Как хранить универсальный растворитель

Задача N 1. Уже будучи известным, американский изобретатель Томас Эдисон организовал изобретательскую лабораторию. При приеме на работу новых сотрудников он лично беседовал с каждым. Его интересовали идеи, творческие планы новичков.

Однажды к Эдисону пришел очередной кандидат. Он мечтал изобрести универсальный растворитель. Эдисон внимательно выслушал его и улыбнулся: "Если ваша жидкость будет растворять абсолютно все, в чем же она будет храниться?!" Незадачливый изобретатель растерянно промолчал. Да и сам Эдисон не нашелся, что предложить.

Допустим, универсальный растворитель создан. Как его хранить? Что бы вы посоветовали Эдисону?

 

Алмазные этюды: На пороге пути

Пора объяснить, что происходило в тот весенний день на карнизе окна: в детском изобретательском клубе …
"Эврика" шло испытание камеры для получения высоких давлений главной части установки для синтеза искусственных алмазов.

Несколько лет ребята занимались в "Эврике". Они знакомились с основами теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), учились решать изобретательские задачи типа приведенной выше, развивали свое воображение, знакомились с биографиями творцов науки и техники. Вообще все шло так, какбыло задумано при организации клуба. И все же у руководителей клуба постепенно накапливалась неудовлетворенность происходящим. Нет, ребята блестяще решали самые каверзные изобретательские (творческие) задачи, над которыми в свое время немало пришлось помучиться взрослым изобретателям. И с воображением, кажется, все в порядке. Беспокоило другое… Начинали занятия с уверенностью в том, что для открытиясвоего таланта, по крайней мере в технике, достаточно научить ребят основам ТРИЗ. И вот, после нескольких лет занятий пришли к парадоксальному для нас выводу: умение решать творческие задачи это отнюдь не все, что необходимо для становления творческой личности. Нужно воспитывать целый комплекс творческих качеств. Каких?

К этому времени мы познакомились с материалами исследований автора ТРИЗ писателя-фантаста Г.С.Альтшуллера и инженера И.М.Верткина по проблеме творческой личности: шесть качеств творческой личности, "Жизненная стратегия творческой личности". Все это давало определенные ориентиры, но оставалось неясным, как конкретно воплотить это на практике. Само по себе знание о таких творческих качествах, как, например, наличие Достойной Цели или высокая работоспособность, ничем не стимулирует потребности в развитии личности. Нужен какой-то новый подход.

Постепенно мы пришли к выводу, что эти качества человек может обрести только путем самовоспитания, только в процессе целенаправленной творческой деятельности. И тут, в поисках выхода, появилась идея эксперимента "Алмаз".

В процессе работы складывалось понимание механизма вхождения в творчество, а вместе с ним пришло убеждение, что этот путь доступен каждому! Считаете ли вы себя способным стать творцом науки и техники? Обычно ответом на такой вопрос бывает неуверенное пожатие плечами. Летчик, врач, моряк и т.д. это ясно и понятно. А творческая личность?.. В школе этому не учат. И, вообще, говорят, для этого нужны особые способности. Наш опыт показывает: "невозможное" возможно! Каждый может и должен поверить в свои силы и… открыть в себе талант! И тогда… Кто знает, каких высот способен достичь человек, если берется за дело с желанием и интересом.

Если же выбор в пользу творчества уже сделан, то знакомство с этой книгой, автор надеется, укрепит его, поможет лучше понять себя, развить необходимые творческие качества, и, что не менее важно, избежать некоторых типовых трудностей, с которыми сталкиваются начинающие изобретатели и исследователи.

 

Секрет творческой жизни

Как человек входит в мир творчества и становится творческой личностью? Каков этот путь? Так ли он таинственен и недоступен, как это часто утверждают? С чем приходится сталкиваться на этом пути? Попробуем разобраться на примерах.

В двадцать два года поручик Киевской саперной бригады Павел Николаевич Яблочков вышел в отставку, горя желанием заняться телеграфным делом одной из самых привлекательныхтехнических новинок того времени. Он подал прошение начальнику телеграфа Московско-Курской железной дороги, и после непродолжительной стажировки был назначен начальником телеграфа на забытый богом полустанок.

Служебных забот на новом месте мало. Яблочков в свободное время углубляет свои знания по телеграфному делу, пытается усовершенствовать телеграф, много экспериментирует и через это увлечение выходит на необходимость серьезного изучения физики ведь техническое творчество невозможно без знаний. И здесь он натолкнулся на считавшуюся очень трудной задачу, решение которой сделало его впоследствии знаменитым: немало изобретателей безуспешно пыталось использовать электрическую дугу для освещения.

Задача N 2. Дуговые светильники обладали серьезным недостатком: по мере горения дуги угольные электроды выгорали, укорачивались, зазор между ними увеличивался, и дуга гасла. Приходилось сближать электроды вручную. Существовали также светильники, в которых электроды, по мере выгорания, сближались автоматически. Но они были сложны и ненадежны. Какобеспечить между электродами одинаковое расстояние?

Попробуйте и вы, читатель, предложить простейшую конструкцию дугового светильника, состоящего только из пары электродов и способного работать без вмешательства со стороны человека или автоматики.

Яблочков переключился с телеграфа на "ламповую" проблему и много экспериментировал с дугой. Ему хотелось полностью избавиться от регулировки зазора и добиться длительной работы светильника.

Первоначально он придумал особую схему подключения дуговых светильников к источнику электрического тока. Время работы светильника увеличилось, но ценой увеличения количествапар электродов.

Несмотря на это, первые успехи убедили его в возможности решения задачи. Изобретатель продолжает упорно работать над проблемой. Он окончательно порывает с телеграфом и переезжает в Москву, где на собственные деньги продолжает эксперименты.

Кончаются деньги. Изобретатель, через несколько лет подаривший человечеству первую в мире систему городского электроосвещения, бежит от кредиторов в Париж!

К этому времени приходит понимание бессмысленности усовершенствования многоэлектродного светильника, и он начинает работать над конструкцией с одной парой электродов.

Тогда-то он и столкнулся с двумя взаимоисключающими требованиями: зазор между электродами должен быть неизменным, чтобы дуга не гасла, но зазор между неподвижными электродами неизбежно увеличивается по мере их выгорания.

