История фотографии в контексте ТРИЗ

 

 
Добрый день, уважаемые читатели и слушатели Кафедры Прогнозов и журнала «Методолог».
Представляю сегодняшнего автора и работу.
Александр Привень – д.т.н., специалист по физическим свойствам стекол, живёт и работает в Южной Корее. Работал два года на Самсунг Корнинг, сейчас занимается разработкой специализированных баз данных в области химии, материаловедения, медицины и смежных дисциплин.

С книгой Г. С. Альтшуллера «Алгоритм изобретения» познакомился давно, но систематически начал изучать ТРИЗ только сейчас. Законами эволюции начал интересоваться в 1990-х годах, когда активно изучал феномен психического развития человека, но не рассматривал возможность использования своих тогдашних исследований применительно к техническим системам.

Недавно подготовил квалификационную работу на 3ий уровень сертификации МАТРИЗ, которая состоит из трёх частей. Первая часть посвящена анализу использования 40 приёмов разрешения ТП и ФП в области химии и материаловедения, третья часть посвящена разбору некогда решённой им задачи в области измерения теплового расширения стекла с помощью АРИЗ 85-В, а вторая часть демонстрирует его уровень понимания в области ЗРТС на примере анализа истории фотографии.
Все части будут опубликованы, но начнём мы со второй части. По нашему мнению, работа написана на более высоком уровне, чем третий, поскольку для анализа использована авторская система интерпретации процесса эволюции техники. Сопоставляя свою систему из восьми основных стадий развития с процессом эволюции человека, автор попутно рассматривает и другую возможную модель эволюции, опирающуюся на представления о фрактальности. Согласно этой системе, в пределах каждой выделенной стадии система проходит в свёрнутом виде весь цикл развития, от «зачатия» до «старости», а сами фазы не «сменяют» одна другую, как обычно принято считать, а «переплетаются» друг с другом, протекая порой параллельно. Две выделенные дополнительные метафазы «появление систем-наследниц» и «Повторение пути» описывают общий ход эволюционного цикла на надсистемном уровне и дают новое толкование феномена спирального развития техники.

Полагаю, что эта работа даст новый импульс к исследованиям в области нашей профессии.
Приятного чтения, ведущий рубрики КП,
Юрий Даниловский

 
На примере фотографической техники, прежде всего системы фиксации оптического изображения, прослежены взаимосвязи между фазами эволюционного пути системы. Для описания эволюционного пути предложена восьмифазная классификация, которая позволяет более точно, чем традиционная четырехэтапная, определить текущую координату системы на этом пути. Эта классификация хорошо согласуется также с известными классификациями фаз эволюции (этапов, стадий, эпох) нетехнических систем. С помощью предложенной классификации установлены взаимозависимости между ритмами системы и ее частей на разных фазах ее развития и показаны прямые аналогии с фазами развития человека как биологического индивида, начиная с пренатального (дородового) периода и заканчивая старостью. Показана фрактальность эволюции систем не только в пространстве, но и во времени – в виде расщепления отдельных фаз развития на микрофазы, последовательность которых подобна эволюционному пути системы в целом. Сами фазы эволюции предложено рассматривать не как дискретные промежутки времени, последовательно сменяющие друг друга в некоторые конкретные моменты, а как взаимопереплетающуюся цепь, в которой середина одной фазы может «накладываться» во времени на конец предыдущей (или нескольких предыдущих) и начало последующей (или нескольких последующих) фаз. Выявлены два предельных сценария развития системы, названных «сценарием преобразования» и «сценарием пережидания», которые, переходя друг в друга при достижении системой соответствующих характеристик, обеспечивают неразрывность эволюционного пути на всех его фазах. Показано, что эти сценарии синхронизируют развитие системы и ее частей на разных, не пересекающихся друг с другом микрофазах, что дает системе возможность относительно гладко проходить как периоды глубоких структурных преобразований (таких периодов в жизненном цикле технической системы, как и в человеческой жизни, выделено три), так и более спокойные периоды развития. Найденные закономерности могут быть использованы для прогнозирования эволюционного пути системы как в целом, так и на сравнительно короткой перспективе.
Введение
В настоящей статье сделана попытка проследить историю одной из технических систем, ныне используемых доброй половиной населения Земли, - устройства для фотосъемки. Эта система является одной из сравнительно немногих технических систем, сочетающих общеизвестность, наглядность и богатую событиями историю, простирающуюся с древности до наших дней. При этом, в отличие, например, от истории средств передвижения, эта история, насколько известно автору, еще не была предметом серьезного рассмотрения в контексте ТРИЗ (конкретные задачи, касающиеся фотосъемки, например, в условиях слабого освещения [2], в расчет не берутся). Между тем, по мнению автора, данная система весьма наглядно демонстрирует некоторые общие закономерности эволюции систем, которые автор и хотел бы рассмотреть.
 
Целью работы было проследить взаимосвязь развития системы и ее подсистем на разных фазах эволюционного процесса и выявить общие закономерности их согласования друг с другом на разных фазах развития.
1.   Классификация фаз эволюционного цикла
Среди классификаций, выделяющих фазы эволюционного процесса, наиболее известной в ТРИЗ является четырехфазная классификация Любомирского – Литвина (см., например, [16, 17]), основанная на широко известном феномене «S-образности» кривой эволюционного развития.
 
