ПОЛЯ ПОИСКА В ИНДУСТРИИ ОТКРЫТИЙ

Вступление

Опыт личных контактов автора говорит о том, что для воспитанников западной культуры существует высокий барьер в восприятии основных положений ТРИЗ-ТРТС. Умение непосредственно оперировать противоречиями для типичного инженера-американца чем-то сродни искусству восточной медитации и заклинанию змей. Другими словами, ТРИЗ-ТРТС находится вне инженерии или науки для типичного человека Запада. И этот барьер нелегко преодолеть, как и все барьеры между разными культурами.

Как можно изменить существующее положение?

Первый путь - это создание рынка консультационных услуг. Этот рынок сейчас успешно развивается в разных странах. Недостаток этого способа - невысокая скорость роста объема рынка. Основной сдерживающий фактор - недостаток специалистов и денег.

Предлагаемая работа описывает второй путь - изменение технологии ТРИЗ-ТРТС таким образом, чтобы снизить культурные барьеры и облегчить применимость ТРИЗ-ТРТС совместно с технологией Запада, особенно в корпоративной среде.

Эта работа о методах, которые позволяют планировать масштабную творческую работу, снижают риск неудач и в миллионы раз повышают производительность труда. И, конечно, о людях, которые разработали и применяют такие методы - низкий поклон им всем.

Почему в работе речь идет об открытиях?

После работ Г.С. Альтшуллера считается, что замах на открытие - это игра на поле, содержащем максимально возможное число потенциальных "проб и ошибок" - здесь решаются самые трудные задачи. Методы, которые разработаны в этой области, обладают гигантским потенциалом и широкой применимостью. Надеюсь, данная работа это покажет.

С благодарностью за то, что вы читаете этот текст, Сергей Козловский.

Что такое "открытие"?

Г.С. Альтшуллер [1] разделил открытия на две категории: Открытие нового явления Открытие новой теории Радиоактивность модель атома Резерфорда очередной химический элемент таблица Менделеева планета Нептун модель Коперника, законы Кеплера Новый Свет сферическая модель Земли скелеты динозавров теория эволюции по Ламарку и Дарвину реликтовое излучение гипотеза Большого взрыва вселенной ... ... Но вот, что не было отмечено Г.С. Альтшуллером - если проанализировать эти две колонки, то становится заметной комплементарность (взаимная дополнительность) двух видов открытий. И это не случайно.

Примеры комплементарности явления и теории.

Явление прививки открыл Эдуард Дженнер в конце 18-го века. Явление заключалось ется в том, что заражение безопасной коровьей оспой предохраняло людей от высоколетальной формы человеческой оспы. Прививка Дженнера обладала существенным недостатком - она защищала только от одного вида заболеваний. Через 100 лет инфекционная теория Пастера связала микробиологию и медицину, позволила поставить на поток создание препаратов для прививок от множества болезней.

Планеты, как астрономическое явление, человечество обнаружило в глубокой древности. Траектория каждой планеты рассматривалась индивидуально - на этом построена астрология. Но законы Иоганна Кеплера и теория гравитации Исаака Ньютона позволили Урбену Леверье рассчитать орбиту Нептуна, а Иоганну Галле обнаружить Нептун всего за полчаса наблюдений. В начале 20-го века Ян Оорт предсказал существование спутников Солнца за пределами орбиты Плутона - т. н. облако Оорта. Сейчас идет поиск этих тел. Появилось сообщение об обнаружении тела с поперечником ? поперечника Плутона. Новинку предложено назвать Седна, по имени эскимосской богини моря. Один из методов основан на обнаружении затмения звезд темными телами. Для поиска применяется постоянный мониторинг светимости тысяч звезд.

Необъясненные явления (факт прививки Дженнера), так же, как неподтвержденные гипотезы (в свое время - гипотеза существования облака Оорта) - это полуфабрикаты. Стройную картину мира можно построить, только связав кирпичи фактов цементом причинно-следственных зависимостей.

Получается, что само по себе явление или сама по себе теория на весах цивилизации стоят меньше, чем их сочетание. Давайте дадим имя этому сочетанию. В данной работе принято следующее определение.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: полное открытие - это взаимно дополняющая пара, состоящая из:

а) устойчивого (воспроизводимого) явления или группы явлений, ранее неизвестных и подтверждающих гипотезу;

б) гипотезы, описывающей существование и связь этих явлений.

Тест на научность.

