идея решения заключалась в том, чтобы на время "прикрыть"
каждый атом железа, соединив его с другими атомами в легкораспадающуюся молекулу; попав в
полимер, эта молекула распадется, и железо будет, таким образом, доставлено в активном атомарном
состоянии. В. В. Митрофанов предположил, что подобный механизм имеет место и при засвечивании
пластинки. У поверхности металла образуется атомарный водород. Но атомы водорода попарно
соединяются, образуя молекулы. Как и в решении задачи 25, это молекулы легкораспадающиеся,
возбужденные (знакомые всем из школьной химии молекулы Н2, но обладающие высокой энергией и
потому готовые вот-вот "лопнуть" подобно надутому до предела воздушному шарику). Такие молекулы
преодолевают расстояние от металла до фотопластинки: все-таки это молекулы, атомарного водорода нет!
Но достигнув пластинки, возбужденные молекулы сталкиваются с ее поверхностным слоем, который тоже
наделен избытком энергии. И уже тут молекулы разрушаются: есть атомарный водород!
Самое поразительное, что все факты, потребовавшиеся для решения задачи, хорошо известны по
школьным курсам физики и химии. Был и инструмент для их соединения: формулировка физического
противоречия. Но инструмент отбрасывали, и факты оставались несоединенными...
На одном семинаре преподаватель пригласил к доске слушателя-физика, объяснил задачу,
связанную с эффектом Рассела, и предложил ее решить. Первые восемь минут ушли на препирания:
слушатель утверждал, что это несерьезно - вот так, сразу, у доски решать подобные задачи. А вдруг
потребуются эксперименты? А вдруг неверны исходные данные? А вдруг каких-то данных недостает?..
Наконец, преподаватель уговорил слушателя и тот начал решать задачу. В сущности, это были все те же
попытки уклониться от решения: "Может быть, почернение вызывается не атомарным водородом, а
чем-то другим?.. Может быть, здесь проявляется совместное действие водорода и еще какого-то
фактора?.." Так продолжалось десять минут, после чего преподаватель сказал: "Давайте исходить из
того, что есть твердо установленный факт - почернение пластинки вызвано именно атомарным водородом.
Сформулируйте противоречие и найдите условия, при которых водород ведет себя так, как требует эта
формулировка". Вот запись дальнейшего диалога:

Слушатель: - Противоречие заключается в том, что атомарный водород должен зачернять
пластинку, поскольку вы утверждаете, что это так, и не должен этого делать, поскольку он не может
пройти расстояние от металла до пластинки. Это, конечно, не совсем точно: отдельные атомы водорода
вполне могут достичь пластинки... Может быть, дальше идет цепная реакция?
Преподаватель: - Мы будем оперировать только теми достоверными фактами, которые даны в
условиях задачи. Если ничего не получится, тогда начнем вводить новые факты. А пока в этом нет
необходимости.
Слушатель: - Хорошо. Итак, атомарный водород есть и атомарного водорода нет.
(Пауза)
Преподаватель: - Вспомните простейшие операции по шагу 4.1.
Слушатель: - Противоречивое требование можно разделить в пространстве и времени. Потом -
использование переходных состояний. Но атомарный водород, превратившись в молекулярный, сам не
перейдет снова в атомарное состояние... Еще один путь-перестройка структуры. Непонятно: что менять в
атомарном водороде?
Преподаватель: - Что ж, разделим противоречивые требования в пространстве и во времени.
Слушатель: - Это подразумевается в условиях задачи.
Преподаватель: - Ничего. Давайте четко разделим противоречивые требования во времени и в
пространстве.
Слушатель: - В какой-то момент времени у поверхности металла образуется атомарный водород.
Можно считать, что в это время он есть. Но тут же он исчезает, превращается в молекулярный водород.
И через какое-то время снова появляется у фотопластинки... Единственная возможность: фотопластинка
сама расщепляет молекулярный водород.
Преподаватель: - А это реально?
Слушатель:- Насчет фотопластинки не знаю. Некоторые металлы, например палладий, поглощают
водород и при нагревании выделяют его в атомарном состоянии. Но ведь по условиям задачи
молекулярный водород не взаимодействует с пластинкой! Она не может его поглощать.
Преподаватель: - Да, не может.
Слушатель:- Идея решения все равно годится. Атомарный водород на время перехода от металла к
пластинке перестает быть атомарным и образует какое-то неустойчивое соединение, которое распадается,
ударяясь о поверхность пластинки... Мы неправильно сформулировали противоречие. Атомарный
водород по условиям задачи есть, он наверняка образуется у металла и - так говорится в задаче -
наверняка появляется у поверхности пластинки. Противоречие надо отнести к молекулярному водороду:
он есть, потому что атомарный водород не может существовать в пространстве между металлом и
пластинкой, и его нет, потому что пластинка чернеет. Тогда все увязывается: сначала водород
существует в атомарном виде, потом атомарный водород сам превращается в молекулярный, а
молекулярный водород сам распадается на атомы при столкновении с пластинкой... Не пластинка
разбивает молекулу водорода, а молекула сама распадается при встрече с пластинкой. Для этого
молекула должна быть в неустойчивом состоянии. Возбужденная молекула... противоречие устраняется
по третьему пункту шага 4.1: возбужденная молекула водорода - это и не атомарный водород, и не
молекулярный...