Сама идея S-образного хода эволюционного цикла используется в разных областях знания уже очень давно; насколько известно автору, ее первое последовательное описание применительно к техническим системам содержалось в [5]. В [16, 17] содержится наиболее подробное (из известных автору работ) обсуждение особенностей этой кривой применительно к техническим системам, и ниже мы будем неоднократно ссылаться на эти работы; поскольку они в значительной мере дублируют друг друга, в качестве источника будет указана одна из них [16].
 
В вышеупомянутой классификации выделяются следующие этапы:
 
Этап 1: Медленный рост – с момента создания до начала быстрого роста основных показателей системы (main parameter values);
Этап 2: Переходный этап – быстрый рост показателей системы;
Этап 3: Замедление развития системы;
Этап 4: Вытеснение системы из ее рыночных ниш.
 
Авторы также указывают на наличие переходных периодов между этапами – прежде всего между первым и вторым, когда развитие системы зависит от самых, казалось бы, незначительных факторов. Представляется достаточно очевидным, что аналогичные переходные периоды (возможно, не столь ярко проявляющиеся) должны быть и между остальными фазами. По мнению автора, эти периоды заслуживают не менее серьезного рассмотрения, чем сами вышеозначенные этапы.
 
Кроме того, автор исходит из того, что появлению любой эволюционирующей структуры (и в особенности системы технической) предшествует появление ее основной функции: системы не возникают из ниоткуда, а появляются, как ответ на запрос о выполнении конкретной функции в надсистеме. Это отражено и в  [16], когда авторы указывают, что «до возникновения системы для удовлетворения определенной потребности человек выполняет функции на всех уровнях. Это нулевой этап – система отсутствует, человек выполняет все функции сам».
 
При описании фаз эволюционного цикла автор также исходил из принципа аналогии фаз эволюции биологических и технических систем. Этот принцип был многократно обсужден в литературе (см. например, [12]); он упоминается и в [16]. Его суть сводится к тому, что, строение эволюционирующих систем имеет фрактальный характер и, соответственно, все части системы имеют принципиально сходное строение и сходные (хотя и различающиеся, в частности, по скорости) фазы эволюционного цикла. В случае технической системы (ТС) эволюционирует не она сама, а надсистема «ТС + человек» - а, значит, эволюция обеих частей этой надсистемы, т.е. ТС и человека, должна развиваться по сходным сценариям. Рассматривая далее человека как отдельную эволюционирующую систему, приходим к выводу о том, что его подсистемы (в частности, индивидная, психологическая, социологическая в качестве надсистемы) тоже должны иметь некоторое сходство в сценариях развития.
 
Такой подход дал автору основание воспользоваться при описании эволюции технической системы перечнем 10 фаз развития, хорошо наблюдаемых у человека как биологической системы. Этот перечень состоит из восьми основных фаз (фазы 1 – 8 ниже), описывающих эволюцию самой системы, и двух дополнительных «метафаз» (фазы 9 и 10), описывающих развитие систем-«наследниц», возникающих на базе исходной системы и воспроизводящих основные элементы ее структуры. Перечень фаз указан в табл. 1, а их схематическое (примерное) положение на S-кривой – на рис. 1.
 
Соотношение между восемью основными фазами, указанными выше, и этапами эволюции по Любомирскому – Литвину [16] указано в табл. 2.
 
Такое представление последовательности фаз эволюции хорошо согласуется с ходом развития системы, известной всем нам лучше большинства других эволюционирующих систем: это эволюция самого человека (табл. 3).
 
В приложении приведена таблица соответствия предлагаемой классификационной системы с известными аналогами, описывающими фазы эволюции нетехнических систем разной природы. К сожалению, сколько-нибудь подробная характеристика этих классификаций далеко выходит за рамки настоящей работы; автор лишь отсылает читателей к соответствующим оригинальным публикациям – все они находятся в Сети в свободном доступе по соответствующим ссылкам. Отметим лишь, что восьмифазная классификация, в отличие от четырехфазной, позволяет найти четкие и однозначные эквиваленты с элементами других известных классификаций.
 
 
Таблица 1. Авторская классификация фаз эволюции сложных систем
Фаза №
Наименование фазы
Краткая характеристика фазы
Основные фазы
1
Появление функции
в надсистеме появляется новая функция, для выполнения которой в ней еще нет соответствующей структуры.
2
Материализация
Система, выполняющая данную функцию, выделяется в качестве отдельного материального объекта, не являющегося пока еще целостной жизнеспособной системой.
3
Актуализация
Новая система обретает все необходимые для ее функционирования элементы и начинает развиваться самостоятельно.
4
Экспансия
Происходит быстрый рост основных характеристик системы.
5
Преобразование
Структура системы претерпевает существенные изменения, связанные с необходимостью выполнения основной функции в новых условиях, существенно отличающихся от первоначальных.
6
Оптимизация
Параметры системы приходят в наилучшее соответствие друг с другом, обеспечивая оптимальное функционирование.
7
Скрытие
Система «уходит» из «поля зрения», передавая свои функции другим элементам надсистемы.
8
Завершение жизненного цикла
Система продолжает развитие в специфических нишах, постепенно уступая место другим системам.
Метафазы
9
Появление систем-«наследниц»
Система продуцирует новые системы, структурно похожие на себя самое, но с несколько иными функциями и/или иными надсистемами.
10
Повторение эволюционного цикла в системах-«наследницах»
Системы-«наследницы» повторяют общий ход эволюционного цикла системы-предшественницы.
 
