«ЕСЛИ ЗАДАЧА НЕ РЕШАЕТСЯ, ПРИДУМАЙТЕ СЕБЕ ДРУГУЮ ЗАДАЧУ»

Постановка конкретной проблемы как общей таит преимущества, содействуя успеху научного поиска. Так можно ответить на первую часть вопроса об истоках эффективности нашего приема. Но парадокс заключен и в том, что на означенном пути меньше трудностей, чем когда задача решается как частная. Отчего это? Почему, как утверждает И. Лакатос, «на много вопросов бывает иногда легче ответить, чем на один» и почему «новая, более претенциозная проблема может оказаться более легкой, чем первоначальная»?

Существенно следующее. Обнаруживается, что нередко конкретная, частная задача вообще средствами науки и техники своего времени решена быть не может либо ее решение сопряжено с неслыханной тратой сил.

Вспомним Архимеда. Определение сплава короны, конечно, доступно методом химического анализа. Но в его эпоху об этом и не помышляли. О реактивах, химических реакциях и т. п. не имели ни малейшего понятия.

К тому же ювелиры могли упрятать менее ценный материал в глубине короны, а разрушать ее было нельзя. Таково условие, предъявленное тираном. Сказанное означает, что непосредственно, то есть в том виде, как она была поставлена перед Архимедом, проблема неразрешима. По существу, ученый формулирует другую проблему. Но, решив ее, получает тем самым ответ и на свою, частную.

Рассмотрим такую задачу, как определение расстояния от Земли до Луны. Об этом люди мечтали давно.

Но как это сделать? Ни один прямой способ измерения из тех, что применялись для вычисления протяжений на Земле, здесь, конечно, не годился. Нужен был какой-то обходный маневр. И он отыскался, когда научились определять расстояния до недоступных предметов. То есть частная задача была понята и решена как общая. Только таким образом и можно было справиться с нею.

Современная наука использует для этой цели технику лазерных установок, то есть также привлекает общий метод для решения конкретного вопроса. С изобретением лазеров открылась возможность посылать световой луч узконаправленно, так, что он практически не рассеивается, даже пробегая большие пространства. Достигнув цели, луч отражается от ее поверхности и приходит назад.

Время его движения к цели и обратно измерить нетрудно. А зная время и скорость распространения свега, легко высчитать пройденный путь.

И так часто. Анализ показывает: результат достигается нередко тем, что одна задача подменяется другой Исследуют не первоначальную ситуацию, которая возникла, а совсем иную, казалось бы, какое отношение имеет, скажем, подъемная сила воды к составу короны или плесень грибка — к борьбе с инфекциями? Внешне никакого. Между тем в решениях, которые мы рассмо)— рели, одно подменяется другим.

В ряде случаев такая подмена вообще кажется парадоксальной. Чтобы понять работу паровой машины, С. Карно вовсе забыл о паровой машине, а Г. Селье взамен препарата, предназначенного помочь организму, впрыскивает отраву, которая, конечно же, ему во вред.

Итак, вместо исходной задачи, не поддающейся решению (по крайней мере в том виде, как она предъявлена), ставят другую. Поскольку с нею справляются, есть основания полагать, что она легче. Одним словом, имеются серьезные причины принять полусерьезную рекомендацию: «Если задача не решается, придумайте себе другую задачу».

Налицо обходный путь. Он состоит в том, что проблема осмысливается на иной, более широкой (общей) познавательной платформе, чем та, которую могли бы использовать, решая первоначальный вариант. Это не что иное, как уловка разума. Но она неизбежна, ибо по-настоящему сложные проблемы редко поддаются атакам в лоб. Исследователь, чтобы спасти положение, принужден расширить исходные посылки, то есть обратиться к точке зрения, которая гораздо продуктивнее.

Ее продуктивность проявляется в том, что с построением действительно общей теории одним ударом решается большое число проблем, для каждой из которых пришлось бы — при отсутствии обобщающего знания — искать особые объяснения, строить особую теорию.

Совсем не случайно, что достаточно общие идеи оживляют пауку. придают ей новые ускорения, вызывая настоящий взрыв новых исследовании.