Научные открытия обладают особой ценностью потому, что проходят жесткий отбор. Как же убедиться, что открытие является научным?

Признаки, по которым можно судить о научности, можно разделить на две группы: подтверждающие и отвергающие. Работ на эту тему достаточно, можно начать с классической работы академика А. Мигдала [3]. Тем не менее, я не смог в литературе найти удовлетворительный список необходимых и достаточных признаков, определяющих научность.

В работе, которую Вы сейчас читаете, предлагается следующее определение:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: полное научное открытие - это такое полное открытие, для которого выполняются принципы:

1. Принцип воспроизводимости кроманьонца: открытие основано на устойчивых, воспроизводимых явлениях и причинно-следственных связях;

2. Принцип аксиоматичности Евклида: теория или гипотеза аксиоматична и подчиняется правилам вывода;

3. Принцип авторитета Аристотеля-Галилея: существует некий авторитет, утверждающий правильность, истинность явления и/или теории. Со времен Галилея таким авторитетом является природный или технический эксперимент;

4. Принцип фальсификации Карла Поппера [14]: в теории заложена возможность опровергающего эксперимента.

Смысл 3-го принципа Аристотеля-Галилея глубже, чем обычно думают. Из него следует, что неважно, со сколь неверной начальной посылки начался процесс формирования научной теории - важен процесс преобразования теории, согласие с экспериментом. Через некоторое время теория будет обогащена истиной и достигнет потребительских кондиций - ее можно будет использовать в науке и практике.

1-2-й принципы - кроманьонца и Евклида - кажутся более или менее ясными.

Поэтому прокомментируем четвертый принцип, сформулированный Карлом Поппером.

Пояснение к принципу фальсификации К. Поппера:

Есть концепции, хорошо согласующиеся с практикой и экспериментом, но которые (в принципе) нельзя опровергнуть. Очевидно, любая религия является такой концепцией. Адепт любой религии приведет неограниченное количество подтверждений ее правоты на основе реальной жизни. Однако, может быть, вам известен проект эксперимента, с помощью которого можно было бы, хотя бы в принципе, опровергнуть экспериментально хоть какую-нибудь религию? Мне лично - нет. Вот почему любая религия находится вне науки, поскольку для нее заведомо не выполняется принцип Карла Поппера.

Обратите внимание - во всех 4-х принципах научности ничего не говорится, например, о преемственности в науке, о масштабности идеи, о ссылках на предшественников, о терминологии, об образовании автора, ни даже о немедленной экспериментальной проверке. Такие признаки не попадают в список определяющих. Они относятся к эвристикам, повышающим успешность исследования, но не являются необходимыми.

Технология открытий.

Изначальной организационной формой процесса открытий является эстафетный метод.

1643 - Э. Торричелли сумел доказать, что воздух оказывает давление и может держать над собой столбик ртути.

1654 - Отто фон Герике проделал опыт с "магдебургскими полушариями". Оказалось, что мы все живем под давлением, и сжатое состояние воздуха и есть наша естественная среда. Идея давления в газах стала популярной.

1662 - Роберт Бойль показал зависимость объема воздуха от давления.

1676 - Эдм Мариотт добавил к формулировке Бойля температурную зависимость.

Все свойства газов убедительно укладывались в атомарную теорию вещества - и она стала господствующей.

Мы видим, что эстафетный метод неплохо работает. Но работает медленно.

И сегодня, в начале 21-го века, эстафетный метод по-прежнему является основной организационной формой движения в науке. Но появились и отличия - все чаще после первого прорыва в неведомое следующие шаги оформляются как добротная войсковая операция времен 2-й мировой войны - массированные эксперименты, многочисленные конференции и статьи, "раскрутка" в прессе. Назовем этот метод индустриальным.

Пример перехода к индустриальному методу.

Первый динозавр, мегалозавр, был открыт в 1822 году английским врачом Паркинсоном в коллекции геолога Букланда. Эта первая находка мало похожа на позднейшее прочесывание кладбищ ископаемых в поисках новых рептилий, как это описано у Ивана Ефремова [13]. За 150-летнюю историю изучения 10 000 окаменелостей динозавров палеонтологам удалось идентифицировать и описать свыше 500 различных их видов.

Существуют методы, еще более производительные, чем индустриальные.

