Поля поиска в индустрии открытий

Размещено на http://www.allbest.ru

Поля поиска в индустрии открытий

Козловский Сергей Всеволодович

Март 2005

Содержание

Вступление

1. Что такое ”открытие”?

2. Тест на научность

3. Технология открытий

4. Эталон для измерения открытий

5. Технология составления и использования определений

6. Как выглядят поля поиска научных задач?

7. Поля поиска и планирование открытий

8. А вот и приемы работы с полями поиска!

9. Открытия инструментальные и системные - или “ай да Мендель!”

10. Мендель проходит сквозь системы

11. Системный метод - Золушка науки

12. Принцип третьего полушария или отдадим компьютеру - компьютерово

Заключение. Обреченные на прогресс

Благодарности

Список литературы

Вступление

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

Эта статья для профессионалов или тех, кто готов стать профессионалом в постиндустриальную эпоху. Что это значит?

Любую задачу можно попытаться решить разными средствами. Любитель, если хочет сделать хорошую фотографию, делает несколько попыток, надеясь на удачу. Профессиональный подход в другом - в исключении шансов на неудачу. Профессионал не может позволить себе неудач - он зарабатывает своей работой.

Профессионал-ремесленник воспользуется проверенными методами и сделает близко к лучшим образцам.

Профессионал индустриальной эпохи сделает тысячу снимков, с последующим отбором. В его продукте есть большая доля новизны.

Профессионал постиндустриальной эры производит ВСЮ новизну - это и есть его главный продукт. Он делает миллионы, миллиарды снимков, варьируя технологию. После отбора и доработки в его сетях останутся все шедевры и всё мало-мальски ценное из возможного. Такой результат оценивается очень высоко.

Профессионал 21-го века отличается от профессионала 20-го века сильнее, чем последний отличается от ремесленника средних веков. Профессионалом 21-го века может стать каждый - если захочет.

Почему в статье 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 докажет.

Практика показала, что наиболее значимыми оказались те идеи и работы, которые в свое время больше всего ругали. Не стесняйтесь пройтись сапогами по тексту, в который автор вложил свою душу. Ведь главный закон нашей Вселенной очень прост - остается устойчивое. А чтобы проверить устойчивость, нужны испытания.

И, как замечательно сказал Ю. С. Мурашковский [4], - если ваши замечания совпадут с результатами моих исследований, это будет приятно. Если обоснованно, как минимум с двумя примерами, не совпадут -- это будет полезно.

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

1. 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. 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 ѕ 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.

Завершённые работы ценятся выше, независимо от размера вклада авторов в общее дело. Часто открытие называют в честь того, кто достроил его до полного открытия. Я думаю, Христофору Колумбу было бы обидно, если бы он узнал, что новую часть света назвали по имени Америго Веспуччи, первого европейца, ступившего на новый материк в новую эпоху.

Для открывателя есть принципиальная разница между явлением и теорией. Создание теории явлений, открытие закономерности - это открытие класса, множества явлений. В теории множеств есть понятие мощности множества, определяемой количеством элементов этого множества. Многие теории потенциально обладают бесконечной мощностью, описывают бесконечное множество явлений.

Пример: Эмпирическим, опытным путем можно открыть только конечное количество химических элементов. Таблица Менделеева описывает БЕСКОНЕЧНОЕ количество химических элементов.

Выше по тексту мы рассматривали открытия в отрыве от науки. Каждый человек, особенно в детстве, совершает за свою жизнь множество открытий. И только некоторые из нас совершают научные открытия. Множество ненаучных явлений и теорий больше, чем множество научных. Дальше в данной работе рассматриваются, главным образом, те явления и теории, которыми занимается наука. В чем же суть и ценность “научности”?

фальсификация научный аксиоматичность

2. Тест на научность

Научные открытия обладают особой ценностью потому, что проходят жесткий отбор. Отменить истинно научное открытие нельзя. Оно становится очень надежным кирпичиком дальнейших построений.

А как же теории теплорода, мирового эфира, плоской Земли, теория небесных сфер Птолемея? Насколько они научны?

Эти теории научны! Просто новые теории обобщили и прежние правила, и исключения из них.

Теорию теплорода сменил закон сохранения энергии - остался в силе принцип сохранения.

