Алгоритмы открытий. Часть 4

Волга впадает в Каспийское море!

Это факт, хотя и банальный! Но было время, когда она впадала в Русское (Чёрное) море. И это тоже факт! Каждый из нас, учась в школе, в течение 10 лет был ознакомлен с огромным количеством фактов. На основе этих фактов у нас формировали представление обо всём в мире. Но вот появлялся новый факт, и всё, что мы знали раньше, теперь оказывалось неверным. Все факты, сложенные в стройную систему, которую называли по всякому – теорией, концепцией, наукой… вдруг переставали быть таковыми и считались ложными или неправильными.

Классическая физика Ньютона считалась верхом совершенства. Но вот появились факты об объектах микромира, которые двигались со скоростями, близкими к скорости света, и ньютоновская физика дала сбой. Появилась квантовая физика, теория относительности. Когда Макс Планк решил стать физиком, знакомый их семьи физик посоветовал юноше выбрать другой путь, ибо в физике уже всё открыто, и осталось только кое-что уточнить с цифрами в шестом знаке после запятой… Сам Макс Планк не мог принять факт о дискретности энергии, считая, что это всего лишь математический приём…

Но самое интересное, ведь даже после этого факты не перестали быть фактами, и они по-прежнему отражали какие-то стороны исследуемого предмета. Но теперь они трактовались по-другому. Выходит, что не факты «виноваты» в том, что «полетела» та или иная теория, концепция, наука, а что-то другое.

Так что же такое факт?

Факт (от лат. factum – сделанное, свершившееся). Имеет несколько значений: 1) в обычном словоупотреблении синоним понятий истина, событие, результат; 2) Знание, достоверность которого доказана; 3) В логике и методологии науки факт – особого рода предложения, фиксирующие эмпирическое знание.

Получается так, что «виновата» сама система, пытающаяся связать их все воедино. И часто это удавалось сделать, тогда эту систему называли такой-то теорией, наукой, концепцией. А то, что не вписывалось в эту систему, эти факты считали аномальными и старались их не замечать. Особенно в этом грешна историческая наука.

Самое забавное то, что мир, как был до этих множественных теорий, наук, концепций, так и остался в единственном числе. И все эти теории выглядели некими взглядами на один и тот же объект, но с разных сторон (вспомните притчу о трёх слепцах). Но отсюда следует, что возможен и один системный взгляд на окружающий мир, чтобы цельно его описать.

Вот этими вопросами и пытается заниматься философия науки, которая пытается ответить на следующие основные вопросы: что такое научное знание, как оно устроено, каковы принципы его организации и функционирования; что собой представляет наука как производство знаний; каковы закономерности формирования и развития научных дисциплин; чем они отличаются друг от друга и как взаимодействуют?

Это, разумеется, далеко не полный перечень, но он даёт примерное представление о том, что в первую очередь интересует философию науки. Однако, кроме общих разговоров о философии науки, о её методологии, о перечне ряда общих принципов, якобы применяемых в разных науках, как правило, дальше дело не идёт. Философия науки, увы, «не опускается» до уровня разработки конкретного инструментария, который можно будет использовать до, а не после того, когда развитие представлений будет достигнуто любым путём, далёким от философских рассуждений о неких философских категориях, законах, принципах и т.п.

От калейдоскопа идей до научной революции

Известно, что развитие любой науки идёт через сбор и накопление фактов. Эти факты являются единичными актами процесса познания единой картины мира. Они, как правило, не связаны между собой, т.к. процесс познания происходит методом проб и ошибок или методом научного тыка, поэтому постепенно образуют фактологическую картину (см. Рис. 1).

Вот пример из науки, например, открытие йода французским химиком Куртуа. У Куртуа был любимый кот, который любил лежать на полках в лаборатории. Однажды Куртуа вошёл в лабораторию, и любящий его кот от радости прыгнул ему на плечо, но сорвался и упал на стол, на котором стояли две бутылки: одна с серной кислотой, а вторая – с раствором золы морских водорослей. Бутылки опрокинулись, жидкости смешались, и от смеси пошёл голубой дымок. Куртуа сообразил, что это что-то новое, чего он раньше не замечал. Потом он выделил из раствора водорослей новый элемент – йод.