 
Таблица 2. Соотношение между классификацией этапов эволюционного цикла по Любомирскому – Литвину [16] и авторской классификацией
Авторская классификация
Классификация Любомирского – Литвина
Фаза №
Наименование фазы
Этап №
Характеристика этапа
1
Появление функции
0
Предыстория
2
Материализация
1
Медленный рост
3
Актуализация
1 à 2
Переходный этап
4
Экспансия
2
Быстрый рост показателей системы
5
Преобразование
2 à 3
-
6
Оптимизация
3
Замедление развития системы
7
Скрытие
3 à 4
-
8
Завершение жизненного цикла
4
Вытеснение системы из ее рыночных ниш
 
Таблица 3. Сопоставление авторской классификации эволюционных фаз с фазами онтогенеза человека как биологического индивида
Фаза
Реализация в онтогенезе человека
1
Появление функции
Сперматогенез, овогенез, акт зачатия
2
Материализация
Эмбриогенез
3
Актуализация
Младенчество
4
Экспансия (быстрый рост)
Детство
5
Преобразование
Пубертат (наступление половой зрелости)
6
Оптимизация
Детородный период
7
Скрытие
Климакс
8
Завершение жизненного цикла
Старость
 
 
Рис. 1. Схематическое положение фаз эволюционного цикла на S-образной кривой
2.   Рука – плита – пластинка – пленка – «цифра»: эволюционный цикл системы фиксации оптического изображения в фотографии
Вводный комментарий
Для подробного разбора фаз эволюции автором была выбрана важнейшая система фотографического устройства, которая, собственно говоря, и обеспечивает выполнение его основной функции: это система фиксации оптического изображения. Именно наличием этой системы фотоаппарат в любом его варианте отличается от всех прочих технических систем, «работающих» с изображениями, таких, как, к примеру, микроскоп, телевизор или веб-камера (последняя, будучи оснащена такой системой, по существу становится и фотоаппаратом).
 
Фактический материал по эволюции фотографии вообще и светочувствительного слоя в частности можно найти в многочисленных публикациях (см., например, [14, 22, 23, 25] и др.). Помимо этих работ, автор также использовал любезно предоставленную А. Т. Кыниным составленную им хронологическую таблицу основных дат истории фотографии.
 
Автор попытался выделить из этой и другой информации только ту часть, которая относится к системе фиксации изображения, абстрагировавшись от рассмотрения других частей системы, именуемой фотографическим устройством.
 
По ходу изложения мелким шрифтом будут приводиться сведения о типовых приемах устранения противоречий, использованных в рассматриваемых технических решениях [3], и иные дополнительные сведения.
 
В целях большей наглядности, автор также указывает фазы развития человека как биологического индивида, аналогичные рассматриваемым фазам развития ТС.
 
Поскольку «четные» фазы достаточно детально описаны Любомирским и Литвиным [16], их общие особенности рассмотрены лишь кратко. «Нечетные» фазы, а также «метафазы», которые в [16] отдельно не представлены, описаны нами более подробно.
Основные этапы эволюции системы фиксации фотоизображения - от камеры-обскуры до цифровой матрицы
Фаза 1: Появление функции
 
Фаза 1: Появление функции
 
 
Рис. 2
 
Один из общих законов эволюции сложных систем гласит, что у эволюционирующей системы вначале появляется новая функция, и только затем - обслуживающая ее структура. То же самое произошло и со светочувствительным слоем как структурой, выполняющей основную функцию фотографии (дословно, «светописи»): фиксировать («записывать») оптическое изображение.
 
Рассмотрим стадию появления этой функции, когда светочувствительного слоя как такового еще не было, но его функция - уже была.
 
При эволюции человека как биологической системы аналогичной фазой в филогенезе стали прямохождение и, по некоторым данным, изменение голосового аппарата у человекообразных обезьян. В онтогенезе фаза появления функции соответствует появлению на свет половых клеток - яйцеклеток и сперматозоидов.
 
Как отмечается, в частности, в статье П. Черепашука [22], первым (или, во всяком случае, одним из первых) общую идею фотографии описал Аристотель, который заметил, что свет, проходящий через маленькое отверстие в оконных ставнях, рисует на противоположной стене (в перевернутом виде) пейзаж, находящийся за окном. Это наблюдение породило естественную идею - зафиксировать полученное изображение.
 
Так появилась camera obscura, т.е. «темная комната» (рис. 3) - первый фотографический прибор, представлявший собою темную комнату с маленьким отверстием в одной стене и экраном у противоположной стены. В роли «светочувствительного слоя» выступал человек, зарисовывавший контур полученного изображения.
 