Теория относительности позаимствовала из теории эфира конечность скорости света, независимость скорости света от скорости источника и уравнения Лоренца.

Китов, поддерживающих плоскую Землю, сменили цепи гравитации, но Земля-то осталась на опоре, пусть и гравитационной.

Сферы Птолемея преобразовались в орбиты планет, но остался неизменным принцип вращения тел.

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:

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

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

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

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

(Моя супруга, Ирина Ямайкина, которая помогала мне вычитывать эту работу, предложила добавить “Субъективный принцип Ямайкиной: наличие чувства юмора у автора гипотезы (теории)”. Я обещал подумать. Интересно - позволит ли чувство юмора издателей оставить этот абзац?)

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 и принципиальная опровергаемость (принципиальная опровергаемость - это уже 4-й принцип Поппера). 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 (5-ти, хи-хи. Ирина Ямайкина) 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.

3. 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.

Примеры перехода к индустриальному и постиндустриальному методам.

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.

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?

4. 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:

Как отобразить поле поиска научных задач в явном виде?

Как построить поле поиска научных задач?

Как измерить трудоемкость поиска в поле поиска?

Как вести поиск решения научной задачи в поле поиска?

Есть ли качественные различия между научными задачами?

Можно ли сократить затраты на поиск по сравнению с МПИО?

5. Технология составления и использования определений

Это звучит нонсенсом, но главный критерий в признании того, что является открытием - это рыночный критерий. Имеется в виду рынок идей. Открытия можно определить, как продукцию открывателей, идеи имеют потребительскую и меновую стоимость, они являются рыночным товаром на рынке информационного товарооборота. Открытия, видимо, просто возглавляют список мыслеемких информационных товаров.

Нет списка свойств, который позволил бы отличить на 100% открытие от не-открытия. Всегда можно выделить серую зону с объектами неясной принадлежности.

Любой инженер знает, что любой детектор дает 2 рода ошибок - ложные срабатывания и пропуск сигнала, и что идеальных детекторов не существует. Попытка уменьшить ложные срабатывания приведет к росту пропусков сигнала и наоборот. Поэтому речь может идти только о регулировке, оптимизации и т.д.

Строить идеальные определения - это тоже самое, что и строить вечный двигатель. Постройка работающих определений требует ясного понимания - что мы приобретаем и теряем с каждым конкретным условием.

Я не ставил себе задачу исчерпывающе определить - что такое открытие. Задача была в другом - на примерах того, что общепринято называть открытиями, выявить такие свойства, которые являются на сегодня главными, существенными, необходимыми для открывателей и пользователей их продукции.

А зачем нужно было такое определение, какое приведено в этой работе? А затем, чтобы при формировании поискового поля не упустить ни свойства-параметры явлений, ни свойства-параметры теорий. Причем - во взаимодействии и того и другого. Во всех других случаях поле будет менее полным.

Определение полного открытия, данное в этой статье, опровергнуть весьма просто - достаточно привести пример признанного открытия, которое не является комплексным - т.е. оно включает либо только явление(ия) либо только теорию(ии). Может быть Вам удастся? Был бы очень признателен за пару примеров.

Тем самым данная работа подпадает под критерий фальсификации Карла Поппера, что успокаивающе действует на автора.

Нужно только учесть, что практически каждое открытие проходит вначале стадию неполноты - но конечный результат вполне однозначен. Поэтому для проверки нужно выбирать теорию, проверенную временем.

В качестве примера незавершенного открытия можно привести пример кварковой гипотезы - собственно кварки как явление пока не обнаружены. Думаю, Нобелевская премия авторам кварковой гипотезы пока не грозит. Другими словами - эта гипотеза открытием пока не признана. Полагаю, именно в силу своей неполноты.

6. 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].

Понять, группировать и отображать явления проще, чем закономерности. Сделанные открытия или эксперименты-пробы-попытки проще отобразить, чем несделанные. Поэтому в первую очередь отображались поля уже исследованные, и содержат они, главным образом, явления, а не теории.

7. 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.

Справка о реликтовом излучении.