А вот пример из истории техники. Саша Микулин, будущий конструктор авиадвигателей, наблюдал, как и все, за полётом русского пилота Уточкина. Но вдруг самолёт стал падать, зрители были в шоке, но Уточкин всё же посадил самолёт. Оказалось, что в полёте у него отказало магнето, которое вырабатывало искру для двигателя. Под сильным впечатлением Саша возвращался домой, обдумывая увиденное. Ему навстречу шёл человек, у которого был забинтован один глаз. Сашу осенило: если у человека один глаз не работает, то второй выполняет эту функцию за двоих. Он всё понял и побежал в гостиницу, где попросил аудиенции с Уточкиным. Он посоветовал Уточкину использовать два магнето: если одно выйдет из строя, другое будет работать. Что и сделал в следующем полёте Уточкин.

Таких примеров огромное количество. Спрашивается, как из этих абсолютно разрозненных фактов построить хотя бы концепцию творческого процесса, если их связывает только его величество случай? Что для этого нужно?

Как бы мы их не «складывали», получим одну из множества возможных фактологических картин – как картинки из детских кубиков. Только «кубиков» у нас может быть очень много. Это, как правило, множество разрозненных фактов, относящихся к единой картине мира, как бы «вырванных» из неё, но связанных исследователем в логическую систему, предлагаемую им для объяснения имеющихся фактов. Из этого ещё не следует, что она будет соответствовать реальной картине мира.

Факты можно связать между собой в разной последовательности, вводя недостающие между частями связи, которых в реальной картине может и не быть. Это как в калейдоскопе: повернул его на угол – новая картина из тех же стекляшек, повернул ещё – совершенно иная картина опять же из тех же стекляшек, и так до бесконечности. В этом случае с накоплением фактов возникают противоречия между созданной ранее картиной и той, которую создают новые факты, часто называемые аномальными, т.к. они и приводят к противоречиям. Как правило, сторонники «старой» картины мира стараются не обращать внимания на эти факты и не принимать их во внимание, т.к. за «старые» теории они получали учёные степени, премии, становились корифеями в своей области.

Однако, накопление фактов приводит к тому, что, независимо от желания сторонников «старой» теории, накопившиеся противоречия уже невозможно обойти, скрыть или игнорировать, поэтому назревает новая научная революция – локальная или глобальная. Создаётся новая картина мира, её концепция. Накопившиеся факты превращают фактологическую картину мира в мозаичную (см. Рис. 2). При этом сторонники «старой» концепции часто не понимают того, что большинство фактов, добытых во времена процветания «старой» концепции, не исчезают, а входят в новую, но понимание этих фактов будет совершенно другим. Меняются не только связи между фактами, но и их понимание. Например, археологи добывают большое количество артефактов, которые затем теоретики пытаются встроить в свою концепцию. Однако, со сменой концепций артефакты не перестают быть таковыми, но теперь они позволяют достраивать фактологическую картину до мозаичной, и в новой концепции могут нести совершенно другую смысловую нагрузку.

  Итак, развитие любой системы направлено на соединение этих фактов в единое целое с целью построения единой концепции. При этом последовательность соединения фактов предопределяет суть концепции. Это и является причиной большого количества концепций, создаваемых из множество одних и тех же фактов, т.е. появляется вариативность концепций.

  Для того, чтобы отдельные факты могли составить мозаичную картину исследуемого явления, близкую к истинной, отдельные факты должны быть совместимы друг с другом по определённым качествам и свойствам. Это как собирание разбитого предмета из осколков. Там, где каких-то осколков не хватает, сознание способно дорисовать мозаичную картину до истинной, т.е. восстановить недостающие «осколки».