 
Рис. 3 Camera obscura – первый фотографический прибор.
Фаза 2: Материализация
 
 
Фаза 2: Материализация
Рис. 4
 
Система фиксации изображения в камере-обскуре не вполне удовлетворяла Закону полноты частей системы. В ней в принципе были все необходимые части (напомним, мы рассматриваем только систему фиксации изображения, а не фотографическое устройство в целом): двигатель (мышцы руки), трансмиссия (сенсомоторная система, преобразующая сигнал, формируемый органами чувств человека, в механическое движение его руки или иных частей тела), рабочий орган (рука), орган управления (мозг), - но, по крайней мере, один из элементов системы был нежизнеспособным. Этим элементом, имеющим «двойку по качеству работы данной части в составе системы» [1], был рабочий орган - рука человека, обрисовывающего контур изображения. Этот орган не удовлетворял, как минимум, двум требованиям: его движения были слишком медленными (движущийся объект за время фиксации изображения успевал изменить свое положение, а чаще всего и вовсе исчезнуть с экрана) и не очень точными (обрисованный контур не вполне повторял контур самого изображения).
 
Требовалось, таким образом, заменить рабочий орган системы, фиксирующий изображение.
 
Идеальный конечный результат (ИКР) можно в данном случае выразить так: «оптическое изображение само себя точно и быстро фиксирует, сохраняя себя видимым после того, как световой луч, формирующий изображение, исчезнет».
 
Так появился светочувствительный слой - отдельный объект, содержащий светочувствительное вещество, которое выступало в качестве преобразователя изображения, формируемого световым лучом, в статическое, не исчезающее со временем изображение.
 
Первая полноценная фотография с использованием светочувствительного вещества была получена в 1826 (или, по другим данным, 1827) году французом Джозефом Нисефором Ньепсом (Joseph Nicéphore Niépce, 1765-1833). Материал, использовавшийся для этой цели, представлял собой продукт переработки нефти, называемый «иудейским битумом» (bitumen of Judea), который был нанесен на оловянную пластину. Под действием солнечных лучей битум затвердел после 8-часового нахождения на солнце, превратившись в полимер, а не засвеченные участки остались мягкими и были легко смыты с пластины. Затем пластина с затвердевшим битумом (образовавшим объемное «негативное» изображение) была отполирована и покрыта печатной краской, которая, отпечатавшись на бумаге при контакте с пластиной, дала уже нормальное, «позитивное» изображение.
 
Описанный фотопроцесс, хотя и позволил в какой-то мере автоматизировать процедуру фотосъемки, основных проблем не решил. Фотографирование как было, так и осталось медленным процессом (и даже, более того, стало еще медленнее!), да и точность проработки деталей была существенно хуже, чем у рисовальщика, обводящего контур.
 
По существу, заменив «рабочий орган» (руку) «химическим полем» (таким термином в ТРИЗ называют распределенное в пространстве химическое взаимодействие), система лишилась органа управления, а «внутреннее» самоуправление (светочувствительное вещество само регулирует процесс создания изображения) оказалось неэффективным.
 
В терминах вепольного анализа, изначально условно-вепольная система (камера-обскура, в которой «оптическое поле» действовало на «вещество» человеческого глаза, а последнее - через мозг - на «вещество» руки) сменилась невепольной системой из того же поля и только одного вещества (фотопластинки).
 
Блокирующим фактором, как это обычно и бывает в таких случаях, стало невыполнение закона «энергетической проводимости» системы. Действительно, процесс твердения битума является неуправляемым, то есть он не допускает передачи энергии к светочувствительному слою от чего бы то ни было, кроме внешнего воздействия (световых лучей). Отсутствие «двигателя» стало лишь следствием потери «энергетической проводимости»: в самом деле, если в системе нет возможности передавать энергию, то зачем ей двигатель?
 
Однако, не приведя к практическому результату, это изобретение дало результат совершенно иного плана: оно показало принципиальную возможность сохранения изображения в статическом виде, доступном для наблюдений в будущем, без участия человеческого глаза и руки в качестве рабочего органа. По существу, именно здесь был сделан первый и очень важный шаг в направлении повышения идеальности этой (пока еще нежизнеспособной) технической системы: механическая система с непосредственным участием человека была заменена системой химической.
 
В биологической системе (у высших животных и человека) на сходной фазе развития, при образовании эмбриона, также происходит переход от условно-вепольной системы (сперматозоид) к невепольной (эмбрион). Хотя последний физически и не лишен «двигателя», его перемещения в пространстве очень сильно ограничены, а «проводимость энергии» затруднена как внешними факторами (пуповина далеко не отпускает, да и внутреннее пространство матки ограничено), так и внутренними (рабочие органы движения у эмбриона еще не вполне сформированы).
Фаза 3: Актуализация («появление на свет»)
 
 
Фаза 3: Актуализация
Рис. 5
 
Эта фаза - самая важная для любой системы: она выходит в надсистему и начинает в ней «жить» (в прямом или переносном смысле). В биологическом онтогенезе она соответствует первому году жизни (младенчество), в филогенезе - появлению сформировавшегося нового вида (рода, семейства и т.д.), в развитии технической системы - ее становлению в качестве цивилизационного феномена.
 