Наконец в 1876 году Яблочкову удалось найти изящное решение проблемы. Идея состояла в том, чтобы расположить электроды параллельно друг другу, разделив их изолирующей прослойкой из каолина. По мере горения дуги электроды и прослойка выгорали, укорачивались, а зазор все время оставался постоянным!

Парижская публика, очарованная ярким и равномерным светом нового дугового светильника, нарекла изобретение Яблочкова "Русским светом". Первые "электрические свечи" были установлены в крупнейшем парижском магазине "Лувр". Затем их охотно стали использовать для освещения домов и улиц Парижа. В 1879 году "Русский свет" загорелся в Лондоне. Популярность изобретения быстро росла. В том же году "электрические свечи" были продемонстрированы на Всемирной выставке в Париже.

С этого времени началась история современного городскогоэлектроосвещения.

 

* * *

 

На примере творческой судьбы П.Н.Яблочкова хорошо виден процесс становления творческой личности: возникла тяга к новому; шел настойчивый поиск своей области интересов, сопровождающийся конкретной самостоятельной деятельностью; возник интерес к определенной области техники (науки); велось интенсивное углубление знаний в интересующей области; началисьпопытки самостоятельно внести в нее что-то свое, новое; возник сильный интерес к конкретной проблеме из этой области; была выявлена конкретная творческая задача, скрывающейся в глубине этой проблемы. А далее начались уточнение творческой задачи и работа по ее решению.

Могут возразить: "Это одна конкретная судьба. В других случаях все может быть иначе. К тому же все это происходило свыше 100 лет назад. Сейчас все изменилось"… Справедливое возражение. Безусловно, каждая творческая судьба индивидуальна, неповторима. И все же…

Познакомимся с началом творческой судьбы нашего современника профессора, доктора технических наук Нурбея Владимировича Гулиа.

Еще школьником, движимый стремлением к новому, неизвестному, он мечтал удивить современников каким-нибудь талантливым, необычайным достижением. После неудачных попыток в музыке, в поэзии, в химии (попытки изобрести новое взрывчатое вещество были решительно пресечены соседями), в медицине (испытание одного "чудодейственного" снадобья закончилось вызовом скорой помощи), он решил испробовать себя в технике.

Заниматься моделированием в кружке, копируя "взрослую технику"? Не интересно! То ли дело вечный двигатель!

Из безуспешных попыток создать perpetuum mobile юный изобретатель извлек важнейший урок: создавать что-либо новое в технике можно только с учетом научных знаний и достижений техники.

И он всерьез занялся выбором подходящей проблемы. Хотелось, чтобы это была чрезвычайно важная для человечества"глобальная" проблема. После длительных поисков он остановился проблеме энергии важнейшей составляющей современной цивилизации. Он увидел, что эта обширная область науки и техники содержит множество проблем: получение энергии, ее передача и преобразование, накопление и хранение, утилизация энергетических "отходов" и т.д. Какую из них выбрать?

Он выбрал самое "слабое" и плохо разработанное звено энергетики накопление полученной энергии. Оказалось, что мы научились достаточно эффективно получать энергию (и даже экологически чистыми способами!), транспортировать ее с не большими потерями, а вот накапливать, хранить и бережно расходовать с трудом полученное богатство, запасать "отходы" энергии для повторного использования этого не умеем… Здесь множество задач, из которых не так уж трудно выбрать одну свою!

Так, в пятнадцать лет от обширной области интереса всей энергетики Гулиа перешел к конкретной проблеме и поставил перед собой смелую творческую Цель придумать "энергетическую капсулу", в которой можно запасти большое количество экологически чистой энергии. Причем такая капсула по своим размерам, весу и удельной энергоемкости должна превышать параметры лучших существующих накопителей, например, бензобака автомобиля. А иначе зачем тратить время на достижение Цели!? Значит надо конкретизировать Цель. С чего же начинать?

Разумеется, с изучения и осмысления опыта предшественников. И он погружается в изучение различных видов энергии и способов их аккумуляции: механические, тепловые, электрические, химические и пр. Порой пересиливая слабоволие, отказываясь от обычных для этого возраста развлечений, он ходит в библиотеку и подолгу просиживает там.

Но он не добился бы успеха, если бы ограничился одними книгами. Дома он увлеченно изготавливает макеты различных накопителей энергии, проводит их сравнительные испытания, пытается их улучшить. Один за другим отпадают кандидаты на звание "энергетической капсулы".

Этот путь дарит ему и неожиданные находки. Например, в результате попыток улучшить существующие "резиноаккумуляторы" Гулиа придумал и изготовил принципиально новое устройство, которое по запасаемой энергии в десятки раз превзошло лучшие пружинные накопители. Государственный комитет по изобретениям и открытиям признал это решение школьника настоящим взрослым изобретением.

Интуитивно Нурбей выбрал один из самых выигрышных путей выхода на творческую Цель. Но об этом мы подробно поговорим в одной из следующих глав.

Гулиа продолжал свои поиски, будучи и студентом, и по окончании института. За эти долгие годы почти все кандидаты на роль "энергетической капсулы" были отброшены. А Цель, выбранная когда-то и по прежнему манящая, не тускнела.

Как-то ему пришла мысль о том, что метеориты могут быть уникальными накопителями кинетической энергии. Но как отобрать энергию у мчащегося метеорита? А что если, метеориты привязать и заставить вращаться вокруг оси. Получится своеобразное колесо со спицами-тросами…

И тут фантастический образ стал обретать знакомые черты… обычного маховика, известного с древнейших времен и широко применяемого в технике, волчка, детской юлы.

Простейший расчет показал, что по удельной энергоемкости маховик успешно конкурирует с другими типами аккумуляторов. При этом он предельно прост и экологически чист.

Итак, после длительных поисков и промежуточных исследований Гулиа решает остановиться на наиболее перспективном в наше время варианте "энергетической капсулы", основанной на вращении маховика.

Вот тут-то и была выявлена "ключевая" творческая задача, решение которой могло приблизить к достижению поставленной Цели.