Советский науковед Г. Лобров приводит таблицы, показывающие темпы роста открытий химических элементов. Обнаруживается, что кривая роста заметно идет вверх в 70-е годы прошлого века, а потом снова замедляется. И еще один подъем наблюдаем уже в 40-х годах нашего столетия. А причины? В 1869 году Д. Менделеев вывел свой периодический закон, который и повлиял на усиление работ в химии, в частности, в области поиска неизвестных элементов. Вторая же волна вызвана успел-лми в изучении внутриядерных превращений в конце 30-х годов XX века.

Характерно, что науки, вскрывающие наиболее глубинные структуры природы, оказывают особо плодотворное воздействие на другие науки, изучающие более конкретные свойства материи.

Возьмем математику. Выявляя самые обшие отношения внешнего мира, она выступает не только языком науки, но и источником новых идей в области естественных, а в последние годы и общественных дисциплин.

Недаром же К. Маркс отмечал, что в каждой отрасли знания ровно столько науки, сколько в ней математики.

О роли математики как родника новых идей хорошо говорит следующий факт. Творец стереохимии, то есть химии, изучающей пространственные расположения атомов и молекул, голландец Вант-Гофф отмечал, что большое влияние оказало на него изучение геометрии. Так, прослушав курс начертательной геометрии, ученый ощутил, насколько она развила его воображение и чувство пространственных форм и отношений. За свое исследование Вант-Гофф получил Нобелевскую премию, кстати сказать, первую премию, присужденную в области химии.

«ПОПАСТЬ В ДРОБИ»

Плодотворность общей теории, несущей экономию мысленных затрат, обнаруживает себя также и в таких проявлениях. История науки показывает, что со временем многие трудные для своей эпохи задачи на новом витке познания решаются сами собой, без приложения особых к тому усилий. Для этого не надо даже предпринимать каких-то специальных исследований. То есть их решения оказываются всего лишь частными случаями некой общей темы, успех в изучении которой приносит ответы и на массу других конкретных тем. Иные из них успели порядком помучить науку, а о других она даже и не догадывалась.

Здесь вообще-то протягивается ни точка еще к одному парадоксу. Он называется «принцип полезности бесполезного знания». Но мы не будем развивать эту линию подробно, отметим лишь некоторые моменты.

Очень часто обстановка в науке требует подняться над конкретными, слишком заземленными задачами и испытать силы на более глубоких общих направлениях, хотя они и не сулят немедленных отдач. Пусть они представляются отрешенными от практики жизни, но нередко на этом пути получаются такие результаты, на основе которых можно решать массу частных вопросов.

Типичное положение создалось в современной науке в связи с изучением космоса.

Найдется немало людей, искренне сомневающихся в необходимости столь широких космических исследований. Но дело не только в том, что такие исследования раздвигают горизонты наших познавательных возможностей. Есть в этом и большой практический интерес.

Обнаруживается, что решение связанных с освоением космоса задач принесло человеку немало таких знаний, которые могут быть использованы и уже эксплуатируются в производстве и в быту. Скажем, создание искусственных биологических циклов, высокоэкономичных систем жизнеобеспечения или установок, эффективно использующих энергию Солнца. Все это родилось первоначально не для Земли, а для обслуживания космических полетов. Однако результатами заинтересовались и с целью применения в промышленности.

Велика заслуга космоса в развитии средств связи.

Конечно, спутники запустили не ради того, чтобы они послужили каналом передачи сообщений. А они вот исправно несут вахту и здесь. Скажем, при трансляции телевизионных программ на далекие расстояния, в развитии телефонной связи, радио и т. д. Спутники помогают также и в организации службы погоды, в разведке полезных ископаемых. Да мало ли каких выгод не принесло нам «космическое любопытство». В США создан даже специальный комитет, изучающий, так сказать, «отходы» космических исследований, с намерением извлечь из них пользу для производства.

Одним словом, космонавтика, выдвигаясь в качестве одного из факторов решения абстрактных познавательных проблем, оказалась полна хороших идей, используя которые можно находить ответы на многие наши частные вопросы.

Переход к более общему знанию, к общей теории несет еще и то преимущество, что облегчает решение уже решенных задач, поскольку предлагает более эффективный способ получения результата. Это убедительно подтверждается, например, опытом математического познания. Обнаруживается, что те задачи, которые некогда были сложными и для решения которых использовался громоздкий аппарат вычислений и доказательств, в свете более поздних завоеваний выполняется легче, с гораздо меньшей тратой сил. Мы обязаны этим созданию общнч эффективных теорий, методов алгоритмов.

Две небольшие иллюстрации. В согласии с уставом средневековых университетов претендент на звание магистра был обязан доказать . теорему Пифагора. То был своего рода кандидатский экзамен (настолько сложным было тогда доказательство этой теоремы). Ныне он заменен испытанием по теоретическому курсу, а с прежним тестом без особого труда справляется ученик шестого класса, потому что в его распоряжении более совершенный алгоритм доказательства, опирающийся на современные математические теории.

Из глубины средневековья пришло такое предание.

Немецкий купец спрашивал совета, где учить сына. Ему ответили. Если хотите, чтобы сын знал сложение, вычитание и умножение, этому могут научить и у нас в Германии. Но чтобы он знал также и деление, лучше послать его в Италию. Тамошние профессора хорошо изучили эту операцию.

Как видим, даже простые действия арифметики были достаточно сложными. От тех времен у немцев осталась поговорка «in die Bruche kommen» (буквально: «попасть в дроби»). Это значило оказаться в затруднительном положении, в которое попадали, проводя деление. Ныне такие операции на основе иной, арабской системы обозначения чисел и иных алгоритмов стали значительно легче.

Переход к общей позиции позволяет не только заменить одну задачу другой, более легкой. Здесь важно и другое: одновременно с обобщением достигается упрощение в постановке проблемы.

Это происходит потому, что восхождение к абстрактно-общему обязывает расстаться с массой подробностей, способных увлечь мысль в лабиринты тупиковых решений. Можно привлечь такой образ. Мы стартуем с Земли (конкретная задача) и, сбросив балласт излишней информации, устремляемся на крыльях абстракции в заоблачные высоты. А здесь, в разреженной атмосфере, исследование становится легче. Чем меньше исходных параметров обременяет мысль ученого, тем быстрее он схватит смысл проблемы. Поучительный случай описан известным современным ученым У. Сойером в книге «Прелюдии к математике».

В 1868 году французский исследователь М. Гордан путем громоздких вычислений доказал, что группа многочленов (речь идет об одном специальном классе многочленов) обладает определенным свойством. Но вот спустя 22 года Д. Гильберт тот же результат получил гораздо проще, по сути не прибегая даже к вычислениям. Более тою, новое решение справедливо не только для упомянутого узкого класса, но и для любых многочленов вообще. А самое примечательное, что это удалось Д. Гильберту потому лишь, что он отбросил 90 процентов информации, использованной М. Горданом.

Вывод о плодотворности упрощений подтверждается результатами специальных тестов, проведенных под руководством советских психологов В. Зыковой, Э. Флешнер и другими. Установлено, что ученики уверенно решают задачи, предъявленные в обобщенных структурах (с помощью абстрактных объектов: треугольников, квадратов, рычагов), чем когда это же содержание задано в конкретных формах (земельными участками, площадями квартир и т. п.). Ученик так объяснил этот маленький парадокс в творчестве изобретателя-школьника: «Здесь трудно. Там один треугольник, а тут крыша и фасад. Вот я и запутался».

Надо полагать, что не без основания подвергнуты критике школьные задачники, в которых традиционные безликие «продавцы», «покупатели», а то и просто «некто» вытеснены персонажами и объектами, наделенными собственными именами. Уже не пишут: «Из пункта А в пункт Б вышел поезд», но "От железнодорожной станции Борисово в город Борнсполь отошел туристский поезд «Елочка».

Составители уверены, что так ученику легче. Ведь конкретность приближает к повседневным, привычным отношениям, наполняет сухое условие красками жизни.

Между тем все оборачивается по-иному. Конкретизация разрушает принцип абстрактного рассуждения, который призван прививать навыки логического мышления. Утрачивается умение схватывать структуру текста, упрощать его понимание, а вместе с этим и умение решать познавательные задачи.

Конечно, есть разные люди. У одних больше развито абстрактное мышление, у других — конкретное. Кроме того, определенно сказывается влияние возраста. Здесь не время подробно обсуждать эту тему. Отметим лишь одну странность.

В ряде случаев то, что наукой открыто позднее и является достаточно глубоким, абстрактным, осваивается легче, нежели более ранние, значит, казалось бы, более доступные восприятия завоевания мысли.

В своем историческом развитии геометрия раскрыла вначале сравнительно конкретные, лежащие на виду свойства пространства и лишь позднее наиболее глубокие.

Самыми первыми еще в античные времена оказались выделенными метрические свойства. Они связаны с измерением и имеют ту особенность, что при движении фигур сохраняются. Стул, например, при любых перемещениях, поворотах остается стулом. Или, если станем перемещать отрезок прямой, равный 10 сантиметрам, его длина так и будет 10 сантиметров; сохранятся также расстояния между точками этого отрезка.

Затем были выявлены другие, более глубокие особенности пространства.

Скажем, если тот же отрезок подвергнуть равномерному сжатию или растяжению, то его размеры, расстояния между точками, конечно, изменятся, значит, метрические свойства не сохранятся. Но что-то же остается неизменным? Да середина отрезка. К примеру, независимо от того, растягиваем мы его или сжимаем, середина все равно остается серединой, так же как 1/3 отрезка будет при этом 1/3 и т. д.

Эти признаки называют афинными.

Были обнаружены также проективные и другие особенности фигур. Наконец, уже во второй половине XIX века сумели подойти к таким характеристикам пространства, как топологические, наиболее глубоко «запрятанные» природой и потому потребовавшие особенно сильных отвлечений и абстракций.

Топологические свойства не зависят от размеров (длин, углов, площадей), от прямолинейности. Допускаются любые преобразования фигур, лишь бы при этом они сохраняли непрерывность. Скажем, окружность можно как угодно искривить, растянуть или, наоборот, «смять» в комок и прочее, но топологически она останется все той же фигурой. Ее нельзя только разрывать.

Поэтому топологическую геометрию называют «качественной».

Однако самое удивительное, самое парадоксальное обнаружилось в том, что дети овладевают топологическими признаками легче, чем другими геометрическими свойствами. То есть абстрактное оказывается доступнее пониманию, нежели конкретное.

А не об этом ли говорит и опыт обучения в современной начальной школе? Теперь оно начинается не с конкретного, каким является арифметика, а с абстрактного— с математики вообще. Первыми изучают не числа, а отношения между совокупностями: «больше», «меньше», «равно».

ЭЛЕКТРОДЫ, НОЖИ И ВИЛКИ

А теперь попытаемся осветить наш прием, так сказать, изнутри, поставив себя на место исследователя, который его использует.

Когда конкретная задача осознается в качестве общей, это открывает простор для привлечения широкого кр"га идей, сближения разнообразных точек зрения, для синтеза разнородных концепций и т. д.

Д. Пойа в книге «Как решать задачу» описывает метод видоизменения. Он советует попытаться подойти к задаче под разными углами зрения. Проводится сравнение с полководцем, который, говорит Д. Пойа, приняв решение взять крепость, изучает все позиции, чтобы найти более удобную.

Умение варьировать задачу — показатель возможностей интеллекта. Здесь как в природе: чем выше noложение вида в эволюционном ряду, тем сильнее его способность разнообразить свое поведение, что и предопределяет успех в жизненной борьбе. Насекомое, например, попав в комнату, бьется о стекло в одном и том же месте. Оно даже не пытается вылететь в соседнее окно.