Статья Грегора Менделя о законе наследования признаков была опубликована в 1866 году. В 1909 году Вильгельмом Людвигом Иогансеном было впервые введено понятие "ген". Самый крупный в истории человечества международный биологический проект "Геном человека" был начат в 1989 году. В феврале 2001 года два наиболее авторитетных в мире научных журнала "Nature" и "Science" опубликовали отчеты двух научных групп, расшифровавших геном человека. Расшифрован и собран ВЕСЬ геном - это признак постиндустриального стиля работы.

Итак, можно сделать вывод, что индустриальные и постиндустриальные методы находят применение в науке. Когда пробы и ошибки можно свести к стереотипным операциям и их удается заложить в компьютер, скорость процесса становится просто ошеломляющей - суперкомпьютерам по плечу оперировать триллионами объектов и терабайтами данных.

Но как быть с начальной стадией создания теории, когда эстафетный механизм надежно и неторопливо перемалывает факты, гипотезы и время жизни людей? По силам ли людям успеть за прогрессом в технике?

Эталон для измерения открытий.

Карл Поппер [14] категорически утверждает, что метод проб и ошибок (МПИО) является единственным базовым методом науки. Любой другой метод либо базируется на МПИО, либо имеет существенные ограничения, вплоть до полной ошибочности.

В Теории развития технических систем (см. [2])Г.С. Альтшуллером описана классификация уровней изобретений, основанная на исчислении размера (мощности) поля поиска, если этот поиск ведется методом проб и ошибок. Научные задачи в этой классификации находятся на наивысшем по трудности уровне - так велико здесь поле поиска.

Давайте назовем поле поиска для применения метода проб и ошибок просто "поле поиска".

Пример поля поиска.

Когда Дмитрий Менделеев решал задачу составления таблицы элементов, в поле поиска входили известные химические элементы, их химические и физические свойства. Группировка элементов по химическим свойствам была к тому времени общепринята. Было понимание, что элементы - это атомы определенного вида, обладающие физическими и химическими свойствами. Менделеев поставил задачу - найти физический признак, значение которого коррелирует с химическими свойствами элементов. Перечень физических признаков, их комбинации, их значения и были полем поиска для Менделеева.

Были испытаны преломление, удельный вес и т. д. ... В конце концов Менделеев остановился на атомном весе. Атомный вес - это величина, как мы теперь знаем, наиболее коррелирующая с числом протонов в ядре.

Почему Менделеев не начал сразу с атомного веса? Атомный вес в то время вычислялся с трудом, с большими ошибками и был известен не для всех элементов. Другие характеристики было проще изучать и проверять прямо в лаборатории Менделеева - была надежда найти признак, который легче проверить.

Менделеев в процессе работы последовательно формировал, проверял и расширял поле поиска, включая в него все новые физические свойства веществ. При этом МПИО играл заметную роль.

Применение понятия МПИО позволяет унифицировать все многообразие задач и свести их решение, в конечном счете, к более простому методу - к действию по стереотипу в поле поиска.

Итак - авторитеты выступают за использование МПИО, перспективы открываются заманчивые, искушение велико. Остается только поддаться искушению и задать следующие вопросы:

1. Как отобразить поле поиска научных задач в явном виде?

2. Как построить поле поиска научных задач?

3. Как измерить трудоемкость поиска в поле поиска?

4. Как вести поиск решения научной задачи в поле поиска?

5. Есть ли качественные различия между научными задачами?

6. Можно ли сократить затраты на поиск по сравнению с МПИО?

Как выглядят поля поиска научных задач?

Вот примеры отображения полей поиска:

XVIII век: классификация растений К. Линнея.

XIX век: естественная классификация растений О.П. Декандоля. Картирование распространения растений в работе "О географии растений" А. Гумбольта. Эволюционные учения Ж.Б. Ламарка и Ч. Дарвина и периодическая таблица Д. Менделеева.

XX век: географические, геологические, астрономические карты, классификации, периодизации, эволюционные деревья, схема сильного мышления - Г.С. Альтшуллер [2], подшивки научных журналов, компьютерные базы химических веществ и т.д. и т.п.

История и роль классификаций и периодизаций как инструмента науки замечательно изложена в работе Ю.С. Мурашковского [4].

Поля поиска и планирование открытий.

Есть ли успешные примеры построения и использования еще необследованных полей поиска? Да, есть. Работы по раскодированию и картированию генома; синтез новых полимеров, лекарств, материалов; астрофизические исследования полями радиотелескопов. Есть и другие работы - всё это примеры построения и использования полей поиска в науке. На двух работах остановимся более подробно.