Соединяемые «осколки» должны быть совместимы друг с другом. Но для более сложных явлений недостаточно создать мозаичную картину, потому что для этого нужно учесть факты, относящиеся к разным иерархическим системам, например, на явления истории откладывают свои отпечатки экология среды, климат, геологическое состояние местности, экосистема, в которой происходят исторические события, развитие науки и техники, развитие языка и т.д. (см. Н.В. Левашов «Россия в кривых зеркалах», т. 1). Учёт всех этих факторов создаёт объёмную картину миру, которая ближе к истинной, чем любая другая. Впервые в науке создана единая концепция развития мира от первичных материй до Разума (Н.Левашов «Неоднородная Вселенная» и «Сущность и разум» т.,1 и 2). В ней представлена объёмная картина окружающего мира.

При этом мозаичная картина претерпевает некую деформацию при установлении дополнительных связей. Но при синтезе систем из добытых фактов и при их совмещении, возникают противоречия между прежними представлениями и новыми, вытекающими из новых фактов. Эти противоречия могут быть разрешены методами Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) (см. часть 1 и 2).

  Для построения концепции истории развития научных и технических систем будем исходить из следующих посылок:

1. Научные, технические и природные системы развиваются закономерно, эти закономерности познаваемы, поэтому могут быть использованы для их дальнейшего познания, объяснения их сути и планомерного развития.

2. Развитие систем происходит через возникновение противоречий или несовместимостей между двумя физическими состояниями системы.

3. Развитие систем осуществляется с целью увеличения объяснительной силы научных систем и повышения главной полезной функции технических систем.

4. Развитие систем происходит неравномерно, но системно, охватывая различные их иерархические уровни.

5. Развитие систем идёт волнообразно по пути разворачивания (дифференциации) системы с целью поиска новых полезных функций и сворачивания (интеграции) систем, с целью более полного использования свойств и качеств различных иерархических уровней, т.е. по пути усложнения и идеализации системы.

Существует ряд приёмов, которые легко разрешают такие противоречия. Развитие научных, технических и других иерархических систем происходит по определённым законам и закономерностям, которые отражают общие законы познания и развития наших представлений об окружающем мире. Чтобы выявить эти законы, потребовалось исследовать огромный массив патентного фонда и историко-логических данных. Изучаемые объекты анализировались как в диалектико-логическом, так и в историческом планах.

Рассмотрим два примера из техники, а также см. Часть 3 (развитие представлений об атоме).

От камня до станка

Если проанализировать развитие обрабатывающей техники, то можно обнаружить, что вся техника имеет общих «родителей» – камень и палку. Зарождается система с появления потребности, например, изготовить каменный топор. Обратите внимание: для его изготовления человеческая рука должна будет производить большое количество разных движений разного направления с помощью инструмента (более прочного камня). В будущем все эти движения будет производить машина, но с более высокой точностью.

Пример 1. Имеется огромный фонд артефактов о развитии обрабатывающих инструментов: сверлильных, долбёжных, фрезерных и т.п. Перед вами ряд артефактов из истории развития обрабатывающей техники, необходимо всё это выстроить в стройную систему. А теперь, в соответствии с законами развития и функционирования систем (о них мы будем ещё говорить в ряде следующих уроков), построим общую схему развития обрабатывающих инструментов (Рис. 6.). Конечно, она неполная, т.к. уместить все факты в одной схеме сложно из-за ограниченности формата листа. Но она достаточна, чтобы понять сам принцип формирования концепции о развитии данной системы.

Изобретая велосипед

Прмер 2. В настоящее время только патентов на изобретения и усовершенствования велосипеда насчитывается около 100 тысяч. Но мы привёдем несколько ключевых моментов из истории развития этой системы.

Итак, 30 октября 1752 года Леонтий Шамшуренков, простой крестьянин, в возрасте 65 лет закончил работу над «самобеглой коляской». Это была коляска, к колёсам которой вели педальный привод и зубчатые передачи; т.е. те элементы, которые потом были вновь изобретены для двухколёсного велосипеда. Изобретение Шамшуренкова долго было забавой царского двора, потом его забросили и забыли.

 Первый велосипед с педалями и рулём был построен в России крепостным кузнецом Артамоновым. За него Артомонова освободили от крепостной зависимости… Важны и такие сведения, т.к. они, например, подтверждают, что изобретение было обнародовано. Именно на нём первый велосипедист прикатил из Верхотурья на Урале в Москву. Толпа людей, собравшихся на Ходынском поле, с изумлением наблюдала за удивительной двухколёсной тележкой Артамонова. Тот, далёкий теперь уже, день – 15 сентября 1801 года и считается «днём рождения» велосипеда.