Занял этот диалог немногим более семи минут. Чтобы решить задачу, потребовалось
сформулировать физическое противоречие и определить условия, при которых уживаются
противоречивые требования. ("Подсказки" преподавателя ограничивались тем, что записано в АРИЗ:
сформулируй физическое противоречие, примени простейшие правила преобразования системы... На
первых этапах обучения АРИЗ преподавателю приходится напоминать: не бойся задачи, иди по шагам,
сформулируй противоречие... Мысль, не приученная к направленному движению, то и дело срывается на
привычное "А если сделать так?" или останавливается перед самыми небольшими психологическими
препятствиями. После 50-70 учебных задач это проходит, появляется привычка строить модель задачи,
находить противоречие и внимательно рассматривать его - и только потом искать ответ, опять-таки
организованно, используя законы, правила, формулы, таблицы...)
В научных задачах отчетливо просматриваются противоречия, которые и делают задачи задачами, и
простые в общем приемы преодоления этих противоречий. В 1856 году немецкий химик Ф. А. Кекуле
предложил структурную формулу бензола.

Бензольное кольцо.

Эта формула предусматривала существование двух изомеров, которые, однако, не удалось выделить.
Возникло противоречие: изомеры есть и изомеров нет... Как и в задаче об эффекте Рассела,
противоречие устраняется по шагу 4.1 (пункты "б" и "в"): молекулы находятся то в одном, то в другом
состоянии. Причем эти переходы совершаются настолько быстро, что невозможно поймать и отделить
молекулы, которые в данный момент находятся в каком-то одном состоянии.
Еще один пример. В 1957 году американские физики Джон Бардин, Джон Шриффер и Леон Купер
выдвинули теорию сверхпроводимости (ее называют теорией БШК), за которую они были удостоены
Нобелевской премии. Построение теории БШК - классический случай преодоления противоречия. Чтобы
был возможен макроскопический квантовый эффект - незатухающий, сверхпроводящий ток, необходимо
одной волновой функцией описать великое множество переносчиков этого тока, т. е. все электроны
должны быть в одном и том же квантовом состоянии. А электроны подчиняются запрету Паули, согласно
которому в одном и том же квантовом состоянии больше одной частицы находиться не может. В теории
БШК это противоречие преодолено в духе шага 4.1 г: допустим, электроны с противоположными спинами
объединены в пары, имеющие нулевой спин. На такие пары принцип Паули не распространяется. Все,
противоречие снято! Есть множество электронов, находящихся в одном квантовом состоянии, и таких
электронов как бы нет, они спрятаны в парах...
Обратите внимание: в двух разных примерах одно и то же противоречие и преодолено оно одним и
тем же стандартным приемом.
И еще пример. В 1889 году было обнаружено, что удаление поджелудочной железы вызывает
диабет. Однако при перевязке ("отключении") железы несмотря на то, что пищеварительный сок в
кишечник не поступал, диабета не обнаруживалось. Возникло противоречие: поджелудочная железа
ответственна и не ответственна за диабет. В 1900 году петербургский врач Л. С. Соболев разделил
противоречие в пространстве: он высказал мысль, что поджелудочная железа состоит из двух частей,
одна из которых ответственна за диабет, а другая с диабетом никак не связана и участвует лишь в
процессах пищеварения. Соболев предположил, что частью, ответственной за диабет (точнее, за
предотвращение диабета), являются давно известные вкрапления в поджелудочной железе - "островки
Лангеранса". В дальнейшем это было подтверждено экспериментально. Кстати, аналогичное разделение
свойств в пространстве мы использовали при решении задачи 13 о запайке ампул...
Собрав и рассмотрев множество подобных примеров, сотрудники Бакинской общественной
лаборатории изобретательства выдвинули идею построения алгоритма решения научных задач,
основанного на выявлении и преодолении противоречий, лежащих в основе "задач на открытие". Они
рассматривают научные представления, гипотезы и теории как научные системы, которые развиваются
подобно техническим системам. Разница, в сущности, в том, что изменение, внесенное в техническую
систему, воплощается материально: мы строим новую систему. Изменение же, внесенное в научное
представление, не требует "внедрения" в природу: достаточно, если новое представление лучше
объясняет и позволяет предсказывать новые факты. Например, наблюдатели обнаруживают пульсары -
звезды с меняющимся радиоизлучением, причем частота "радиовсплесков" - десятые и даже сотые доли
секунды. Такой факт противоречит имеющимся представлениям о звездах. Чтобы объяснить "всплески"
радиоизлучения от какого-то источника на поверхности звезды, надо допустить, что звезда вращается с
колоссальной скоростью - десятки оборотов в секунду; но звезда не выдержит этой бешеной скорости,
центробежные силы разорвут ее на части... Астрофизик должен преодолеть это противоречие, продумав
соответствующую "конструкцию" звезды. Но эту "конструкцию" не нужно "внедрять" в природу, она уже
существует...
Алгоритм решения научных задач, предложенный Бакинской лабораторией, пока испытывается и
совершенствуется. В технике проще: есть готовый патентный фонд, позволяющий изучать законы
развития технических систем. В науке такого фонда нет: сведения об открытиях растворены в океане
научной литературы. Но работа идет и, наверное, через несколько лет можно будет рассказать о задачах,
решенных по алгоритму".

Альтшуллер Г.С., Сeлюцкий А.Б., Крылья для Икара: Как решать изобретательские задачи,
Петрозаводск, "Карелия", 1980 г., с. 183-192.

--------------------
Управление капиталом - основа трейдинга.
Цена определяет все.

Опции поста

ТРИЗ и форекс IRIP 26/09/2005 11:57
Re: ТРИЗ и форекс IRIP 26/09/2005 12:05 Re: ТРИЗ и форекс IRIP 26/09/2005 12:34 Re: ТРИЗ и форекс IRIP 23/12/2005 23:54 Re: ТРИЗ и форекс Mister 19/01/2006 16:02 Re: ТРИЗ и форекс Снег 24/12/2005 15:00