Предсказанные явления ждут открывателей.

В 1971 году Павел Амнуэль опубликовал статью [15], в которой описал горечь от своего несостоявшееся предсказания открытия пульсаров - предсказание просто не было опубликовано.

Под впечатлением упущенной возможности П. Амнуэль построил морфологический ящик Цвикки (Zwicky F. [21]), в котором описаны миллионы возможных астрофизических объектов и явлений. Часть из них физически возможна, но еще не открыта. Тем самым П. Амнуэль в явном виде построил поисковое поле и использовал его для прогноза открытий.

В частности, спрогнозированы появление звуковой астрономии (должны же быть звуковые волны в межзвездном газе?), и обнаружение реликтового гравитационного излучения, оставшегося от начальной эпохи Большого взрыва Метагалактики.

Романтическая история микроквазара SS 433.

В 1979 году Валерий Цуриков опубликовал работу [16], в которой спрогнозировал открытие астрофизических объектов со свойствами, имитирующими нарушение законов природы. Усиление идеи состояло в том, что необычные характеристики объекта должны регистрироваться с любого направления, модулироваться сигналом, изменяющимся во времени и обладать другими признаками искусственности, известными в то время.

Через полгода был обнаружен объект, названный SS 433, соответствующий самому многообещающему из спрогнозированных вариантов несовместимых физических характеристик.

Наиболее уникальное свойство SS 433 состоит в том, что сам объект имеет компактную форму, но демонстрирует доплеровские сдвиги в излучении как в красную, так и в синюю стороны. В природе так проявляют себя объекты, направляющиеся от нас и к нам.

Для астрофизики типично работать с множествами объектов. Обычно, как бы ни был экзотичен найденный объект, в скором времени появлялись аналогичные находки.

SS 433 обладает рядом уникальных характеристик, и на сегодняшний день обнаружен только один такой объект. Редкость, если не уникальность, следует из прогноза В. Цурикова и не характерна для астрофизики как науки и ее объектов. [23]

Благодаря "штопорной", т. е. трехмерной структуре объект виден с любого направления. И, как сказано, сигнал меняется со временем, что не характерно для обычных квазаров, но характерно для искусственных сигналов.

Для нас работа В. Цурикова[13] интересна тем, что:

1. Поисковое поле было построено в явном виде. Инструментом служила технология морфологического ящика Цвикки. Размер ящика был очень велик - триллионы комбинаций физических законов и астрофизических объектов.

2. Проведена первичная селекция тех комбинаций физических законов и объектов, которые несовместимы в природной среде.

3. Проведено ранжирование по перспективности.

4. Проведена первичная достройка идеи - спрогнозированы дополнительные свойства объекта, вытекающие из его природы и известных признаков искусственности.

5. Работа опубликована вовремя и в подходящем издании.

6. Прогноз был подтвержден - описанное явление обнаружено.

Полет фантазии оказался более продуктивным и результативным, чем длинные уравнения и разговоры о презумпции природного объяснения любого явления. Бритва Оккама оказалась слишком острой, астрофизики порезались!

А вот и приемы работы с полями поиска!

Обратите внимание - Павел Амнуэль строил поле ВОЗМОЖНЫХ астрофизических объектов и явлений.

Валерий Цуриков решал обратную задачу - строил поле наиболее НЕВОЗМОЖНЫХ объектов.

Если сопоставить эти две работы, то становится явной их дополнительность (комплементарность), и можно сформулировать некий частный прием организации поисковых полей.

Прием построения противоположных-комплементарных полей поиска: после формирования поля возможных явлений и объектов нужно сформировать поле невозможных явлений и проранжировать их по признаку максимальной возможной полезности.

Рациональным обоснованием приема служит то, что при наличии потенциальной пользы невозможный объект может быть построен искусственно. В истории с объектом SS 433 полезность заключалась в том, что аномальное доплеровское смещение привлекло к себе внимание, заставляло и заставляет подробно исследовать аномальный объект.

Прием применения-построения противоположных полей поиска перекликается с приемом противоположного эксперимента, предложенным В. Митрофановым [6]. А. Кондратьев [9] отмечает большую практическую полезность "Приема противоположного эксперимента" в работе исследователя.

А какие еще приемы и инструменты можно применить для построения полей поиска?

В литературе предлагаются 3 группы приемов, призванных помочь исследователю: