А.Н. Кондратьев
п. Ильичево Лен. области
январь 2002
"Ничто не мешает повторить путь, пройденный при построении теории изобретательства, и построить теорию решения научных задач, теорию открывательства.
При этом нужно искать в науке инварианты тех объективных закономерностей, которые действуют в технике, в изобретательстве"
Г.С. Альтшуллер [2]
По определению В.В. Митрофанова сделать открытие - это значит, найти причину явления. Найти причину, объяснить генезис - вот задача учёного.
При изучении любого явления природы необходимо иметь некую программу действий по выявлению причин явлений. В.В. Митрофанов создает алгоритм решения научных задач [11]. Сейчас он разрабатывает компьютерную "Машину открытий".
1. Аннотация
В этой статье я хочу предложить ещё один прием, подсказывающий путь решения научных задач. Его можно назвать "Морфологический ящик природы".
Суть этого приема заключается в составлении многофакторной таблицы или n-мерного куба набора близких по природе явлений. Осями этой таблицы являются причинные оси.
Многомерный морфологический ящик природы позволяет нам с пониманием подходить к разбору изучаемого явления. Парадоксально, но изучение того явления, которое как раз и надо изучить, очень мало даёт нам. На порядок более продуктивно изучать не само явление, а рассматривать весь набор аналогичных по природе явлений. Выявляются новые причины, новые закономерности и даже новые явления.
2. Многообразие явлений на одном иерархическом уровне
Явление природы никогда не бывает само по себе, в одиночку, уникально. Чаще всего существуют многие другие похожие и непохожие явления, которые немного или значительно отличаются от него. Или же само явление под воздействием изменения движущих причин или ограничивающих факторов может проявляться по-другому, изменять свою форму.
Каждое явление природы не существует уникально, вокруг него есть непрерывный ряд явлений-"соседей" по определяющим факторам.
3. Причинная ось
Набор явлений-"соседей" можно выстроить по определяющей причинной оси.
Учёному удобно представить причину явления как ось - "причинную" ось, а различные явления (или формы проявления явления) расставить по этой оси.
Например, одной из главных движущих причин образования различных типов русловых процессов является относительная транспортирующая способность потока [6]. По этой определяющей оси типы русловых процессов выстраиваются в таком порядке:
русловая многорукавность
ленточно-грядовый тип
побочневый тип
неразвитое меандрирование
свободное меандрирование
Отсюда можно сформулировать правило поиска факторов (как причин, так и ограничивающих условий) изучаемого явления:
Найди похожие явления,
Выстрой их в таком порядке, чтобы плавно и непрерывно менялась морфология (внешний вид или другие результирующие параметры этих явлений).
Попробуй определить, какой внешний фактор предопределяет такое изменение явлений.
Этот алгоритм подсказывает причину изучаемого явления.
Кроме того, этот алгоритм позволяет искать новые явления. В знаменитой статье Г.С. Альтшуллера [1] описывается, как открывать новые явления.
Белые пятна. Для обнаружения новых явлений нужно искать белые пятна (пропуски) в ряде явлений, расположенных по определяющей причинной оси.
Так получилось у Менделеева, когда он в ряду химических элементов позволил себе сделать пропуски, допустил, что могут быть ещё какие-то неизвестные элементы, которые расположены между известными.
Переступить пределы. Такие же белые пятна всегда есть и за пределами известных явлений. Надо задаться вопросом: "А что может быть ещё больше (меньше, сильнее, и другие "-ее") , чем наше самое большое (и т.д.)?" [4]. Иногда оказывается, что какое-нибудь другое явление, которое обычно относится к другому классу (виду и т.п.), на самом деле является разновидностью рассматриваемых явлений.
Например, так было выяснено, что кроме известных режимов движения жидкости: ламинарного и турбулентного, существует и третий режим движения жидкости, который ламинарнее ламинарного - кавитация. Раньше ошибочно кавитация относилась не к режимам движения жидкости, а называлось "особым состоянием" жидкости. Выстраивание известных режимом движения жидкости по определяющей оси (отношение скорости движения отдельных объёмов жидкости к скорости движения всего потока) показало, что при ламинарном движении эти скорости равны, а при турбулентном скорость отдельных объёмов больше. Это привело к поиску режима, при котором скорость отдельных объёмов, наоборот, меньше, чем скорость движения всего потока жидкости. Это кавитация. Кавитация - противоположность турбулентного режима [8].
Лишний элемент. Выстраивание явлений по причинной оси позволяет разобраться в правомерности объяснения причин образования этого ряда явлений одним фактором. Бывают случаи, когда некоторые явления неправомерно выстраиваются по какой-нибудь определяющей оси.