В классификации Любомирского – Литвина [16] эта фаза, как указана выше, выделена в качестве так называемого «переходного этапа». Как указано в цитируемой работе, до этой фазы «доживают» далеко не все технические системы: подавляющее большинство из них останавливаются на одной из предыдущих фаз, доходя, максимум, до уровня патента, но, так и не дойдя до его практического внедрения. Необходимым условием внедрения, по Любомирскому – Литвину, является достижение всеми показателями системы минимально приемлемых значений.
 
Для этого, в случае системы фиксирования фотоизображения, необходимо было решить две указанные выше проблемы, или, в крайнем случае, хотя бы одну из них: ускорить процедуру фотосъемки с нескольких часов до, максимум, нескольких минут (о современных выдержках в сотые и тысячные доли секунды тогда, разумеется, речи не было).
 
Решение лежало в области химии: надо было найти такие вещества, которые бы быстро изменяли свои свойства под действием света.
 
Такие вещества к тому времени, вообще говоря, были уже давно известны: светочувствительность хлорида серебра была обнаружена еще в шестнадцатом (!) веке. Более того, еще в 1802 году Т. Юнг и Х. Деви фактически получили первое фотоизображение с использованием этого вещества: они положили бумагу, пропитанную этим веществом, под микроскоп, и через некоторое время обнаружили, что в местах, наиболее прозрачных для светового потока (т.е. где не было поглощающих свет препятствий), бумага потемнела. По существу, это и была первая фотография! Но… во-первых, процесс съемки также был довольно длительным (порядка часа), а, во-вторых, изображение было нестабильным, поскольку при выдержке (просмотре) на обычном солнечном свету темнела и та его часть, которая не подвергалась действию света в ходе съемки, - то есть картинка исчезала.
 
Одно из двух решающих открытий было сделано Л. Дагерром, который обнаружил, что если пластинку с солями серебра, обработанную светом, но еще не содержащую видимого изображения (ввиду недостаточности количества попавшего на него света), опустить в ртуть и нагреть, то частицы ртути осаждаются именно на засвеченных участках пластины, которые при этом твердеют. После этого остаток «незасвеченной» серебряной соли можно просто смыть раствором обычной поваренной соли.
 
Это открытие позволило в разы сократить время экспозиции, поскольку теперь не надо было дожидаться, пока изображение на пластине станет видимым: ртуть была первым проявителем, то есть усилителем изображения.
 
По сути своей, Л. Дагерр использовал прием № 16 (принцип частичного или избыточного решения): он сначала получал «чуть меньший», чем надо, результат, и затем, после съемки, когда время уже не было критичным ресурсом, «доводил» результат до нужного.
 
Данное открытие является также иллюстрацией синтеза веполя: к слабому неуправляемому полю (световому потоку, формирующему изображение) было добавлено сильное («химическое») хорошо управляемое поле и, соответственно, вещество (ртуть), на которое это поле непосредственно воздействовало. В результате из невепольной системы вновь получилась вепольная.
 
Недостаток этого решения состоял в том, что после промывки либо какое-то количество солей серебра оставалось не удаленным и впоследствии, засвечиваясь и чернея, портило изображение, либо, если смывать больше времени или под бОльшим напором, частично вымывалось и само изображение. Возникло противоречие: надо было сделать промывку одновременно длительной (или интенсивной), чтобы вымыть остаток не засвеченной соли, и короткой (или неинтенсивной), чтобы не повредить изображение.
 
Второе решающее открытие было сделано Д. Гершелем в 1819 (по другим данным, 1837) году: он обнаружил, что водные растворы солей тиосернистой кислоты (тиосульфаты) способны растворять хлорид серебра. Таким образом, обработав пластинку с видимым («проявленным») изображением в виде металлического серебра, можно было просто погрузить ее в этот раствор - ненужный уже хлорид серебра при этом растворялся, а серебряное изображение оставалось на пластине, где его можно было затем рассматривать в течение неограниченного времени. При этом никакого напора воды не нужно было: серебряная соль растворялась сама, под действием химических сил. Тем самым был реализован Идеальный Конечный Результат: остаток серебряной соли удалялся из пластины сам, не портя изображение. Был сделан решающий шаг в направлении повышения идеальности системы.
 
Этот шаг можно рассматривать как использование приема № 25 (принцип самообслуживания).
 
Изображения, получаемые по такой технологии, получили название дагерротипов. Одно из первых сохранившихся изображений такого рода показано на рис. 6.
  
 
"Мастерская художника" – один из первых сохранившихся дагерротипов. Дагерр, 1837.
Рис. 6
 
Фаза 4: Экспансия
 
 
Фаза 4: Экспансия
Рис. 7
 
Предыдущая фаза № 3 выводит эволюционирующую систему на наклонный участок S-образной кривой развития, на котором наблюдается наиболее быстрый рост.
 
У человека как биологической системы четвертая фаза соответствует периоду интенсивного роста, начинающемуся вскоре после рождения и заканчивающегося ко времени полового созревания, - после этого большинство наблюдаемых характеристик индивида в течение жизни меняется уже мало.
 