Из работ Г.Гамова, Р.Альфера и Р.Хермана 1948 года следовало: если теория горячей Вселенной предсказывает возникновение 30% гелия и 70% водорода как основных химических элементов природы, то современная Вселенная неизбежно должна быть заполнена остатком («реликтом») первобытного горячего излучения, причем современная температура этого реликтового излучения должна быть около 5 K. См. Р.Теллер [22] .

Реликтовое излучение было открыто совершенно случайно в 1965 радиофизиками из американской компании «Белл» Р. Уилсоном и А. Пензиасом, награжденными в 1978 Нобелевской премией. Гамов, Альферов и Херман в список награжденных не включены, что несправедливо.

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 соответственно.

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.

Вот описание объекта, взятое с сайта http://www.atlasaerospace.net/newsi-r.htm?id=4143. Статья называется “Микроквазар SS 433 - гигантский космический “штопор» в созвездии Орла. Опубликована 4 ноября 2004 г. текст: Е. Волынкина. (по материалам Spaceflight Now)

<Начало цитаты>

Это подробное изображение микроквазара SS 433 было получено на основе наблюдений, проведенных большим радиотелескопом VLA. Этот микроквазар находится на расстоянии 18 тыс. световых лет от Земли в направлении созвездия Орла. На этом снимке довольно хорошо видна траектория субатомных частиц, которые разлетаются из ядра микроквазара. Траектория эта имеет форму двойного штопора (эта расширяющаяся двойная спираль для наглядности проведена на черно-белой версии снимка ниже).

SS 433 - это нейтронная звезда или черная дыра, вокруг которой вращается ее «нормальная» звезда-компаньонка. Мощное гравитационное поле нейтронной звезды или черной дыры вытягивает частицы солнечного ветра звезды-компаньонки и закручивает их в свой аккреационный диск. Этот диск выбрасывает струи быстрых фотонов и электронов из своих полюсов со скоростью, равной четверти скорости света. Ось аккреационного диска в SS 433 описывает в пространстве конус, как у детского волчка (полный оборот она делает за 162 дня), поэтому выбрасываемые из него струи принимают форму гигантского штопора.

Правда, как показали наблюдения телескопа VLA, скорость выброса частиц из микроквазара SS 433, меняется со временем. И это, в принципе, не соответствует традиционной модели квазаров.

<Конец цитаты>

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:

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

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

Проведено ранжирование по перспективности.

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

Работа опубликована вовремя и в подходящем издании.

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!

8. 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:

Приемы обнаружения явлений,

Приемы обнаружения закономерностей,

Приемы доказательства гипотез.

В ряде работ, начиная с [1], предложены списки таких приемов. Александр Кондратьев [9] предложил свои приемы и обобщил приемы на материале работ ряда авторов: Митрофанова, Лимаренко, Альтшуллера, Кузьмина, Пургина, Злотина, Зусман, Мурашковского, Пащенко. Кондратьев приводит словарь терминов, описывающих понятия, связанные с ”производством” открытий [12].

Методы открытий зависят не только от того, какое это открытие - явление или теория. Множества открытий образуют системы научных понятий. ”Встраивание” очередного открытия в такую систему - не всегда простой процесс. Поэтому методы поиска открытий по-разному работают в зависимости от того, какое место в системе займет искомое открытие, т.е. от того - что именно мы ищем. Ю. Мурашковский [4] предложил таблицу стадий развития научных исследований, упорядочил проблемы, которые встают на пути исследователя.

Опыт показывает - все приемы индивидуальной исследовательской работы пригодны для работы с поисковыми полями, но есть и особенности их применения.

Исследовательскими приемами занимаются давно и с успехом. С точки зрения развиваемых здесь принципов каждый прием играет двойную роль - расширяет поле поиска и фильтрует (т. е. ограничивает) множество решений и гипотез. Эта двойственность - слабое место любого приема, она вносит значительный элемент случайности и ведет к тому, что приемы мешают сами себе и “самая главная гипотеза” легко может оказаться вне поля зрения исследователя.

Пример двойственности приемов.

Задача - построить поисковое поле, включающее все возможные объекты,- это само по себе прием, который часто не осознают в качестве приема. Соответственно, не осознают ограниченности этого приема и не ставят задачи - расширить поле поиска так, чтобы оно включало несуществующие, частично существующие и другие объекты.

