ДЕНЬ ДВАДЦАТЫЙ

КАК РЕШАТЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАЧИ!

Противоречия вроде «ультрафиолетовой катастрофы» в науке встречаются не каждый день. Гораздо чаще ученым приходится искать объяснения новым явлениям, выяснять механизмы, их порождающие. И не только ученым, но и производственникам, когда в цехе вдруг неожиданно появляется брак и причины его неизвестны. И еще сыщикам, разгадывающим преступление.

— Какой самый распространенный вопрос задают себе детективы?
— Кому преступление выгодно?
— А как бы я поступил на месте преступника?
— Совершенно верно. Оказывается, это очень эффективный подход к решению не только детективных задач. За последние годы специалистам по ТРИЗ пришлось решать не только изобретательские, но и исследовательские задачи. Специальной методики не было, использовался «тризный подход». Когда этот опыт был изучен, оказалось, что чаще всего интуитивно использовался один конкретный прием. Вместо вопроса «Как это объяснить?» задавался вопрос «Как это сделать?» — как в детективе. Но тогда исследовательская задача превращается в изобретательскую и можно применять весь аппарат ТРИЗ; вепольный анализ.стандарты, АРИЗ. Мы назвали этот прием обращение исследовательской задачи.

— Может быть, на заводе завелся шпион-диверсант?
— Нет, шпионов там не было. Давайте воспользуемся приемом обращения. Какая сейчас у нас задача?
— Как добиться, чтобы при перевозке микросхемы были испорчены?
— Верно. Специалист по ТРИЗ В. В. Митрофанов, который решал эту задачу, даже усилил ее, поставив условие, чтобы не часть, а все микросхемы оказались пробитыми. А сейчас воспользуемся вепольным анализом. Есть В₁ — микросхема. Нужно ввести В₂ и поле П. Какое нужно поле?
— Электрическое.

Изобретательская задача на этом шаге была бы решена. Но с исследовательскими дело обстоит немного иначе. В самом деле, ведь нет шпиона с портативным электрическим генератором для пробоя микросхем. Электрическое поле должно быть получено из ресурсов. В этом особенность исследовательских задач. Они должны быть решены только за счет ресурсов — никто не принимает специальных мер, например, для порчи продукции. Какие ресурсы у нас есть?

— Коробка пластмассовая.
— Это вещественный ресурс, он нам пригодится, возможно, в роли В₂. А энергетические есть?
— Микросхемы везут. Могут быть толчки, вибрации.
— Значит, у нас есть механическое поле. А нужно электрическое. Как быть?
— Можно получить элекгрическое из механического — электризация трением.
— Ну конечно! Из-за вибраций микросхемы перемещаются внутри пластмассовой коробки, трутся об нее.
— Отлично! Причина найдена. Но с браком нужно бороться. Что делать теперь?
— Покрыть коробки антистатиком или заменить на металлические.
— Сделать громоотвод!

Подошло первое предложение. И пробои прекратились.

— А что тут странного? Известно же, что мягкая паста полирует твердый металл!
— Паста действительно мягкая, но в ней находятся твердые частицы. А здесь этого нет. Сформулируйте обращенную задачу.
— Как добиться, чтобы мягкий ферропорошок обрабатывал твердый вольфрам?
— Верно. А сейчас воспользуемся вепольным анализом. Что у нас есть? Исходная вепольная схема: В₁ — ферропорошок, B₂ — вольфрам, П — механическое поле. Какой у нас веполь?
— Неэффективный. Механическое поле не может обеспечить обработку твердого вольфрама.
— Что же нужно делать?
— форсировать веполь! Перейти к использованию более эффективных полей.
— Можно воспользоваться магическим словом ТЭММАГ?
— Можно. Что нам подойдет?
— Тепловое поле.
— Электрическое... Электроискровая обработка!
— Как мы уже говорили, изобретательская задача была бы решена. А что нужно для нашего случая?
— Найти нужные поля среди ресурсов. У нас есть тепловое поле — порошок трется об изделие — от трения. Есть магнитное, механическое поле вращения. А электрического нет.
— В задаче о пробое микросхем тоже сначала электрического поля вроде не было, а потом оно нашлось — получилось из механического. Может, и в нашем случае тоже так?
— Нет, у нас электризации трением не получится — там была пластмасса, а у нас — металлы.
— А разве кроме трения нет других способов получения электрического поля?
— Есть. У нас есть вращающееся магнитное поле, то есть переменное. Оно может индуцировать электрический ток.
— И тогда может проскочить искра. Получится электроискровая обработка, как мы и думали!
— Погодите радоваться, — остановил ребят Преподаватель. — Вы забыли, что у нас еще было тепловое поле. Две версии, какая верная?
— Нужно провести эксперимент! Обнаружить искры. Тогда все будет ясно!
— Как же обнаружить искру? Увидеть ее непросто. Это новая задача.
— Её тоже можно решать вепольным анализом, как задачу на обнаружение.
— Нужно преобразовать поле электрической искры в другое, которое легко обнаружить. Увидеть, вы сказали, трудно. Может быть, можно услышать?
— Конечно, услышать! В обыкновенном приемнике искры создают помехи — треск, щелчки.
— Правильно. Когда сделали так, как вы предлагаете, услышали отчетливые шумы. Гипотеза подтвердилась.

Обращенная задача: дана техническая система, включающая водород при низком давлении и электрический разряд в нем, а также вольфрамовая проволочка. Необходимо обеспечить нагрев вольфрамовой проволочки.

В₁ — вольфрамовая проволочка. Нужно достроить веполь — ввести B₂ и тепловое поле П (или такое, которое может превращаться в тепловое). Тепло можно получить либо за счет высокочастотного нагрева электромагнитным полем, либо за счет химической реакции. Ресурсы: водород и электрический разряд. Электрический разряд — постоянный ток, он не может дать высокочастотного поля. Рассмотрим вариант с химической реакцией. Реагировать может либо вольфрам с водородом, либо водород с водородом. В процессе реакции вольфрам не расходуется, поэтому остается реакция водорода с водородом. Теперь можно обратиться за помощью к химикам. Они говорят, что если в системе есть атомарный водород, то он может рекомбинировать в молекулы с выделением энергии, а вольфрам служит катализатором такой реакции.

Обращенная задача: дана техническая система, включающая закрытую колбу с реактивами и экспериментатора. Как обеспечить протекание реакции в присутствии только этого экспериментатора?

Исходная ситуация — неполный веполь: В₁ — реактивы, В₂ — экспериментатор. Нужно ввести поле П. Ресурсы: поля, характерные для человека, причем индивидуальные. Возможные поля — электростатическое, тепловое, механическое, акустическое (звуки). Никаких специальных действий для прохождения реакции этот человек не предпринимал (фальсификатором он не был), поэтому тепловое и механическое отпадают. Электростатическое тоже, потому что человек близко к колбе не подходил. Остается акустическое.

— Он, наверное, пел? — робко спрашивает Алеша.
— Да. Он имел красивый низкий голос и очень любил петь, но стеснялся в присутствии посторонних, так как слух был плохой. А частота его голоса оказалась «подходящей» для реакции.
— А какие открытия сделаны с помощью ТРИЗ?
— Около десяти лет назад выпускник политехнического института Валерий Цуриков прошел курс обучения по ТРИЗ и решил попробовать применить изобретательский подход к проблеме межзвездной связи с чужими цивилизациями. В шестидесятые годы газеты были полны сенсационными сообщениями о сигналах «маленьких зеленых человечков». Так на западе под влиянием фантастики называют инопланетян. Группа английских астрономов впервые обнаружила в Дальнем космосе источник пульсирующего излучения. Прерывистость сигнала, казалось, указывала на его искусственное происхождение. Но очень скоро раздались отрезвляющие голоса астрофизиков: никаких «зеленых человечков», излучение имеет природный естественный характер, давно предсказано теоретиками. Через несколько лет источники пульсирующего излучения были обнаружены в разных концах Вселенной. Сенсация не состоялась. Но и после этого случая чуть ли не каждое открытие астрономов любители сенсаций сразу объявляли сигналом «братьев по разуму». Дальше все шло по старой схеме; доказывался природный характер явления, потом его обнаруживали и в других местах, оно переставало быть уникальным.

В. Цуриков сформулировал противоречие; «Сигнал должен быть природным, например, в виде света или радиоизлучения, чтобы его можно было принять, и он должен быть невозможным в природе, чтобы сразу стало ясно его искусственное происхождение». И использовал системный переход для разрешения этого противоречия: нужно, чтобы сигнал имел по крайней мере две характеристики, вполне природные в отдельности, но несовместимые в природе. Тогда их совмещение и может быть признаком искусственности сигнала!

Было найдено немало вариантов, позволяющих реализовать такое противоречие. Например, сегодня ученые, анализирующие спектры излучения космических объектов, могут выделить линии, соответствующие различным органическим веществам: аминокислотам, спиртам и т. д. Но эти линии обнаруживаются только в спектрах холодных туманностей — ведь органические соединения не могут существовать при высоких температурах, они неизбежно распадутся. А что если такие линии окажутся в спектре горячей звезды?

Вот другой вариант. Нетрудно установить, в каком направлении движется та или иная звезда: к Земле — в ее спектре все линии смещаются в сторону коротких волн («синее» смещение) или от Земли — в область длинных волн («красное» смещение). Это называется эффектом Доплера. А если бы удалось обнаружить звезду, в спектре которой наблюдалось бы одновременно и синее, и красное смещение? Это означало бы, что звезда одновременно движется в двух противоположных направлениях. Наличие в спектре красного и синего смещения может быть признаком искусственности сигнала.