Согласно Любомирскому и Литвину [16], система на этой фазе развития начинает захватывать пространство и иные ресурсы, отбирая их у других, конкурирующих систем. Наиболее важные решения, позволяющие системе преодолеть критические недостатки, практически всегда направлены на дальнейшее повышение идеальности системы, причем значительное снижение издержек нередко сочетается со значительным повышением основных характеристик системы.
 
На аналогичной фазе, например, у телефона появился автоматический номеронабиратель, что, помимо удобства набора номера, позволило увеличить число абонентов в разы без увеличения численности обслуживающего персонала, и в результате он приобрел свой по существу окончательный вид, сохранившийся, в общем и целом, на многие десятилетия. В [16] приводится ряд других примеров – одним из них является персональный компьютер.
 
То же было и с системой фиксации фотоизображения. Критическим недостатком у нее была производительность, причем это проявлялось как в чрезмерной длительности самого процесса съемки (что не позволяло фотографировать подвижные объекты), так и в длительности процесса перезарядки пластинок в фотоаппарате.
 
Два из трех решающих изобретений, которые перевели фотографию в фазу экспансивного роста, были сделаны как раз в системе фиксации фотоизображения.
 
Одно из них касалось собственно химического процесса обработки изображения: в 1851 г. Ф.С.Арчер изобрел способ усиления негативов сулемой - так называемое «мокрое проявление» (wet colloid process), который затем в 1878 г. был существенно упрощен Дж. Истменом. Вместо нагревания пластинки в ртути (что к тому же и очень вредно для человеческого организма) фотопластинка помещалась в раствор вещества, реагировавшего с бромидом серебра (именно эта серебряная соль в итоге стала основной в фотографии), превращая его в металлическое (черное) серебро, в присутствии самого металлического серебра. Последнее выполняло в фотопроцессе роль катализатора.
 
Как результат, в «проявляющем» растворе соль превращалась в металлическое серебро лишь в местах, подвергшихся засветке (в этих местах образовывались зародыши кристаллов серебра, т.е. формировалось «скрытое изображение»), причем со временем эта реакция локально ускоряла сама себя: чем больше проявлялось изображение (т.е. образовывалось больше металлического серебра), тем быстрее шла реакция и, соответственно, тем темнее становилось изображение.
 
Таким образом, даже при очень коротких выдержках (доли секунды) действия света оказывалось достаточно для формирования «скрытого» изображения, которое затем можно было «проявить».
 
Это очень «сильное» изобретение вряд ли может быть отнесено к какому-либо одному типовому приему - оно иллюстрирует целый ряд приемов: прием № 3 (принцип местного качества: в разных местах изображение проявляется с разной скоростью), прием № 25 (принцип самообслуживания: серебряная соль сама указывает, в каких местах кадра нужно ее проявлять, т.е. восстанавливать до металлического серебра), прием № 23 (принцип обратной связи: по существу, автокаталитическая реакция восстановления серебра в проявляющем растворе реализует положительную обратную связь между количеством металлического серебра в кристаллике и локальной скоростью его образования в результате проявления).
 
Второе изобретение решало проблему быстрой перезарядки фотоаппарата. Оно было сделано Л. Варнеке, который в 1880 г. предложил наносить светочувствительный слой не на стеклянную пластинку, а на прозрачный гибкий материал, сворачивающийся в рулон. Вскоре, в 1882 г., И. В. Болдырев разработал способ изготовления прозрачной гибкой пленки, на которую наносился фотографический слой.
 
Это изобретение можно рассматривать как одновременную реализацию приемов № 30 (использование гибких оболочек и тонких пленок) и № 17 (принцип перехода в другое измерение): смотанная в рулон пленка стала компактной, в результате чего появилась принципиальная возможность, разматывая рулон, производить съемку многих кадров подряд без перезарядки аппарата.
 
Сам фотоаппарат для рулонной фотопленки был создан в 1888 г. будущим основателем фирмы KODAK Дж. Истменом и, затем, усовершенствован им же, совместно с У. Уоркером. Благодаря их изобретению в задней части фотоаппарата можно было установить систему катушек фотоплёнки на бумажной основе. Позднее именно Истмэн стал использовать для основы плёнки целлулоид. На рис. 8 показано одно из первых пленочных фотографических изображений, сохранившихся до наших дней.
 
 
Одно из первых пленочных фотографических изображений
Рис. 8
 
 
Наконец, третьим изобретением, сделанным в те же годы (1880), стало применение в качестве проявляющего вещества дешевого и относительно безвредного вещества гидрохинона взамен дорогих и токсичных солей ртути. При этом значительно повысилась и управляемость системы: проявители на основе гидрохинона, в зависимости от его концентрации и добавок в растворе, можно сделать и «быстрыми», и «медленными», что дает возможность оптимизировать процесс проявления как по интенсивности, так и по качеству изображения.
 
Три вышеуказанных изобретения, в совокупности с другими изобретениями, касающимися оптической и механической схемы фотоаппарата, позволили сделать фотографию доступной массовому (то есть неквалифицированному, в меру ленивому и не слишком богатому) потребителю, что в итоге и обеспечило Дж. Истмену финансовый успех, а самой фотографии - быстрое распространение, сделавшее ее существенной частью мировой культуры. Началась эта фаза в 1888 году.
 