Проблема двойственности поисковых инструментов и процессов осознана уже давно, и давно найдено ее решение.

Главный путь усиления приемов исследовательской работы - разделение этапов генерации и селекции во времени или в пространстве так, как это делается в методе “мозгового штурма”.

Из опыта практической работы следует, что один и тот же прием работает существенно по-разному в режиме генерации поля поиска и в режиме селекции объектов поля.

“Построение противоположных-комплементарных полей поиска” лучше работает на этапе генерации поля. Селекцию в таком поле лучше вести по другим признакам - например, по полезности, доступности, реализуемости или стоимости.

9. Открытия инструментальные и системные - или “ай да Мендель!”

Мне не удалось выяснить, кто раскодировал первый ген. Современный Интернет пестрит сообщениями, как будто заимствованными прямо из романа “Далекая Радуга” братьев Стругацких: “...Буллит раскодировал этот ген...”, и в них утонула информация о первопроходце. Впервые осуществил химический синтез гена Корана Хар Гобинд (Khorana, род. в 1922), американский биохимик. По происхождению индиец, с 1945 за границей, с 1960 в США. Нобелевская премия 1968 года.

Но зато мы знаем человека, который опубликовал в 1866 году первую математическую модель взаимодействия генов - это монах Грегор Мендель. Прочитав впервые в 1982 году статью Михаила Голубовского [18], я был просто потрясен потенциальной мощью метода, который применил Грегор Мендель. Пусть меня простят биологи, но метод, примененный Менделем, имеет для цивилизации большее значение, чем сами законы Менделя.

Вдумаемся - работая на грядках скромного монастырского садика с селекционными сортами гороха Грегор Мендель ухитрился выявить законы, по которым живут гены - кусочки хромосом. Гены расположены на четыре системных уровня ниже, чем те популяции гороха, которые изучал Грегор Мендель: ген-хромосома-клетка-растение-популяция.

Здесь под системным уровнем я понимаю такую систему, которая могла повлиять на результаты экспериментов. Ядро клетки не вошло в перечень потому, что у каждой клетки только одно ядро, и альтернатива слияния на уровне клеток полностью детерминирует слияние на уровне ядер клеток. А вот выбор хромосомы в процессе слияния, например X или Y, - событие, влияющее на результат скрещивания. Впрочем, еще можно спорить о влиянии материнской РНК митохондрий и фенотипа на результат скрещивания - тема открыта для обсуждения.

Мендель реально демонстрирует тот самый сверхинтеллект, который, изучив каплю воды, может вывести свойства океана.

Ясно, что современным исследователям, которые работают непосредственно с молекулами, намного проще разобраться в свойствах гена. Поэтому у обеих групп, раскодировавших геном человека, руководимых Френсисом Коллинзом и Крэгом Вентером, возникли смежные задачи - не только распознать все гены, но и задача, как из генов построить корректную модель генома. Эта последняя задача скорее инженерная, чем исследовательская. Что и было доказано достаточно быстрым ее решением.

Современный массовый поток открытий больше обусловлен прогрессом инструментов, чем развитием теории исследований. Улучшение инструментов и организации работ буквально вынудило исследователей переоткрыть законы Менделя в начале 20-го века. То, что Мендель не был забыт при этом, - это такое же чудо, как и его собственное открытие.

Есть два основных способа исследовательской работы (конечно, их можно комбинировать друг с другом):

работать непосредственно с объектом, для этого нужны соответствующие инструменты;

проникать через системные уровни, для этого нужны соответствующие методы.

Очевидно, первый способ проще для исследователя - объект принципиально наблюдаем. А вот второй способ преподносит нам сюрпризы.

Инструментальный способ широко взят на вооружение в корпоративной науке, где очень жесткие требования к выдерживанию плановых сроков и качеству результатов. Если в академической и университетской науке через два года после начала работы можно представить итоговый исследовательский отчет, то корпорация должна за тот же срок выйти на рынок с готовым продуктом - разница очевидна.

Успехи инструментального подхода настолько велики, что трудности и скромные достижения системных исследователей не слышны за громом новостей о взлетающих и спускаемых космических аппаратах, клонированных овечках и одеяло-роботах. А в тылу науки остаются белые пятна невыявленных законов тех систем, которые нельзя разъять на части и от которых все больше зависит наша жизнь, - живые и искусственные нейросети, общественные системы, сложные технические системы, сложные природные системы, хаотические системы, самоорганизующиеся системы, - живая плоть мира, в котором мы живем.