 

Задача N 3. Запас энергии в маховике зависит от скорости его вращения и массы. Но существует предел, выше которого невозможно наращивать эти параметры. Дело в том, что на вращающийся маховик действуют силы инерции, стремящиеся разорвать его и которые тем больше, чем выше скорость вращения маховика и больше его масса. Наступает предел, за которым разрывающие усилия превышают прочность самых сверхпрочных материалов, и маховик разрывается на мелкие кусочки, обладающие страшной разрушительной силой.

При большой скорости вращения запас накопленной энергии увеличивается. При этом разрывающие усилия можно уменьшить путем снижения массы маховика. Но увеличение массы при относительно меньшей скорости вращения также позволяет увеличивать энергоемкость маховика.

Итак, тяжелый маховик должен вращаться относительно медленно, а легкий быстро, но общий запас энергии примерно тот же. Если бы удалось одновременно использовать взаимоисключающие свойства тяжелого и легкого маховиков, это позволило бы еще увеличить запасаемую энергию. Как же это можно сделать?

 

Эта задача стала началом научной работы Нурбея Владимировича Гулиа. Он успешно решил ее и изобрел "супермаховик", а также сделал еще множество изобретений в области "маховичной энергетики".

Возможно, задача П.Н.Яблочкова показалась вам слишком легкой? Что ж, попробуйте свои силы на этой задаче: нужен маховик, способный накапливать энергию при высоких скоростях вращения, на которых любой материал заведомо разрушается.

 

* * *

 

Итак, разное время, разные области науки и техники, разные люди, но как много общего в их творческих путях! Анализ многих биографий исследователей и изобретателей подтверждает эту общность. Этот путь неминуем для каждого, вступающего в полную борьбы и приключений творческую жизнь. Мы еще познакомимся с особенностями этого пути. Зная их, т.е. учитывая достижения и ошибки великих творцов науки и техники, можно более успешно подготовиться к будущим схваткам с Неизвестным, целенаправлено развивать свои личные творческие качества и искать свою творческую Цель, делающую жизнь такой интересной, неповторимой и удивительной.

 

"Домашние" задачи

По-видимому, читателю, бросилась в глаза одна интересная особенность творческих задач. В них сталкиваются несовместимые, казалось бы, требования. В школе не учат решать такие задачи, но именно с ними чаще всего приходится иметь дело творческой личности. Попробуйте самостоятельно решить несколько несложных задач: путь в творчество начинается с малого.

Сначала подумайте, какие несовместимые требования могут содержать эти задачи. Затем постарайтесь решить их так, чтобы ваши решения удовлетворяли обоим требованиям.

 

Задача N 4. После переезда в новую квартиру приходится сверлить множество отверстий в стенах, чтобы подвесить настенные шкафы, книжные полки и т.д. При сверлении из отверстия вылетает мелкая пыль. Отмыть от нее полы нелегко, да и хлопотно. Как обойтись без этого? То есть необходимо, чтобы и отверстия сверлились по-прежнему, и при этом полы оставались чистыми.

 

Задача N 5. Нелегко ручной пилой ровно обрезать торец толстого деревянного бруса или бревна. Обычно линию будущего реза предварительно обводят карандашом. Но требуется немалая сноровка, чтобы придерживаться этой линии. Пила все время норовит повернуть в сторону, и рез получается косым. Усовершенствуйте способ пиления, чтобы любой новичок без труда мог ровно обрезать торец бруса. Способ должен быть предельно простым. Ваши предложения?

 

Задача N 6. Приготовление настоящей каши искусство, доступное, увы, не каждому. Налил в кастрюлю воды больше положенного, и, вместо рассыпчатой каши получится жидкая размазня. Недолил воды, и получается "сухая", недоваренная каша. Требуется усовершенствовать способ приготовления так, чтобы любой неопытный повар мог сварить отличную кашу. Как быть?

 

Без права на ошибку

Мир творчества в науке и технике, конечно же, не так прост и однозначен, как это может показаться из нашего беглого изложения двух первых творческих судеб.

Работы П.Н.Яблочкова и Н.В.Гулиа хотя и получили признание среди специалистов, но такое признание очень часто дается нелегко. Так, по словам Н.В.Гулиа, ему "понадобились годы опытов, доказательств, выступлений для того, чтобы преодолеть предубеждение скептиков чтобы в супермаховик поверили".

История науки и техники знает много случаев, когда человек становился незаурядной творческой личностью, а его работы не получали признания или вовсе забывались!

Вот пример творческой судьбы талантливого шотландского химика Джеймса Хэннея, попытавшегося в конце XIX века синтезировать искусственные алмазы! История эта закончилась трагически. Никто не поверил его успешным опытам! Глубоко уязвленный непониманием коллег, он полностью прекратил занятия наукой и окончил свои дни в психиатрической больнице.

А началось все в 1797 году, когда английский химик С.Теннант произвел поистине королевский опыт сжег алмаз в закрытом золотом сосуде, чем экспериментально доказал, что алмаз является прямым родственником графита и печной сажи.

Вскоре ученые предположили, что алмазы образуются при высоких давлениях и температурах. Первые серьезные эксперименты по синтезу алмазов произвел русский ученый В.Н.Каразин в 1823 году, но они окончились неудачей. С этого момента началась захватывающая 130-летняя история попыток синтезировать алмазы.

Основатель физики высоких давлений, лауреат Нобелевской премии П.У.Бриджмен как-то заметил по поводу этой истории: "Попытки добиться успеха в этой захватывающей проблеме обнажили весь спектр человечества: люди, от блестящих ученых до откровенных шарлатанов и жуликов, дарили ей свой ум и страсти".

Вот в такой атмосфере начинал Джеймс Хэнней свои удивительные эксперименты.

Химией он увлекся еще в детстве, когда помогал взрослым делать фейерверки. Начал читать книги по химии, проводить опыты в домашней лаборатории. В 17 лет Джеймс поступил работать на Шоуфилдский химический завод в Глазго. Уже через год, в 1873 году он опубликовал первые шесть научных статей по химическому анализу. В 21 год Хэннея избирают членом Королевского общества, и он поступает в колледж.

С 1877 года подающий большие надежды молодой ученый начал публиковать свои наиболее важные научные работы.