Автор считает необходимым особо подчеркнуть один важный момент, часто выпускаемый из виду изобретателями, в том числе и хорошо знакомыми с ТРИЗ: переход на фазу экспансии возможен только при доступности для массового потребителя, в том числе и по критерию необходимой квалификации. Такой параметр, как “usability”, становится также критичным. Если на третьей фазе система часто может использоваться только профессионалами, то выход на массовый рынок требует радикального упрощения эксплуатации системы и, как правило, снижения минимальных требований к квалификации потребителей данной продукции, пусть даже и в ущерб всем остальным характеристикам системы. Не будь пленочный фотоаппарат не только дешевым и удобным, но еще и (в отличие от дагерротипа) «неприхотливым» к квалификации фотографа, едва ли он мог бы рассчитывать на столь стремительный рост.
 
В этой связи можно отметить гениальное предвидение Билла Гейтса, который в конце 70-х годов прошлого столетия осознал, что удобство использования программных продуктов является для массового потребителя намного более важным фактором, нежели надежность их работы (usability beats reliability): программу, неудобную в использовании, массовый потребитель просто не купит, сколь бы надежной и функциональной она ни была. Именно упор на удобство использования в решающей мере помог Б. Гейтсу захватить и по существу монополизировать рынок программного обеспечения для персональных компьютеров - вплоть до того, что ценовой демпинг со стороны конкурентов вплоть до нулевой (!!!) цены выпускаемых ими продуктов не привел к сколько-нибудь значимому перераспределению рынка в их пользу.
 
Другой характерный пример, касающийся самой ТРИЗ, - это небезызвестная Таблица применения приемов устранения типовых противоречий [4], часто называемая в ТРИЗ «матрицей Альтшуллера» или просто «матрицей». Эта таблица позволила инженерам, не имеющим глубоких познаний в области ТРИЗ, легко подбирать нужные им приемы устранения противоречий, не вдаваясь глубоко в сущность самих этих противоречий, а только лишь указывая хорошо видимые, «внешние» характеристики проблем и «проблемных» объектов, такие, как «объем подвижного объекта» или «потери энергии». Многие ТРИЗ-специалисты высказывались против использования этой таблицы, полагая (не без оснований), что ее использование выхолащивает самую суть ТРИЗ, заменяя творческое мышление бездумным тыканием в клетки таблицы, а сами приемы, подобранные таким образом, чаще всего не оптимальны, не говоря уже о том что и сами эти приемы являются лишь инструментом начального уровня. Тем не менее, именно это предельное упрощенное, выхолощенное подобие того, что обычно именуется «инструментами ТРИЗ», только и позволило вывести использование саму ТРИЗ на сколько-нибудь массовый уровень, сделав ее более или менее узнаваемой за пределами узкого сообщества разработчиков.
 
Другим проявлением принципа перехода системы в новое измерение явилась цветная фотография.
 
Вообще говоря, потребность в получении цветного фотоизображения была очевидной разработчикам фототехники с самого начала, а первые опыты, свидетельствовавшие о принципиальной возможности получения фотографии в натуральных цветах путем использования конечного и притом очень небольшого числа красителей, были поставлены еще М. В. Ломоносовым, в 1756 г. выдвинувшим гипотезу о трехцветности человеческого зрения. Д. Максвелл в 1855 г. на основе этой гипотезы, к тому времени уже подтвержденной, разработал теорию цветности и аддитивного смешения цветов. Таким образом, для получения полноцветного изображения (вне зависимости от его природы) в принципе достаточно сложить друг с другом (или вычесть из белого цвета) изображения всего трех цветов - задача, в принципе решаемая еще на уровне «битумной» фотографии, если сфотографировать объект поочередно с тремя светофильтрами и последовательно отпечатать их на одном и том же листе бумаги с использованием трех разных красителей. Эту идею, безотносительно к техническим средствам ее реализации, предложил в 1850-х годах Л. Дюко дю Орон, а в 1861 г. Дж. Максвеллом было получено первое цветное изображение (рис. 9).
 
 
Первое цветное изображение, сфотографированное Дж. Максвеллом (James Clerk Maxwell), 1861.
Рис. 9
 
В 1892 г. братья Люмьер предложили идею цветного растрирования - разделения изображения на три цвета внутри кадра. Однако в практической фотографии эта идея долгое время технического воплощения не получала - в том числе не была она использована и для промышленного производства цветной фотопленки. Как мы увидим ниже, система еще не дошла тогда до следующей, пятой фазы развития, на которой подобные решения обычно реализуются в эволюционирующей технической системе, а само предложенное решение было для этой фазы недостаточным (хотя общая идея была верной).
 
Для того чтобы реализовать цветную фотосъемку как процесс, доступный широкому кругу фотографов, потребовалось осуществить переход в новое измерение не снаружи, а внутри самой пленки.
 
Это можно рассматривать также как вариант использования приема № 1 (дробление) либо №7 («принцип матрешки»): в ней появились три светочувствительных слоя, разделенные светофильтрами и содержащие особым образом обработанное («сенсибилизированное») светочувствительное вещество. Такая фотопленка давала цветное изображение в одну стадию, а не в три (прием № 5: объединение). Аналогичным образом производилось проявление бумажных отпечатков (позитивов).
 