До поры до времени мы преодолеваем последствия собственного незнания за счет резервов, заложенных природой в существующие биосистемы. Но масштаб техногенных, биогенных и общественных катастроф растет неуклонно и ставит нас перед выбором:

либо мы познаем законы сложных систем, не исследуемых непосредственно инструментально;

либо срабатывают природные механизмы ограничения зарвавшегося хомо сапиенса так, как они обычно это делают - в катастрофической манере.

Каждая система порождает свои законы, определяющие ее жизнь, - эта простая мысль постепенно стала общепринятой. Но это означает, что каждый новый системный уровень маскирует законы предыдущего, создает системный шум.

Пример системной маскировки законов.

Галилей не зря кидал именно пули и пушечные ядра с Пизанской башни - попробывал бы он кидать куски дерева и листки бумаги! А в воде не помогли бы и ядра. Законы аэро- и гидродинамики могут замаскировать проявление закона тяготения.

Дело за малым - как выявлять системные законы, не разрушая сами системы? Итак, что же применил Грегор Мендель?

10. Мендель проходит сквозь системы

Подход современных инструментальных ледоколов заключается в том, чтобы сломать все мешающие системы, идти напролом через все системные препятствия к тому, чтобы извлечь нетронутым объект исследований.

Общий принцип, примененный Грегором Менделем, противоположен. По Менделю нужно стабилизировать, сохранить, заморозить, нейтрализовать все изменения в промежуточных системных уровнях и обострить, проявить конфликты в изучаемой подсистеме. В этом случае реакция всей системы в целом определяется именно изучаемой подсистемой. При этом сохраняются целостность и системные связи.

Возможно, когда-нибудь благодарные генные инженеры создадут такой памятник Грегору - два растения гороха, отличающиеся только одним геном, который определяет - быть ли горошине гладкой или перетянутой.

Увы, в распоряжении Менделя не было таких идеальных растений. И тогда исследователь применил следующие приемы.

Взяты сорта, отличающиеся друг от друга наименьшим количеством признаков. Зато эти признаки находились в состоянии антагонизма - либо горошина перетянута, либо она гладкая, третьего не дано. Либо растение низкое, либо высокое. Кожура либо белая, либо окрашенная. Цветки либо по всей длине стебля, либо верхушечно. Признаки, которыми различаются растения, должны быть либо независимы, либо на 100% коррелировать. Рекомендуется использовать всю мощь современного статистического анализа, чтобы обеспечить выбор признаков.

Обратный пример - цвет кожи человека диктуется несколькими связанными генами, поэтому может плавно варьировать между крайними состояниями. Цвет кожи человека не годится в качестве признака изучения поведения независимых генов.

В эксперименте Менделя неконтролируемые различия между растениями остались, поэтому в ход пошла статистика. А статистика требует массовости экспериментов. Попутно вводится принцип измеряемости, который очень важен в науке.

Контакты объектов должны быть под контролем - только искусственное опыление. Хорошо бы все проводить в биокамере с индивидуальной изоляцией растений, в том числе и от насекомых и вирусов, - но у Менделя не было таких возможностей.

Первый этап моделирования антагонизма не привнес неожиданностей - повальное вытеснение рецессивного признака. А вот проявление рецессивных признаков во втором поколении, да еще в устойчивой пропорции 3:1 - это явный системный переход.

Первый системный переход:

С точки зрения диалектики систем конфликтная пара признаков была достроена до полной - Мендель выяснил условия, когда признаки не только вытесняют, но и порождают друг друга. Этот момент работы является ключевым.

Второй системный переход- строится сборная система:

Некоторые признаки комбинировались незвисимо, некоторые нет:

признак признак	окраска кожуры семян	окраска белка семян	форма семян	высота растения	расположение цветков
окраска кожуры семян	сильная зависимость в форме вытеснения	слабая зависимость (гены далего друг от друга в хромосоме)	независимость	независимость	независимость
окраска белка семян	слабая зависимость (гены далего друг от друга в хромосоме)	сильная зависимость в форме вытеснения	независимость	независимость	независимость
форма семян	независимость	независимость	сильная зависимость в форме вытеснения	зависимость	зависимость
высота растения	независимость	независимость	зависимость	сильная зависимость в форме вытеснения	зависимость
расположение цветков	независимость	независимость	зависимость	зависимость	сильная зависимость в форме вытеснения
Номер хромосомы	1	1	4	4	4

Построение математической или другой формальной модели крайне желательно - в этом случае результатами может воспользоваться каждый исследователь.

Мы теперь знаем, что зависимы те признаки, которые находятся в одной хромосоме - влияет следующий за геном системный уровень. Теоретически, приняв эстафету у Менделя, следующие исследователи могли усложнить и построить генно-хромосомную модель на основе тех же опытов. Увы, прямой эстафетный метод сработал в свойственной ему манере - востребованность открытия Менделя была отложена на 40 лет.

Мендель опустил в своей работе результаты, свидетельствующие о зависимости признаков. Возможно, если бы ему удалось построить более полную модель, то неудача с экспериментами на другом виде растений обернулась бы удачей - связанные признаки перестали бы быть помехой. Нобелевскую премию дают только живым исследователям. У Грегора Менделя шансы получить Нобелевскую были невелики.

11. Системный метод - Золушка науки

Результаты, полученные инструментальным методом, гораздо нагляднее, чем результаты анализа поведения пирамиды систем. Чем более развита наука, тем жестче требования к результатам, тем труднее получить признание без инструментального подтверждения и прямых экспериментов с объектом исследования.

В 1983 году, через 32 года после опубликования открытия явления прыгающих генов, Барбара МакКлинток была награждена Нобелевской премией после подтверждения ее цитологических экспериментов [19] генно-инженерными методами.

Дмитрий Менделеев, применив системный метод для построения периодической таблицы химических элементов, Нобелевской премии так и не получил. Не помогло и долгожительство, и признание: разрыв между инструментальным и системным подходами оказался слишком велик.

Таких примеров достаточно много. Некоторые выглядят исключениями - например, достаточно быстрое признание работ Альберта Эйнштейна по релятивистской физике. Первая работа Эйнштейна “К электродинамике движущихся тел” появилась в 1905 году. В 1909 году появляется целый поток работ по теории относительности. В 1922 г. Нобелевский комитет присудил-таки Эйнштейну премию, но отнюдь не за теорию относительности. Формулировка была: «За открытие закона фотоэлектрического эффекта и за работы в области теоретической физики»!

Можно констатировать, что системный подход сильно отстает в своем развитии от инструментального. Его перевод в индустриальное состояние крайне важен в наше время.

Как же быть? (А также «с чего начать», «что делать» и «кто виноват»- чтите традиции. Хи-хи. Ирина Ямайкина)

В 1984 году, вдохновленный примером Грегора Менделя (поскольку более современных примеров для подражания не нашлось. Хи-хи. ИЯ), я доложил на Новосибирской конференции по ТРИЗ работу под названием “Алгоритм исследования систем (АИС)”. АИС содержит 11 этапов-шагов и предназначен для выявления законов систем путем проникания через системные уровни. АИС широко не публиковался, массово не испытывался и в жизни самого автора сыграл роль инструмента всего несколько раз. Т.е. АИС на сегодня - это скорее концепция, чем инструмент. Но концепция, как мне представляется, конструктивная.

Реализуя эту концепцию, автор построил несколько программ анализа данных, которые можно отнести к средствам “data mining” - инструментам и методам извлечения знаний из данных. Одна из этих программ удовлетворительно функционировала в промышленном режиме. По результатам тестирования были определены области задач, в которых программы хорошо работали, а также их недостатки. Работа в этом направлении продолжается.

Разбор достижений в области “data mining” выходит за рамки данной работы, но можно констатировать рост числа работ в этой области, накопление потенциала, и прогнозировать, что вскоре неизбежно произойдет прорыв и экспоненциальный рост распространения программ и методов автоматического анализа информации и извлечения знаний.