И вдруг, неожиданно для всех, в 1879 году оставил должность ассистента в Манчестерском колледже, организовал за свой счет небольшую лабораторию и начал упорные поиски способа синтеза алмазов. Что побудило его на этот шаг?!

Оказывается, проводя в 1878-1879 гг. серию экспериментов по изучению взаимодействия щелочных металлов с органическими соединениями, он обратил внимание на выделение чистого углерода в виде блестящих чешуек графита. А не может ли углерод выделяться в виде алмаза?! задал себе он роковой вопрос.

В сентябре 1879 года, после многочисленных неудачных опытов, Хэнней разработал очередную методику эксперимента. В

закрытую с одной стороны стальную трубу заливали смесь из 90% парафина, 10% костяного масла и нескольких граммов лития. Открытый конец трубы наглухо заковывался, и трубу укладывали в печь. Там она нагревалась до красного каления и выдерживалась при такой температуре 14 часов. Давление в трубе поднималось до 2000 атмосфер. Затем трубу медленно охлаждали и извлекали из нее черную спекшуюся массу. Если идея верна, то в ней должны обнаружиться синтезированные алмазы.

Несовершенная техника того времени превращала идею эксперимента в задачу за гранью возможного. Чего стоило только предотвращение выкипания смеси при заковывании раскаленного до бела конца трубы!.. Трубы почти непрерывно взрывались. Приходилось заново перекладывать печь! Эксперименты быстро подтачивали и без того небольшое состояние химика. Не смотря на все трудности, Хэнней продолжал работать.

Во время 63-го эксперимента в печь положили пять снаряженных труб. Две из них скоро взорвались, затем взорвались еще две. Но последняя труба выдержала длительный нагрев. После медленного охлаждения ее вскрыли, Хэнней принялся под микроскопом изучать содержимое.

И вот блеснуло несколько маленьких прозрачных кристалликов. Это было чудо! Оказалось, что они царапали даже твердый сапфир. Неужели опыт удался?!

Окрыленный долгожданным первым успехом, Хэнней провел еще 17 экспериментов. Только в двух из них трубы уцелели, и в них снова образовались мелкие прозрачные кристаллики. Несомненно, Хэнней продолжал бы эксперименты, но кончились деньги. Изучение полученных кристалликов показало, что они на 98% состоят из углерода, имеют плотность 3,5 и очень высокую

твердость. Хэнней отбросил последние сомнения: получены искусственные алмазы!

В феврале 1880 года в трудах Королевского общества была опубликована его статью с описанием экспериментов. Полученные алмазы он передал на независимое исследование хранителю минералов Британского музея естественной истории, профессору М.Стори-Мэксилайну. Тот подтвердил правильность выводов и опубликовал результаты своих исследований вместе с сообщением об экспериментах Хэннея в газете "Таймс".

Научный мир воспринял сообщение Хэннея крайне скептически: по представлениям того времени алмазы не могли образовываться при столь низких давлениях и температурах, не удались и попытки повторить сложные эксперименты. Кое-кто счел Хэннея шарлатаном, но большинство, зная о его высокой научной добросовестности, решили, что он ошибся и принял желаемое за действительное. На несколько десятилетий об уникальных экспериментах… забыли.

В 1943 году о них снова вспомнили при очень интересных обстоятельствах. Исследователи Ф.А.Баннистер и К.Лонсдейл, работая в Британском музее, увидели в минералогической коллекции экспозицию под названием "Алмазы Хэннея". Любопытства ради они провели рентгеновский анализ всех образцов. Результаты ошеломили: одиннадцать из двенадцати кристалликов оказались настоящими алмазами. Причем они относились к крайне редкой второй группе (ювелирные алмазы высокого качества).

Кое-кто подозревал, что ради желания прославиться Хэнней раздробил на мелкие осколки редкий бриллиант. Но те, кто знал его а среди его близких друзей были такие известные химики, как Уильям Рамсей, не допускали и малейших сомне-

ний в честности Хэннея. Кроме того, сегодняшние знания о фазовых переходах углерода позволяют предположить, что в условиях эксперимента Хэннея возможно образование алмазов.

Итак, вероятно, именно Джеймс Хэнней впервые получил искусственные алмазы, причем высшего, ювелирного качества. Понадобилось почти сто лет, чтобы повторно синтезировать искусственные алмазы высшего качества, способные конкурировать с природными ювелирными.

 

* * *

 

Эта история наводит на недоуменные размышления: почему уникальный взлет человеческого гения и упорства остался в забвении, в то время как не менее (но и не более!) удивительные и ошеломляющие работы современников Хэннея, такие как фонограф Т.Эдисона, радио А.С.Попова и т.п., были оценены по достоинству? В чем состояла ошибка Хэннея? Мог ли он избежать столь несчастной судьбы?..

Выходит, что недостаточно открыть свой талант и развивать творческие качества они могут так и остаться "холостыми патронами". Необходимо умение безошибочно ориентироваться в сложном мире науки и техники, правильно прокладывать свой творческий путь.

Встречаясь с ребятами в "Эврике", мы не раз задумывались, как важно все это знать школьникам, стоящим на пороге выбора жизненного пути. Такой опыт приходит в процессе многолетней творческой работы. Но у ребят-то его и нет! В связи с этим вспоминается откровенное и немного грустное признание знаменитого канадского биолога Ганса Селье: "Одно могу сказать с уверенностью: если бы в начале своей карьеры я знал все, до чего мне пришлось доходить методом проб и ошибок (боюсь в основном ошибок), это оказало бы мне громадную помощь".

Перенестись бы на Машине Времени в прошлое, прожить там лет тридцать, а затем, умудренному жизненным опытом, вернуться в свое время и начать все сначала! Но Машины Времени у нас нет: ее изобретатель, великий писатель-фантаст Герберт Уэллс не раскрыл нам свои секреты.

Можно ли обойтись без нее? Пусть Машину Времени заменит коллективный опыт выдающихся творческих личностей!

Автор этой книги предлагает читателю отправиться в это необычное "путешествие во времени", и попытаться совершить "невозможное" открыть в себе талант. Впрочем, почему невозможное?! Именно возможное! Читатель сможет убедиться в этом не только на примерах выдающихся творческих личностей, но и на, пока еще скромном, но подающем некоторые надежды, опыте своих сверстников.

И если вы выберите путь творчества в науке и технике, то автор с уверенностью берется утверждать, что впереди вас ждут встречи с удивительными людьми, интересная, яркая жизнь, насыщенная событиями и захватывающими приключениями "приключениями мысли" по известному образному выражению.

В творчестве нет места однообразию и скуке!

 

* * *

 

Попытки самостоятельного решения нескольких творческих задач помогут вам получить представление о приключениях мысли и не бойтесь начать, не огорчайтесь неудачами!

 

Задача N 7. Один из древнейших портов цивилизации долины Инда порт Лотхал (III тыс. лет до н.э.) был расположен на северо-западном побережье Индии. В этом месте высота приливов достигает 9 метров! Во время отлива порт оказывался далеко на суше. За время прилива суда просто не могли успеть войти в порт, разгрузить товары, погрузить новые и снова выйти в море. Как же мог работать оживленный морской порт в подобных условиях? Древние строители нашли простое решение, а вы сможете?

 

Задача N 8. Известного исследователя творчества Эдварда Де Боно однажды попросили придумать новый дверной замок автомобиля, позволяющий защитить его от угонщиков без специальных противоугонных устройств. Решение задачи Де Боно начал с формулирования требований к такому замку: если бы его невозможно было открыть ни одной отмычкой, то противоугонные свойства автомобиля заметно бы улучшились без дополнительных сложных устройств. Что бы вы могли предложить? Подумайте над идеей простого и безотказного "неоткрываемого" замка.

 

Задача N 9. Ученые выяснили, что молекула ДНК носитель генетической программы, по которой строится и развивается живой организм, должна удовлетворять противоположным требованиям. Она должна быть стабильной, устойчивой к различным воздействиям, чтобы надежно хранить наследственную информацию в течение длительного времени. Но она же должна быть нестабильной, легко растворяющейся в воде, чтобы доставлять программу к частям клетки, ответственным за синтез белка. В то же время известно, что молекулы ДНК, обладают очень высокой стабильностью. Как же тогда происходит доставка программы в нужное место клетки?!

 

Задача N 10. При разработке проекта современного пассажирского парусного судна конструкторы столкнулись с трудной проблемой. На палубе необходимо разместить многоэтажные палубные надстройки с каютами, чтобы обеспечить пассажирам современный комфорт. Но в классическом паруснике там должны располагаться мачты с парусами. Куда же их разместить? Не громоздить же поверх надстроек: судно будет малоостойчивым и некрасивым. Что бы вы могли посоветовать конструкторам?

 

Задача N 11. Еще будучи студентом знаменитый американский физик Р.Вуд занялся измерениями температуры внутри газоразрядной трубки. И здесь он столкнулся с трудной проблемой. Сквозь отверстие внутрь стеклянной трубки должны входить и свободно перемещаться провода, соединенные с электрическим датчиком температуры. Но при этом в трубке должно сохраняться пониженное давление газа.

Представьте себе дверь в комнату, через которую свободно проходит человек, а внутрь не может просочиться ни одна молекула воздуха! Примерно такая задача возникла перед Вудом. Вакуумные уплотнения того времени не обеспечивали этих условий. Требуется "непроницаемое" отверстие. Ваши предложения?

 

 

ГЛАВА 2 ПРИКЛЮЧЕНИЯ МЫСЛИ

 

"Разведчики будущего"

 

В далекие времена наместники фараонов в Верхнем Египте на границе со страной Нуб обычно возглавляли экспедиции вглубь огромного континента. Мир древних египтян был ограничен узкой полоской земли, окруженной пустынями, и каждая экспедиция расширяла горизонты познания окружающего мира. На пути в неведомое их ожидали опасности и множество удивительных открытий. То была жизнь первопроходцев суровая, но приносившая огромную радость открытия нового. Недаром эти люди гордо именовали себя "заведующими всем, что есть и чего нет".

Такой должности сегодня нет, но было бы жаль, если бы человеку уже ничего не осталось открывать. К счастью область незнания не исчезла, а сместилась в другую сферу. Ведь современные творцы науки и техники также идут впереди и прокладывают дорогу в будущее для всего человечества, расширяя горизонты познания и создавая технику будущего. Они идут, ведомые неукротимым стремлением узнать "все, что есть", но особенно то, "чего еще нет". И на этом пути их ожидают самые невероятные приключения мысли, требующие не меньшей силы духа и настойчивости, чем от древних землепроходцев.

 

За гранью возможного

Когда Роберт Вуд учился на первом курсе Гарвардского университета, геологию там преподавал известный ученый, профессор Шалер. Однажды тот рассказал об идее давно мучившей его загадки: как в ледниковый период, не оставляя заметных следов на поверхности земли, передвигались огромные ледники? По его мнению, огромный вес ледника создавал у поверхности земли такие большие давления, что соприкасавшийся с ней лед плавился. Ледник легко скользил на "водяной" смазке.

Все поверили в гипотезу, а Вуд начал отчаянно спорить с профессором. Он был убежден в ошибке профессора, но не мог его переубедить: ведь никто точно не знал, что происходит со льдом при высоких давлениях. Это задело Вуда. И тогда он решил провести эксперимент, который бы смог подтвердить или опровергнуть мнение маститого ученого.

В большом чугунном брусе высверлили отверстие. Вода наливалась в образовавшуюся камеру и замораживалась. Сверху в отверстие вставлялся стальной цилиндр, через который мощный гидравлический пресс сжимал лед. В замкнутом объеме развивалось давление, превышающее предсказанное Шалером. Все просто, если бы не…

 

Задача N 12. Сквозь чугунный брус не видно, что происходит со льдом при высоком давлении. Если даже допустить, что лед расплавится, то все равно, как только пресс выключат, он снова затвердеет. А как же тогда доказать плавился лед или нет? Этого препятствия Вуд не ожидал. Надо была срочно придумать предельно простой и абсолютно надежный способ определения состояния льда в камере (расплавился не расплавился). Как быть?