Но судьба тележки Артамонова оказалась печальной: она была присоединена к царской коллекции редкостных вещей и вскоре забыта. Второе рождение велосипеда состоялось в 1808 году в Париже, где появился двухколёсный самокат без рулевого управления. Седок передвигался, по очереди отталкиваясь ногами от земли. Несмотря на своё несовершенство, это транспортное средство развивало довольно большую скорость, за что и получило свое название: «велосипед», в переводе с латинского – «быстрые ноги».

Подобное изобретение – самокатку – сделал в 1784 году замечательный русский механик И.П. Кулибин. Эти изобретения были как бы преддверием появления велосипеда, собственно, они отразили возникшую потребность в создании индивидуального транспортного средства.

1817 год. Карл Фридрих барон фон Драйс, баварский лесничий, усовершенствовал машину Де Сиврака – он изобрёл переднее поворотное колесо, благодаря которому можно было изменять направление движения на ходу. Своё транспортное средство, позже названное «Дрезиной», он запатентовал, начав этим самым документированную историю совершенствования конструкции велосипеда.

1839 год. Шотландец Киркпатрик Мак-Миллан применил к двухколёсной машине педальный привод, правда, педали совершали не круговое, а возвратно-поступательное движение.

1853 год. Французский каретный мастер Пьер Мишо запатентовал педальный привод на переднее колесо велосипеда. Шатуны закреплялись на колесной оси. Так же на велосипедах Мишо впервые были применены: подпружиненное седло и тормоз, воздействующий на обод заднего колеса. Немецкий механик Ф. Фриш приделал, наконец, к ведущему колесу шатуны и педали, а колёса всё ещё оставались деревянными, отчего назывался тогда велосипед «костотрясом». Так была заново возрождена схема Артамонова. Наш соотечественник Г. Иванов усовершенствовал их, предложив раздельные камеру и покрышку.

1868 год. Парижская фирма «Мейер и Ко» начала выпуск велосипедов с цепным приводом на заднее колесо.

1870-1885 годы. Время «пауков», т.е. высоких велосипедов с разновеликими колёсами. Также они назывались «Higebicycle» и «Penny-farting». Желание изобретателей увеличить расстояние, пройденное велосипедом за один оборот колеса, приводило к увеличению диаметра ведущего колеса. Ограничивать этот рост могла только длина ног ездока. Прогресс «пауков» шёл по пути уменьшения веса и увеличения надёжности узлов машин.

1884 год. Фирма «Хиллман, Херберт и Купер» начала производство велосипеда «Кенгуру», имевшего двойной цепной привод от осей шатунов к переднему колесу. С этих машин начался возврат к велосипедам с равновеликими колёсами.

1888 год. Ветеринар из Шотландии Джон Бойд Данлоп изобрёл пневматическую шину и воздушный ниппель. Это нововведение открыло широкие возможности для использования велосипеда вне хороших дорог. В те же годы англичанин Коупер, для уменьшения веса колеса и снижения трения колёс об ось ввёл ступицу и соединил её лёгким металлическими спицами с ободом, а саму ступицу посадил на только что изобретённые шарикоподшипники… Велосипед начал принимать привычный вид.

1890 год. Практически одновременно несколько фирм начали производство веломашин с рамами замкнутой («диамант») формы. С этого момента современный облик велосипеда практически сформировался и дальнейший прогресс лишь усовершенствовал отдельные узлы и агрегаты.

Выявление законов – сложный и порой длительный процесс. Приходится выстраивать множество «цепочек» развития исследуемых систем, учитывая влияния на них ряда факторов. На основании имеющихся исторических данных можно построить следующую цепочку развития велосипеда (см. Рис. 7).

Таким образом, предлагаемая концепция даёт возможность восстановить истинную историю развития конкретных систем, опираясь на законы.

Читать полную версию статьи…