Методы ТРИЗ и решение научных задач

В ТРИЗ первая статья о методике решения задач в развитии научных теорий была подготовлена Г.С.Альтшуллером в 1960 году «Как делаются открытия. Мысли о методике научной работы». Г.С.Альтшуллер выделил две группы открытий:

– открытия, состоящие в установлении новых явлений (Рентгеновские икс-лучи, сверхпроводимость и др.);

– открытия, состоящие в установлении закономерностей (объяснение фотоэффекта, создание эволюционной теории Дарвина и т. д.).

Для первой группы открытий рекомендовалось обращать внимание на «белые пятна», аномалии и несуразности, оценка явлений с новой точки зрения, комбинирование известных явлений между собой, разделение известного явления на два незвависимых новых, использовать аналогии, сомневаться в общепризнанном явлении.

Для второй группы открытий (закономерностей) Г.С.Альтшуллер предложил ряд других приемов: развивать самые слабые стороны теории, выявлять «трещины» в теориях, отказываться от «дырявых» теорий и признавать необходимость новых допущений, перенесение методов и аппарата из одной области в другую или в более широкую область.

Г.С.Альтшуллер отмечал, что исследования – это более широкое понятие, чем открытие и включает в себя дополнительно накопление фактов, измерения, установление взаимосвязей и т. д.

Интересная работа была выполнена Г.Г. Головченко[7] и опубликована в 1989 г. Первоначальная идея состояла в проверке возможности применения методов ТРИЗ для объяснения явлений в биологии и, в частности, в ботанике. Исследовательская задача была поставлена примерно так: растения используют энергию солнечного света, энергию тепла, но не используется вполне доступная энергия ветра. Ветер используется для переноса семян и пыльцы, но не для самого роста растений. Или может быть нам просто не известно об использовании ветра растениями. Тогда можно было бы открыть это новое явление. Далее Г.Г. Головченко поставил несколько вопросов: какие растения могли бы использовать энергию ветра для роста лучше других, в каких географических местах это может быть, какие механизмы используются в ветроэнергетике растений.

Для решения этих задач использовались ИКР, ресурсы, АРИЗ. Были выявлены механизмы ветроэнергетики разного типа: хвоинки у елей и сосны, листья осины, тополя и березы. Эти микро-электростанции помогают в процессе фотосинтеза. Покачивание деревьев – это тоже своеобразный насос для прокачки соков вдоль ствола снизу вверх и по веткам деревьев. Выявленные на основе ТРИЗ модели стали основой для экспериментальных проверок, которые их подтвердили. В биологии появилось, таким образом, новое научное направление: ветроэнергетика растений.

В 1975 году основоположник школы ТРИЗ в Санкт-Петербурге В. В. Митрофанов опубликовал статью с объяснением эффекта Рассела. Этот эффект был открыт английским физиком еще в 1887 году, но объяснения этому эффекту не было. Эффект Рассела (ЭфР) заключается в почернении фотопленки, помещенной над поверхностью металла, свободной от слоя окисла, а эффект Крамера (ЭфК) – в обнаружении свободных электронов с помощью детектора электронов над чистой поверхностью металла. Было высказано немало гипотез, объясняющих эти эффекты, но ни одна не может дать удовлетворительное объяснение этих явлений.

В принципе, запретов на оба эффекта со стороны фундаментальных законов физики нет, более того, хорошо известна химическая реакция, порождающая эти явления – окисление элемента, находящегося в ряду напряжения левее водорода.

Однако при более внимательном рассмотрении ситуации мы сталкиваемся с физическим противоречием – электроны, порождаемые металлической поверхностью, имеют столь малую энергию, что их средний пробег в воздухе не превышает долей мм, т. е. они просто не могут достигнуть счетчика излучений для реализации ЭфК или фотослоя при ЭфР, и тем не менее излучение фиксируется.

В терминах ТРИЗ ФП может быть сформулировано следующим образом:

– энергия электронов, возникающая при окислении поверхности металлов слишком мала для того, чтобы достигнуть детектора;

– энергия электронов достаточна для того, чтобы детекторы фиксировали наличие электронов.