 

Такие "задачки" не редкость в жизни ученого-экспериментатора. А с чем приходится сталкиваться теоретикам?

В 1910 году внимание Альфреда Вегенера, "восходящей звезда" метеорологии, привлек факт несовместимости двух, справедливых каждая в отдельности, геологических теорий, по разному объяснявших происхождение материков и океанов.

Тогда господствовала теория, по которой материки возникали при поднятии земной коры, то есть в различные геологические эпохи один и тот же участок земной коры мог быть то сушей, то дном моря. Теория подтверждалась убедительными фактами: облик материков очень сильно менялся в различные геологические эпохи, на отдельных участках суши находились осадочные породы, характерные для морского дна.

В то же время существовала теория динамического равновесия. Из нее следовало, что существуют два совершенно различных типа земной коры материковая (мощная, толстая) и океаническая (тонкая). Ряд геологических данных, хотя и немногочисленных, свидетельствовал в ее пользу. Из этого делался вывод: дно океана не может стать материком! Но как же тогда формировался современный облик Земли?

А.Вегенер поставил перед собой задачу найти такое решение проблемы, которое бы объяснило несовместимые факты.

 

Задача N 13. Итак, существует научная теория, объясняющая изменения облика материков только вертикальными перемещениями участков суши. Другая теория отрицает такую возможность, обоснованно утверждая, что поверхность материка никогда не может стать дном океана и наоборот. В то же время установлен научный факт материки меняли свой облик и, даже место расположения. Как можно "примирить" эти теории?

Проблемы, возникающие в творческой деятельности в науке не исчерпываются двумя, выше приведенными, в чем-то схожими вариантами. Но и во многих других случаях они имеют нечто общее.

Рассмотрим теперь пример трудной проблемы из техники.

Однажды в маленьком кафе собрались вместе авиаинженер Берт Рутан, его брат Дик, бывший военный летчик, и Джина Йигер, в прошлом чертежница-конструктор. Разговор зашел об истории авиации. Они вспоминали о братьях Райт, о первом рекорде дальности полета в… 220 метров, установленному бразильцем Альберто Сантос-Дюмоном, о полете француза Блерио через Ла-Манш, о перелете В.Чкалова через Северный полюс в США и его мечте "махнуть вокруг шарика".

Давний замысел беспосадочного кругосветного перелета до сих пор остается лишь красивой мечтой. А что если попытаться осуществить ее, да еще без дозаправки в воздухе?! Заманчиво, но за гранью возможного! К этой идее обращались лучшие авиаконструкторы мира и… находили ее неосуществимой.

 

Задача N 14. Для кругосветного беспосадочного полета самолет должен иметь прочный каркас, способный выдержать нагрузку огромного запаса топлива. Расчеты показывают, что подобный самолет с каркасом из самых легких сплавов должен быть размером с… футбольное поле! Такой самолет никогда не взлетит. Небольшой, легкий самолет не нуждается в прочном каркасе, но не может взять на борт необходимый запас топлива. Необходимо предложить идею легкого самолета с большим запасом топлива. Как быть?

А мысль друзей уже рвалась вперед… Посуду сдвинули на край стола и принялись обсуждать, каким должен быть самолет-"кругосветник".

 

* * *

 

Итак, при попытке выйти за грань возможного в науке и технике, возникают сложные проблемы, требующие больших творческих усилий для их разрешения. Может быть получаемые решения должны быть под стать проблемам сложными, громоздкими?

Наоборот! Чаще всего остроумные решения просты и легко проверяемы.

Например, Р.Вуд нашел такое простое решение, что лед сам сообщал о своем состоянии! Камеру до половины заполнили водой и заморозили ее. Поверх положили свинцовую пулю. Затем долили воду и снова заморозили. Пуля оказалась вмороженной в середине столбика льда. Когда после эксперимента столбик льда извлекли наружу, пуля оставалась на прежнем месте. Следовательно, лед не плавился!

Результат, полученный Р.Вудом, был новым для науки того времени, изменил представления о свойствах льда, стал своего рода предтечей исследований веществ при высоких давлениях. Вуду пришлось преодолеть барьер невозможного: получить бесспорный результат из недоступной для наблюдения камеры.

А.Вегенер предложил, новую теорию, которая хорошо объясняла, как, никогда не будучи дном океана, материки могли изменять свою форму и место расположения. Решение было парадоксально: материки дрейфуют по поверхности Земли подобно льдинам в полярном море.

Он заметил поразительное сходство очертаний берегов Южной Америки и Африки. После этого, сколько бы не анализировал Вегенер многочисленные геологические, палеонтологические, биологические данные, всюду находил новые факты, убеждавшие в его правоте своей теории.

Большинство ученых не приняли его теорию и посчитали ее откровенным вздором. Но в наше время, когда накопилось огромное количество фактов, теория дрейфа материков Альфреда Вегенера получила строгие научные доказательства и всеобщее признание.

Идея нового самолета у Берта, Дика и Джины возникла прямо в кафе. На первый взгляд дикая идея: выбросить из самолета каркас, оставить одну оболочку и заполнить ее топливом. Пусть сама оболочка выполняет функцию каркаса.

Здесь же на салфетке набросали контуры будущего самолета. Получилась странная конструкция: длинная сигарообразная кабина, в ней двигатели с тянущим и толкающим винтами, по бокам расположены два длинных "поплавка" со стабилизаторами, и все это соединялось узким прямым крылом.

Уже потом расчеты подтвердили, что "летающая оболочка" действительно может совершить кругосветное путешествие. Размах крыльев самолета должен быть 30 метров, вес самолета 1200 килограммов, запас топлива около 4 тонн.

В поисках поддержки и средств на постройку самолета братья обращались в известные авиационные фирмы. И всюду получали… отказ. Авиационные специалисты относились к проекту как очередной конструкции вечного двигателя. Замысел был вызовом всей современной авиационной науке.

И тогда штаб-квартирой необычной "фирмы" стала… гостиная дома Берта, "авиационным заводом" ангар N 77 на маленьком аэродроме Мохаве.