В гидроморфологической теории руслового процесса разветвленные русла (пойменная многорукавность) ошибочно была поставлена в ряд с неразветвлёнными типами русловых процессов [9]. Выяснилось [3], что все остальные типы русловых процессов, действительно, определяются относительной транспортирующей способностью потока, а развитие пойменных проток определятся другим руслоформирующим фактором - затопляемостью поймы [10].
Причинные оси позволяют искать новые явления. Для этого надо использовать приемы "переступить пределы" и "белые пятна".
Выстраивание явлений по причинным осям и поиск лишних элементов позволяют находить новые факторы.
4. Причина явления лежит на более высоком иерархическом уровне
Причину явления необходимо искать не на уровне самого этого явления, а на следующем, более высоком, общем иерархическом уровне.
Например, для того, чтобы ответить на вопрос, почему реки меандрируют, бесполезно искать причину, описывая само меандрирование. Необходимо задать вопрос шире: почему реки бывают разные - разветвлённые, прямые и извилистые. Разобравшись в общих причинах образования всех типов русловых процессов, мы автоматически получаем ответы на вопросы о причинах образования любого типа русловых процессов.
Изучение меандрирования ничего не дало к объяснению причин образования меандрирования. Ловушкой были объяснения типа: река меандрирует, потому что она извилистая (как у Б.Ф. Снищенко [9]), или: река меандрирует, потому что это свойство потока! Как будто нет других рек - разветвлённых и прямых. А ведь к такому выводу можно действительно прийти, если всё время видеть перед собой только извилистые реки. Есть даже специалисты по меандрированию, специалисты по побочневу типу. Меня хотели сделать "специалистом по пойменной многорукавности". Капкан однобокости не позволяет разобраться в частном вопросе. Только рассмотрение всех типов русловых процессов позволило понять причину меандрирования.
Изучая любое явление, можно разобраться лишь только в свойствах этого явления. Это будет изучение, но не понимание.
Для нахождения причин явления надо, на самом деле, обратиться к изучению следующего, более высокого иерархического уровня. Тогда будет понимание причин явления, а затем и сущности самого явления.
Это даст возможность не только описания процесса, но и его прогноза и даже управления им.
5. Главные факторы
Любое явление - результат огромного (практически бесконечного!) количества факторов.
Я полусерьезно говорил о влиянии фаз Луны на развитие излучин рек и изменение типов русловых процессов (в моей неопубликованной книге "Русла равнинных рек"). И это, действительно, так. Конечно, фазы Луны на самом деле, определяют тип русловых процессов. Но, в то же время, влияние этого фактора мало.
Исследователю природы из всего разнообразия причин всегда можно (или приходится?) выбирать конечное, часто небольшое количество определяющих факторов. На это есть и объективные, и субъективные причины.
Объективно есть причины главные и второстепенные.
Например, для русловых процессов главная причина - это относительная транспортирующая способность потока, относительное затопление поймы, относительная ширина долины, относительная редукция стока, растительность и другие ограничивающие факторы.
Интересно происходила история с силой Кориолиса, как руслоформирующим фактором. Сначала, лет 100 назад, этот фактор считался одним из основных факторов, определяющих ход русловых процессов, и даже образование меандрирования приписывалось этому фактору. Затем, наоборот, влияние силы Кориолиса стало полностью отрицаться, упоминание о ней стало еретичным. На самом деле роль Кориолисовой силы сравнимо с влиянием фаз Луны - оно есть, но ничтожно. Им можно пренебречь при прогнозе руслового процесса. Такую же роль играет и температура воды, хотя в литературе высказывались разнообразные интересные противоречивые суждения о влиянии тепературы воды на русловые процессы водотоков.
Любопытно, что другие главные причины, которые играют сами по себе большую роль в формировании процесса, могут вольно или невольно упускаться учёными из рассмотрения из-за малой изменчивости этих причин.
Например, сила тяжести, скорость вращения планеты, плотность жидко-сти (воды), конечно, оказывают громадное влияние на формирование рек, образование и типов русловых процессов. Но в связи с тем, что все изучаемые людьми реки находятся на Земле, сила тяжести и скорость вращения Земли постепенно ушли от внимания исследователей. Скорость вращения Земли определяет выше упомянутую силу Кориолиса. Действительно, что было бы, если скорость вращения Земли была другой - больше в 100 раз, или меньше… Как изменились бы реки? А если бы скорость вращения Земли менялась из года в год, или вращение меняло бы направление? Возможно, что тогда бы одним из основных руслоформирующих факторов как раз стала бы скорость вращения планеты или другое природное явление, которое бы в свою очередь зависело бы от вращения Земли.