Статья В. Цурикова с описанием возможных вариантов построения искусственных сигналов появилась в печати весной 1978 года. И надо же было случиться такому совпадению — в декабре того же года американские астрономы открыли, что в спектре звездного объекта SS — 433 в созвездии Орла, на расстоянии всего около 30 тысяч световых лет от Солнца, ясно видны одновременно синее и красное доплеровские смещения! Конечно, сегодня никто не торопится кричать: «Это маленькие зеленые человечки!» Теоретики строят хитроумные схемы, которые могли бы объяснить существование в природе таких странных объектов, астрономы-практики старательно обшаривают небо в поисках подобных звезд.

— А теперь вспомним задачу, которую вы решали в автобусе по дороге сюда, в лагерь.
— Про черта и путников?
— Да. Нужно было придумать невыполнимое задание для черта, чтобы спастись. Вы тогда ничего умного не придумали. А сей¬час давайте подойдем к этому заданию по-научному. Какое задание будет заведомо невыполнимым?
— Противоречивое задание!
— Верно. Ну и что вы предлагаете?
— Пусть черт сотворит такую реку, которую он не сможет переплыть.
— Пусть черт сам себя съест!
— Пусть сядет на стул, которого нет!
— Отлично, у всех час теперь есть шансы перехитрить черта. Эта задача взята из старой английской сказки. В ней третий путник громко свистнул и сказал: «Теперь пришей к этому пуговицу!»

Не менее интересные открытия сделаны другим специалистом по ТРИЗ из г. Свердловска Г. Головченко. Однажды на занятиях к нему подошли несколько студентов-биологов и поделились сомнениями, может ли помочь ТРИЗ в работе по их специальности.

— В биологии тоже должен выполняться закон повышения идеальности, — заявил он. — Например, должны использоваться все возможные ресурсы. Какие ресурсы используют растения?
— Воду, питательные вещества из почвы, солнечный свет.
— И ветер — он семена переносит.
— Нет, семена — это мало, — сказал Головченко, — раз в год. Растения должны использовать ветер постоянно! Ветки качаются, листья шевелятся — для чего-то это нужно. И Головченко поставил опыт. Взял два черенка с парой листьев на каждом и опустил их в стаканы с подкрашенной жидкостью. Один оставил в покое, а листья второго целый час раскачивал, удерживая пинцетами. Потом оба черенка разрезал вдоль оси и увидел, что в том, где листья двигались, подкрашенная жидкость поднялась значительно выше, чем в контрольном. Так сформировалась гипотеза, что ветер помогает растениям качать воду из почвы. — Преподаватель взял со стола резиновую трубку и опустил в стакан с водой. Потом сжал ее пальцами и повел вверх. Из открытого конца трубки брызнула вода. — Каждая пора в растении — как эта трубка; когда растение качается, пора сжимается и гонит воду снизу вверх.
— А это признали открытием?
— Пока нет. В отличие от изобретений признание открытия — процесс долгий. Со статьей должна ознакомиться научная общественность, оценить сделанное. А вот для второго открытия Головченко даже опыты делать не пришлось. Он решил, что в растениях (к этому времени он уже неплохо разбирался в фитологии — науке о растениях) должны быть веполи. Растения должны использовать поля. Прочитав массу литературы, Головченко установил следующее:
а) питательные вещества в растениях откладываются в местах соединения веток со стволом, а листьев — с веткой, то есть в тех местах, где есть механические перемещения под действием ветра;
б) отложение питательных веществ существенно усиливается при воздействии электрического поля;
в) живая влажная древесина обладает слабым пьезоэлектрическим эффектом.

Последний факт он вычитал не в биологической литературе, а в книгах по деревообрабатывающей промышленности. Что получится, если принять во внимание все три факта?

— Что растение под действием ветра получает механическую энергию, преобразует ее с помощью пьезоэффекта в электрическую, за счет чего откладываются питательные вещества в определенных местах.
— Правильно, это очевидно.

Вечерние размышления

При обучении взрослых были трудности с освоением приема «обращения задачи». Но ребята сразу приняли его на вооружение.

Бытует мнение, что умение решать исследовательские задачи нужно только ученым. Зачем оно, например, производственнику? Но оказывается, что на производстве таких задач даже больше, чем изобретательских. Почему идет брак? Почему возникло «узкое» место? Стоит применить прием обращения, как многие из них становятся простыми, их даже без ТРИЗ можно решить.

Интересно, что и многие житейские задачи носят характер исследовательских. Почему рассердился на меня друг? За что получил выговор от учителя? Почему меня не поняла мама? Сложные, вечные вопросы. Но если задать вопрос себе по-другому:

«Как сделать, чтобы друг рассердился?» — и становится ясно, что именно так ты и сделал, совсем этого не желая и даже не заметив своего поступка.

Конечно, создание методики научного поиска — очень большая работа. Она пока только начинается. Но мы рассчитываем на продолжение, в том числе и силами сегодняшних учеников и читателей.

ДЕНЬ ДЕВЯТНАДЦАТЫЙ

ВЫХОДНОЙ