За пять лет постройки самолета, который назвали "Вояджер", было преодолено немало трудностей. Например, из чего делать легкую и прочную оболочку? Современные синтетические материалы недоступны. Новая дикая идея: изготавливать многослойную оболочку из бумаги, пропитанной клеем!

После 65 испытательных полетов решено отправляться в кругосветный полет. Старт назначен на 14 декабря 1986 года с базы ВВС "Эдвардс". Впервые все шестнадцать баков "Вояджера" полностью заполнены топливом. Сможет ли взлететь эта странная конструкция?

И вот тяжелая машина начинает разбег. Все, пути назад нет: неудачный взлет это неминуемая катастрофа. Мало кто верит, что этот "летающий бензобак" сможет подняться в воздух. Действительно, некоторое время самолет не может оторваться от взлетной полосы. Вот шасси попали в небольшую выбоину, самолет вздрогнул, перегруженные топливом крылья прогнулись и со скрежетом коснулись земли. Все замерли. Катастрофа?! Нет, крылья выпрямились, и "Вояджер", как бы нехотя, начал набирать высоту.

Провожавшие гадали: долетит не долетит. Только полет даст ответ, была ли это смелая инженерная идея или обычная авантюра, коим в истории техники несть числа.

Полет проходил в тяжелых условиях: несколько раз останавливался задний двигатель, выходил из строя бензонасос, и приходилось вручную качать топливо, не удалось избежать встречи с тайфуном "Мардж"…

Несмотря на все трудности, Дик и Джина облетели земной шар и через 9 суток 3 минуты 44 секунды приземлились на авиабазе "Эдвардс". В баках оставалось 19 литров топлива…

Полет "Вояджера" сломал привычные представления о рубежах возможного в авиации и открыл новые, совершенно фантастические перспективы ее развития.

 

* * *

 

Попробуем выделить особенности творческих достижений в науке и технике:

результат, получаемый творческой личностью, научное открытие или изобретение должен быть принципиально новым, никем ранее не достигнутым (никому ранее не удавалось сделать то, что смогли сделать П.Н.Яблочков, Н.В.Гулиа, Р.Вуд, А.Вегенер, братья Рутан…);

результат должен быть полезен, т.е. должен расширять и углублять знания об окружающем мире, расширять возможности человечества и, соответственно, способствовать дальнейшему развитию науки и техники (действительно, полезность творческих достижений в рассмотренных выше примерах несомненна); и, как следствие первой особенности, принципиально новый результат ВСЕГДА достигается через преодоление барьера НЕВОЗМОЖНОГО(то, что было сделано в рассмотренных примерах, в силу различных причин считалось невозможным, невероятным, либо никто не подозревал о такой возможности).

Кстати, с этой точки зрения учеба также является разновидностью творчества. Отличие в том, что в данном случае все три особенности справедливы только для одного человека учащегося. По эмоциональному и самовоспитательному эффекту оба вида творчества очень близки друг к другу. Естественно, это относится к вдумчивому и самостоятельному проникновению в суть изучаемого предмета, а не к обыкновенной зубрежке.

 

Противник N 1

Сработал тормозной двигатель, и спускаемый аппарат космического корабля с нарастающим гулом ринулся в верхние слои атмосферы. Четырехкратная перегрузка вдавила космонавтов в кресла…

А почему, собственно, четырехкратная? Что произойдет, если она будет больше или меньше? Оказывается, кроме перегрузок у спускаемого аппарата и экипажа есть и другой враг перегрев, возникающий при прохождении верхних слоев атмосферы из-за трения о воздух. Если траектория спуска будет пологой, "длинной", то перегрузки существенно уменьшатся, но при этом испепеляющий жар уничтожит спускаемый аппарат. Если траектория спуска будет более крутой, "короткой", то аппарат не успеет перегреться, но на экипаж будут воздействовать недопустимо большие перегрузки.

Ситуация, как видим, очень похожа на творческие задачи, с которыми мы уже успели познакомиться в этой и предыдущей главах. Все они содержат взаимоисключающие, несовместимые требования.

Такие задачи характерны для творчества в науке и технике. Это противник N 1 для исследователя и изобретателя. Решение их находится за гранью возможного и должно полностью удовлетворять обоим противоположным требованиям. Такова особенность решения творческих задач.

Попытка компромисса, т.е. примирения, лишь частичного удовлетворения противоположных требований НИКОГДА не дает в творчестве положительный результат!

Если бы создатели "Вояджера" попытались решить свою задачу путем "оптимального" уменьшения веса каркаса, то никогда не добились бы успеха.

Или, допустим, П.Н.Яблочков попытался бы искать способ замедления выгорания угольных электродов в дуговой лампе.

Такая лампа светила бы чуть дольше, но все равно электроды не использовались бы полностью.

Несовместимые, взаимоисключающие, противоположные требования, предъявляемые к объекту творческой задачи, называются противоречием.

Разрешение противоречия возможно только при условии полного удовлетворения содержащихся в нем противоположных требований. В этом мы уже успели убедиться на рассмотренных выше примерах.

Возникновение противоречий присуще любому процессу развития, будь то какая-либо область науки, техники или биологическая эволюция. Связано это с тем, что любое новое улучшение неизбежно вызывает ухудшение в чем-то другом, возникают несовместимые требования.

В науке противоречия возникают между существующими знаниями и вновь открываемыми фактами, которые те, старые знания, не могут объяснить.

В технике противоречия возникают на стыке потребностей человека, возможностей технической системы и воздействующих на нее претензий внешней среды (природной и технической).

В биологической эволюции противоречия возникают между возможностями организма и претензиями внешней среды (условия обитания и другие животные).

Сделать очередной шаг в развитии можно только преодолев очередное противоречие. Вот несколько примеров.

В физике в конце XIX века главенствовало представление о волновой природе света, что убедительно подтверждалось экспериментами по интерференции и дифракции. В то же время это не объясняло явления фотоэффекта. Разработанная в 1905 году А.Эйнштейном теория фотоэффекта опиралась на представление о свете, как о потоке частиц. Возникло острейшее противоречие между наблюдавшимися фактами и их истолкованием. Противоречие было разрешено с созданием квантовой механики. Возникло противоречие между ней и классической механикой…

На одном из ранних этапов развития авиации попытки дальнейшего увеличения скорости "разбивались" о шасси самолета, которые создавали дополнительное лобовое сопротивление.