12. Принцип третьего полушария или отдадим компьютеру - компьютерово

У читателя может создаться впечатление, что постиндустриальные проекты доступны только большим коллективам и при использовании мощных компьютеров. Это совершенно не так. Главное здесь, как это было всегда, изменение образа мышления, выработка навыков работать целыми блоками задач, объектов и решений. Конечно, компьютер позволяет работать в полях поиска эффективнее, чем делать это вручную и на бумаге. Но машина и сейчас не может полностью заменить человека. Как и 35 лет назад, когда я начинал свой путь программиста, компьютер - все та же тупая железка, не способная к самообучению и адекватному ориентированию в меняющейся среде. По-прежнему машине нужно все разжевывать в виде данных и алгоритмов.

Один из крупных недостатков мышления человека в том, что он с трудом придумывает что-то новое, если не на что опереться, если нет явного прототипа.

Как компенсировать недостатки мышления, присущие нам от природы, а также недостатки наших инструментов? Давайте рассмотрим это на примере.

Как-то встала задача подобрать название сайта фирмы: короткого, звучного, запоминающегося и не вызывающего сомнительных ассоциаций. Ну и, конечно, это название должно быть свободно. Незанятость одного названия проверить просто через интернет - есть регистрационные сайты, которые помогают в этом.

Обсуждение и конкурс среди 30 человек не дал удовлетворительных результатов. Обычно человек ищет по ассоциации с известными ему словами, названиями, а затем проверяет - не занято ли уже кем-то предлагаемое имя? Процесс трудоемкий, случайный, малопроизводительный и не дает гарантии результата - это малоорганизованный метод проб и ошибок во всей своей красе. Что делать? Требовалось уйти от любительства и кардинально менять подход. Была принята следующая программа действий:

Шаг 1: Формулируем идею поля поиска: нам нужно найти ВСЕ незанятые имена, которые удовлетворяют нашим требованиям.

Шаг 2: Справочные сайты отвечают только на один запрос за один раз.

Шаг 3: Генерируем ВСЕ возможные сочетания букв, потенциально подходящие в роли названия сайта.

Шаг 4: Пишем программу, которая опрашивает справочные сайты. На языке Perl программа занимает десяток - другой строк. Получаем список допустимых названий. Через неделю получаем список не занятых имен.

Шаг 5: Повторяем конкурс, но предоставляем участникам списки допустимых названий. Операция отбора для человека гораздо легче и производительнее, чем генерация.

На шаге 4 выяснилось, что имена из одного, двух и трёх символов заняты все. Из 4х символьных имен заняты 60%, и т. д. Тем самым был сразу исключен мощный источник неудачных попыток, работа стала намного результативнее.

Можно сказать, что, благодаря своим сильным сторонам, компьютер сыграл роль третьего полушария - просеял данные и подготовил материал для естественного интеллекта. Практика показывает, что основным ограничением в этом способе является уровень развитости и освоения программного обеспечения:

MS-Excel позволяет работать с массивами данный в десятки тысяч единиц и для этого нужны минимальные навыки.

Владение программированием в языках Perl, Basic, C++ и т. п. позволяет поднять потолок до десятков миллионов на одном персональном компьютере.

Умение вести распределенную работу в сетях и/или использование серверов и баз данных типа Oracle позволяет обрабатывать миллиарды единиц данных.

Как уже говорилось, суперкомпьютеры открывают дорогу к триллионам объектов и терабайтам данных.

И все же главное в этом алгоритме - шаг 1.

Заметно, что как профессиональный программист я тяготею к использованию компьютеров. Но для работы с полями поиска не обязательно быть профессиональным программистом.

С большим успехом в разных задачах можно использовать математику, лингвистику, физику, любую науку, позволяющую оперировать множествами объектов, законов, свойств, вариантов. Есть из чего выбирать.

Например, для новичка в маркетинге откровением звучит мысль, что нужно работать со скоплениями и потоками потенциальных клиентов, а такие потоки есть всегда, - и компьютеры не обязательны. Профессионал на такое откровение только улыбнется - для него это очевидно. Желаю вам улыбаться чаще.

Заключение. Обреченные на прогресс

...быть обреченным даже на любовь самой славной девушки в мире...

тоже, оказывается, может быть крайне неприятно.