Мышь гораздо смышленее. Она меняет направление действий, стремясь пролезть сквозь прутья клетки то в одном, то в другом месте. Человек поступает в высшей степени разнообразно. Оказавшись в запертом помещении, он испытывает не только дверь, но и окна, дымоход, подполье…

Видоизменение исследовательской задачи и понуждает ученого мобилизовать при ее решении все наличное знание, заглянуть в закоулки памяти, пробудить к активному использованию разнородную информацию. Благодаря этому удается извлечь из наличных сведений максимум ассоциаций и привлечь их к решению темы.

Здесь отчетливо проявляется природа творчества, непременными условиями которого многие исследователи считают два: богатство идей и строгий отсев неудачных попыток. То же самое происходит, кстати, и в природе. В эволюционных процессах наблюдаем вначале также богатство вариантов (изменений в организмах вида), а зггем — браковку ситом естественного отбора тех, которые оказываются плохо приспособленными к внешней среде.

По мнению известного английского кибернетика У. Эшби, творческое мышление есть способность проводить селекцию гипотез. Потому сила гения и состоит в способности не столько создавать новые идеи (на это горазды многие), сколько в том, чтобы определить, какая из них действительно гениальна. Созвучные мысли высказывает Ж. Адамар, специально изучавший механизмы научного открытия, или, как он говорил, изобретения. Он утверждал: изобретать — значит выбирать. То, что зовут талантом, заключается главным образом не в конструировании новых теорий, а скорее в способности оценивать произведенную продукцию. Такова, по крайней мере, обстановка в математике.

Понятно, чем разнообразнее число идей, гипотез, чем шире набор вариантов и ассоциаций, которыми располагает исследователь, тем более возможностей для такого отбора и тем вероятнее ожидание удачи. Вот здесь и способен оказать свои услуги метод видоизменения темы.

Когда сосредоточивают внимание только на одной проекции предмета, она заслоняет все остальные, и исследователь рискует упустить другие, быть может, более продуктивные стороны. Притом вновь стоит подчеркнуть роль уже упоминавшегося «периферического» зрения, которое позволяет увидеть контуры важных вещей вне той области, где ожидается появление нового. Это существенно, поскольку таит возможность незапланированных результатов, чем фактически и являются в большинстве по-настоящему крупные открытия.

Варьирование продуктивно и с чисто психологической позиции. Даже если видоизменения темы, подхода к явлению и не прибавляют знания, они полезны тем, что поддерживают интерес к проблеме. Сосредоточившись на одном варианте, ученый скорее устает, становится безразличным, так как чем однообразнее информация, тем пассивнее ее восприятие и тем меньше она вытесняет старую информацию.

Р. Фейнман, получая Нобелевскую премию, отмечал следующее. Описывая неизвестное, мы всегда опираемся на имеющееся знание. И вот здесь важно, чтобы ученый располагал несколькими концепциями по одному и тому же вопросу. В научном отношении они могут быть равноправны, отличаясь лишь тем, что основаны на различных физических представлениях. Но они оказываются неодинаковыми психологически, когда, опираясь на них, исследователь желает шагнуть в неизведанное. Ведь с разных точек зрения открываются разные возможности для модификаций.

Варьирование ценно и еще в одном значении. Если задача продумана со всех сторон, во всевозможных вариантах, она прочнее входит в сознание ученого, овладевает всеми его помыслами. А в этом, как мы помним по предыдущей главе, залог успеха, поскольку решение может прийти лишь к тому, кто неотступно об этом думает, сживается с проблемой, «заболевает» ею.

Прием видоизменения широко используется в практике научных открытий.

Изобретатель «электрической свечи» (прозванной парижскими газетами «русским светом») П. Яблочков долго не мог найти способа упростить ее с тем, чтобы удешевить производство. Дело заключалось в том, что угли располагались в свече наклонно друг к другу. Поэтому в процессе их сгорания вольтова дуга растягивалась и лампочка гасла. Для их сближения необходимо было вмонтировать сложное, стоящее немалых денег устройство.

…Как-то в ресторане П. Яблочков в ожидании гарсона машинально перекладывал с места на место нож и вилку. Но вот он положил их строго параллельно. Положил и не поверил — это же решение! Угли надо ставить не под углом, как обычно делали, собирая вольтову дугу, а параллельно. И чтобы они не расплавились, можно проложить между ними изолирующее вещество, способное выгорать при расходовании электродов.