Разрешить это противоречие можно, предположив, что поверхность испускает одни электроны, а детектор фиксирует другие, каким-то образом связанные с первичными. Иными словами, в процессе присутствует, по крайней мере, еще один компонент – посредник, способный переносить энергию от места ее выделения до места ее регистрации. Таким посредником не может быть ни атомарный водород Н, время жизни которого очень мало, ни молекулярный водород Н₂, который энергетически стабилен и ни с фотослоем, ни с детектором электронов не взаимодействует.

Модель, объясняющая эффект Рассела была затем подтверждена экспериментально.

В 1998 г. была опубликована книга В. В. Митрофанова «От технологического брака до научного открытия», в которой высказывались подходы к методике решения научных задач:

1) Причиной каждого явления есть некая диссимметрия (разность, неравенство, несоответствие и т. п.).

2) На каждую причинную диссимметрию имеются ограничивающие факторы. Ограничивающий фактор – это то, что не дает или, по крайней мере, мешает проявиться действию причины.

3) Для выявления причинной диссимметрии необходимо провести (или найти готовый в природе) так называемый противоположный эксперимент.

4) Объединение альтернативных гипотез.

На основе этой методики в 2000 году В. В. Митрофанов разработал компьютерную программу «Машина открытий».

В 1995-2001 годах методами ТРИЗ был подготовлен прогноз развития науки[8]. В его основе лежало выявление ключевого противоречия научного метода. За время развития науки со времен Ф. Бэкона произошли два крупных изменения:

– резко увеличились темпы развития цивилизации, экспоненциально растут потоки информации и объемы новых знаний;

– интересы науки переместилась в область биологических, экономических и социальных систем, которые, в отличие от неживых систем, обладают свойством самоорганизации и быстро изменяются в процессе приспособления к окружающей среде.

Это не могло не сказаться на эффективности науки. Одно из главных требований научного метода – воспроизводимость и повторяемость экспериментов. Как только время проведения экспериментов, необходимых для изучения системы, становится соизмеримым со временем ее изменения – научный метод становится не корректным из-за невозможности обеспечить повторяемость и воспроизводимость экспериментов.

Основная идея прогноза состояла в том, что от изучения объектов наука должна перейти к изучению закономерностей развития объектов, от изучения связей объектов необходимо переходить изучению развития этих связей и т. д. Главной задачей науки должно стать не изучение объектов и явлений, а создание инструментов принятия решений в тех или иных ситуациях. Знания нужны не сами по себе, а для принятия решений. Был сформулирован принцип двухмодельности (многомодельности) научных представлений: для описания одного и того же явления допустимо использовать сразу много моделей, которые с течением времени и сбором новой информации либо уточняются, либо отбрасываются.

С начала 90-х годов темой развития научных представлений занимается Ю. С. Мурашковский[9], развивая идеи, заложенные в работах Карла Поппера, Имре Лакатоса, Томаса Куна. Научные представления, как и остальные элементы культуры, представляют собой систему. Только не материальную, а систему взглядов, представлений о природе. И эта система точно так же, как все остальные, закономерно развивается. Уже с античных времен возник вопрос: насколько правильны наши модели? Казалось, что есть какие-то аксиомы, абсолютно правильные представления. Вроде непересекающихся параллельных прямых.

К сожалению, все модели рано или поздно приходили в негодность. Даже параллельные прямые в середине XIX века стали пересекаться.

Новую модель ее сторонники считают правильной, а сторонники старой «нормальной науки» – неправильной. Затем новая модель обрастает «защитным поясом» и становится правильной. А потом пояс этот перестает спасать модель, она устаревает и перестает быть правильной.

Можно ли научить талантливому мышлению или это некая форма человеческой болезни? Ю. С. Мурашковский пишет: «Талант, смелость мышления – все это вполне достижимые вещи. Но, есть одно «но». Когда у меня спрашивают, действительно ли любого человека можно научить талантливому мышлению, я без колебаний отвечаю: «Нет! Не любого. А только тех, кто этого по-настоящему хочет. Кто готов выходить за пределы «правильного ответа». Кто готов работать».