Сперва авиаконструкторы шли путем компромисса пытались закрывать шасси специальными обтекателями, не замечая противоречия: шасси необходимо, чтобы совершать взлет и посадку, и оно вредно в полете. Проблема была решена с изобретением убирающегося шасси.

С увеличением скорости возникло новое противоречие: на взлете необходим малый шаг винта, а для скоростного полета большой. Никакой "оптимальный" шаг винта его не решал. Противоречие было разрешено с изобретением винта переменного шага…

Немало подобных противоречий возникало и в реактивной авиации. Например, на малых скоростях требуется большая площадь крыла, а на сверхзвуковых малая. В ряде современных конструкций используются крылья с изменяемой геометрией. Кстати, одним из первых эту идею еще на заре развития авиации высказал знаменитый писатель Джек Лондон (рассказ "Воздушный шантаж").

На ранних этапах освоения суши строение ротовой полости древнейших животных препятствовало одновременному дыханию и питанию. Проще говоря, слишком велик был риск задохнуться. Именно это противоречие, как установил известный палеонтолог И.А.Ефремов, сдерживало дальнейшее освоение суши.

В процессе эволюции в ротовой полости пресмыкающихся развивались особые кости-отражатели, препятствующие попаданию пищи в легкие. Увеличивался объем ротовой полости для более свободного прохождения воздуха. Но противоречие было разрешено, когда у высших зверообразных ящеров и крокодилов возникло вторичное небо, разделившее ротовую полость на две части: верхняя использовалась только для дыхания.

Противоречия существуют везде, где возникают несовместимые требования. Благодаря этому диапазон творчества необычайно широк.

Из выше сказанного можно сделать важный для практики вывод: творческая задача задача, содержащая противоречие; правильная постановка такой задачи заключается в выявлении этого противоречия.

 

* * *

 

Попробуйте самостоятельно решить три задачи, не имеющих никакого отношения к науке и технике.

 

Задача N 15. Великий русский художник В.В.Верещагин стремился, чтобы зрители его картин чувствовали себя "участниками" изображаемых событий. Это предъявляло к картинам несовместимые требования. Изображаемые события должны изменяться, развиваться во времени, но картина это лишь застывшее мгновение. Как можно повысить степень реальности изображаемого?

 

Задача N 16. Одну из своих самых потрясающих антивоенных картин "Апофеоз войны" В.В.Верещагин снабдил саркастической надписью: "Посвящается всем великим завоевателям: прошедшим, настоящим и будущим".

…Над мертвой степью на фоне руин некогда цветущего города высится огромная пирамида из… человеческих черепов. Вокруг ни единой души, кроме туч воронья.

Сюжет картины не вымышлен. Такой чудовищный обычай существовал на Востоке вплоть до середины XIX века.

По замыслу художника, картина должна обличать войну, быть на нее "сатирой злой и нелицеприятной". Но сатира это всегда смех, он не уместен, не совместим с сюжетом картины, изображающей страшную человеческую трагедию! Как быть?!

 

Задача N 17. Когда завершалось строительство знаменитого маяка на острове Фарос, у входа в гавань Александрии Египетской, царь Птолемей I Сотер приказал руководившему строительством известному архитектору Сострату Книдскому высечь на стене маяка свое имя.

По справедливости, на стене следовало запечатлеть имя истинного создателя маяка, но ослушание царского приказа грозило смертной казнью. Перед Состратом стоял нелегкий выбор: либо память благодарных потомков, либо жизнь. Что делать?

 

Что такое красота?

Что такое красота? Мы привыкли к тому, что красота это… красота. Нравится вот и все. Это дело вкуса… И тем не менее безошибочно, хотя и бессознательно, выделяем настоящее произведение искусства среди прочих. Почему?

Почему, например, достаточно незначительно изменить пропорции красивого лица, и оно становиться уродливым? Видимо, дело здесь не просто в привычке. Ведь восхищаемся же мы красотой впервые увиденного дикого животного. Но попробуйте представить грациозного тигра с симпатичными заячьими ушами…

Над этими вопросами в свое время серьезно задумался И.А.Ефремов. Он высказал блестящую гипотезу о сущности прекрасного: "Красота это наивысшая степень целесообразности, степень гармонического соответствия и сочетания противоречивых элементов во всяком устройстве, во всякой вещи, всяком организме".

И действительно, удачное творческое решение в науке и технике всегда вызывает чувство восхищения. И чем острее было преодоленное противоречие, тем больше напрашиваются эпитеты "красивое", "изящное" решение!

Впервые свою гипотезу Ефремов высказал в 1944 году в рассказах "Эллинский секрет" и "Катти Сарк", а наиболее полно обосновал в романе "Лезвие бритвы".

В природе целесообразность вырабатывалась в течение сотен миллионов лет естественного отбора, и это, по-мнению ученого, закрепилось в бессознательном, инстинктивном опыте человека. А далее человек начал уже сознательно выбирать и закреплять в своей памяти проявления прекрасного, создавать их в творчестве.

Особенно сложная гармония противоположностей воплощена в живых организмах и произведениях искусства, перед которой тускнеют самые выдающиеся достижения науки и техники. Вот почему так хрупка красота! Стоит чуть сместить равновесие и нарушается гармония великого множества преодоленных противоречий. Недаром И.А.Ефремов уподобил красоту лезвию бритвы и призывал всячески оберегать ее. Он придавал ей, а следовательно, и творчеству огромное значение в жизни человека.

Как писал Ефремов, есть одна среднеазиатская загадка:

"Что заставляет злого быть самым злым, доброго самым добрым, смелого самым смелым?" И ответ ее прост: "Красота!"

Наука побеждать: принципы разрешения противоречий

Разрешение противоречия ключ к решению задачи. Но мало знать, что решение должно удовлетворять несовместимым, противоположным требованиям. Надо знать, как это можно делать.

В теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) известно свыше 50 приемов разрешения технических противоречий и 11 принципов разрешения физических противоречий. Большая часть из них применима лишь в технике. Мы же рассмотрим лишь три принципа, наиболее общие и универсальные.