Первые промышленные цветные фотопленки появились в 1930-х годах. Однако в течение очень длительного времени цветная фотография сосуществовала с традиционной черно-белой: конкурентными качествами последней были более высокая светочувствительность (дававшая возможность производить съемку в худших условиях освещения), лучшее разрешение (дававшее отпечатки более высокого качества, с меньшим размером зерна и, соответственно, бОльшим числом различающихся точек - пикселей - на снимке) и, главное, дешевизна.
 
Окончательно цветная фотография вытеснила черно-белую (во всяком случае, в массовом, любительском секторе) только на закате существования фотопленки - в преддверии следующей фазы развития.
Фаза 5: Преобразование
 
Фаза 5: Преобразование
Рис. 10
 
Эта фаза в развитии любой системы является сравнительно быстрой, хорошо наблюдаемой и очень «яркой», иногда - в прямом смысле этого слова (например, у эволюционирующих звезд эта фаза соответствует началу свечения). В биологическом развитии человека как индивида эта фаза соответствует пубертату (половому созреванию), также являющемуся обычно очень ярким и запоминающимся периодом жизни. Эта фаза предшествует выходу S-образной «траектории развития» системы на плато.
 
Следует заметить, что Любомирский и Литвин [16] в принципе описывают в своей работе и эту фазу, трактуя ее как «возврат с третьего этапа на второй», но рассматривают ее не в качестве одного из самостоятельных этапов эволюции, а только лишь как один из возможных вариантов развития. В принципе в этом есть определенный резон, поскольку не все системы «доживают» до фазы преобразования – некоторые остаются на предыдущей фазе, переходящей в свою «вырожденную», стагнирующую форму (см. ниже, пример с зонтиком), которая также выводит кривую эволюции на плато. Однако, судя по известным автору данным об эволюции систем разной природы (прежде всего психологических и социальных, но также и биологических и иных), данная фаза имеет принципиально важное значение для всей последующей эволюции системы – аналогично тому, сколь важное значение для биологического организма имеет фаза полового созревания.
 
Отметим, что именно здесь таится наиболее ловушка для предсказателей развития систем: основываясь на предшествующей, почти линейной (либо, в других координатах, почти экспоненциальной) динамике развития в течение длительного времени, они порой сильно «промахиваются», не замечая, что система подошла к новой фазе своего развития.
 
В эту ловушку, в частности, угодила компания Microsoft, которая в 2002 году, не сумев правильно проанализировать ход эволюции компьютерного «железа», продолжала разрабатывать программное обеспечение «на вырост», в надежде, что производители этого «железа» будут, как и в прежние 20 лет, увеличивать производительность процессоров на порядок каждые пять лет. В результате появилась операционная система Windows Vista - заведомо нежизнеспособный монстр, которого удалось ненадолго «оживить» только благодаря агрессивной, по существу антирыночной политике компании-монополиста, потерявшей на этой неудаче многие миллиарды долларов недополученной прибыли.
 
В эту же ловушку регулярно попадают прогнозисты развития мировой экономики, для которых системный кризис почти всегда наступает совершенно неожиданно…
 
В самом деле, динамика внешних, хорошо видимых наблюдателю параметров системы перед этой фазой, как правило, не обнаруживает никаких признаков надвигающихся резких изменений. Но именно здесь, на данной фазе эволюции, и проявляется второй закон диалектики: увеличение количественных характеристик приводит в конечном итоге к качественному преобразованию системы. Система просто перестает справляться с возрастающими нагрузками, являющимися следствием ее быстрого роста. Наступает предельное состояние, выходом из которого может быть только качественное преобразование системы.
 
Чаще всего таким качественным преобразованием является переход главной функции системы на микроуровень. Таким способом происходит половое созревание у человека и животных; таким же способом реализуется в современных высокоорганизованных государствах представительная демократия.
 
Неумолимость действия второго закона диалектики в случае фотографии была вызвана наступающим истощением ресурсов. Таким ресурсом было серебро: его природные запасы стремительно сокращались и, по некоторым прогнозам, в 1990-2000-х годах это должно было вызвать коллапс традиционной фотографии.
 
В связи с этим, было поставлено множество научных исследований, ставящих целью заменить соли серебра другими (бессеребряными) светочувствительными веществами (прием № 26 - копирование). Иногда такой способ в принципе проходит: так, например, замена поташа содой в стекольном производстве сохранила леса от угрозы истребления и создала стекольной промышленности запасы на многие столетия вперед [21] (чем, возможно, существенно замедлила исследования в области синтеза новых стекол). В случае с фотографией такой прием не прошел: все опробованные альтернативы оказались по своим характеристикам на порядки величин хуже традиционных серебряных.
 
Решение сегодня известно почти каждому жителю планеты: это цифровая фотография. Система фиксации фотоизображения перешла на микроуровень, а «химическое поле» (напомним, так в ТРИЗ обычно называют распределенные в пространстве химические взаимодействия) в качестве движущей силы было заменено по