А. и Б. Стругацкие «Понедельник начинается в субботу»

Как себя чувствует человек, обреченный на брак с самой-самым желанным партнером, если у него нет выбора? У меня ощущение, что мы все сейчас в таком положении - мы обречены на прогресс. В этом положении народная мудрость рекомендует постараться получить удовольствие.

Выше по тексту задавался вопрос - может ли естественный интеллект успеть за техническим прогрессом? Мой ответ - безусловное “да”. Природа и социум закладывают в нас грандиозные резервы. Это означает, что перспективы прожить интересную личную творческую жизнь по-прежнему благоприятны. Поводы для оптимизма дети нашей цивилизации находили всегда.

Кстати о цивилизации.

Наиболее емкое определение цивилизации, которое я встретил, высказал Роджера Желязны, фантаст, гуманитарий, энциклопедист, писатель. По Роджеру цивилизация - это искусство жить в городах. Но города - это только одно (правда комплексное) проявление более общего закона - закона переноса функций с человека на технику, переноса функций (и затрат) с более интеллектуальной системы на менее интеллектуальную.

Перенос функций есть и в природе: все паразиты есть живое олицетворение этого - они отказываются сами реализовывать функции и пользуются чужим исполнением. Паразиты переносят затраты с себя на хозяина вместе с реализацией функций.

В природе для такого переноса используются уже существующие системы. Человек же вначале искусственно создает систему, а потом она, система, начинает заменять автора. И именно здесь начинается, и продолжается, цивилизация. И этим мы отличаемся от обычных природных паразитов - а именно, креативным потенциалом.

(Большинство человечества, не обладающее креативным потенциалом и даже не представляющее, с чем его едят, не осознавая происхождения ресурсов, паразитирует на интеллектуальной продукции меньшинства с креативным потенциалом и не испытывает при этом ни капельки благодарности - вот что такое цивилизация. От имени меньшинства, хи-хи, Ирина Ямайкина)

Мысль о последовательном и неизбежном вытеснении человека из сфер его деятельности была впервые высказана, видимо, Г. С. Альтшуллером и постепенно становится общепринятой. Человек последовательно вытесняется из сфер: исполнительные механизмы, источники энергии, трансмиссии, управляющие органы, проектировщики, алгоритмисты, исследователи, открыватели, мыслители.

Парадоксальная формулировка ”задача науки - это прекращение мышления” (формулировка Сергея В. Сычева, 2003, http://www.triz-ri.ru/forum/mess.asp?thr=18071&cat=67&vtk=18171) оживленно обсуждалась в интернете. А что дальше? Светлое будущее морлоков, как это описано в “Машине времени” Герберта Уэллса? Надеюсь, что нет.

В литературе высказывалось мнение, что в процессе эволюции человек, человечество приобретают божественные возможности. На моей памяти никто не задал простой вопрос - может ли бог (или Бог) мыслить, быть разумным в нашем понимании? Атеисты не спрашивают потому, что считают, что не о ком спрашивать. У верующих есть другие причины. На этот вопрос у меня есть хороший ответ: может не посчитать нужным. Почему? Потому, что, видимо, есть более мощные способы решать и предотвращать проблемы, чем те, о которых мы знаем. Известные нам типы разумности основаны на выявлении и использовании закономерностей. Если мир устроен сложнее, то, чтобы его постичь, разум нашего типа, видимо, неадекватен. Но ведь с чего-то нужно начать? Открытия для этого - прекрасный полигон для развития.

Один из аспектов развития проявляется в том, что процесс совершения открытия постепенно превращается в инженерный, управляемый процесс. Роль случайности, решающая при открытии пенициллина, заменяется неизбежностью. Ответ на извечный вопрос “можно ли планировать открытия?” кажется вполне очевидным для автора этой статьи. Можно - на какое-то количество процентов, и процент этот растет.

Как компьютерщик с 35-летним стажем я не могу не задаться вопросом: как скоро, какими темпами, этапами будет идти перенос способности делать открытия с человека на информационные системы?

Мой опыт говорит - будет вереница прорывов, каждый из которых произойдет неожиданно и разовьется по экспоненте - как это произошло с антибиотиками, компьютерами, Интернетом, генной инженерией, с космическими технологиями. Но готовиться нужно сегодня - надеюсь, данная статья этому поможет.

И все же, как много еще предстоит сделать. Удачи нам всем!

...