В этом случае их не надо сближать по мере сгорания.

Значит, отпадает и необходимость в дорогостоящем приспособлении.

Трудность решения была сосредоточена как раз в том, что задача осознавалась узко, в рамках лишь заданного условия. А оно диктовало наклонное положение углей. Почему именно наклонное, над этим как-то не задумывались. Привыкли. Возможно, это узаконил сам А. Вольта, который действительно располагал их под углом, а возможно, и кто-то другой, уже позднее. Стоило видоизменить условие и подойти к задаче с точки зрения более широкой, общей, как обнаружилась перспектива для неожиданных решений.

И тут открытию сопутствует счастливое стечение обстоятельств. Столовый прибор подан, но обед задержался. В этой ситуации, читатель, вы делали бы, верно, то же самое, что П. Яблочков (и что проделывают тысячи посетителей): перекладывали ножи и вилки. Однако случай характеризует лишь внешние отношения. Изобретатель постоянно искал. Очевидно, искал и в этот раз, бессознательно перекладывая столовый набор. Случайная комбинация только выявила давно зревшее решение.

Прием варьирования условий задачи оказал услугу и в открытии иммунитета к оспе. Английский врач Э. Дженнер обратил внимание на то, что доярки в отличие от других людей не подвержены заболеванию оспой.

Задумался над этим и в конце XIX века пришел к важному выводу: доильщицы, переболев безвредной коровьей оспой, приобретают устойчивость к опасному для жизни заболеванию, то есть приобретают иммунитет. А затем был сделан шаг уже к введению противооспенных прививок. Как видим, Э. Дженнер смещает направление поиска, видоизменяя подход. Вместо вопроса, почему люди болеют оспой, он ставит задачу по-иному: почему некоторые люди, в частности доярки, не заболевают ею.

В ряду приемов варьирования используется и такой, можно сказать, экстремальный (предельный) случай, как переворачивание задачи с ног на голову, сознательное изменение некоторых соотношений на противоположные. Это наиболее радикальное применение метода варьирования, зато он и приносит радикальный успех. По существу, самое крупное достижение в науке получено именно путем переворачивания. Так поступил, например, Н. Коперник, когда заявил, что не Солнце движется вокруг Земли, а Земля вокруг Солнца. Не менее решительно «перевернул» структуру пространства и Н. Лобачевский, выдвинув геометрию, в которой — наперекор обычным отношениям — были введены новые, противоположные отношения. То же сделал А. Эйнштейн, предлагая вместо абсолютного, независимого ни от какого материального процесса и явления отсчета времени и пространства их измерение относительно конкретного наблюдателя и т. д.

Такова подоплека и многих изобретений — переворачивать устоявшиеся формы, привычные конструкции.

Скажем, при создании вертолета этот прием воплотился таким образом. Вместо того чтобы принять крылья самолета неподвижными, предназначенными для образования подъемной силы, было предусмотрено движение самих крыльев (винта) при неподвижном фюзеляже.

Вообще уместно даже в качестве приема конструирования такое пожелание, как поступить наоборот. Оно полезно вот по каким соображениям. Техническая мысль течет обычно в одном направлении, как время. К этому привыкают настолько, что уже и не стремятся к поиску иных возможностей, а особенно опирающихся на противоположные, «противоестественные» допущения.

…В одной опытной установке под ударной нагрузкой то и дело ломались болты. Попробовали испытать самые прочные марки стали — болты начали выходить из строя еще чаще. Это и навело на мысль поставить самую мягкую сталь. Раз, мол, чем тверже металл, тем скорее детали отказываются служить, то, может быть, выручит мягкий металл? Иначе говоря, надо сделать наоборот.

На удивление болты при этом стояли крепко, а когда сталь совсем заменили эластичной пластмассой, они и вовсе перестали ломаться.

Наконец, прием варьирования лежит и в основе «перевода» задачи из одной области знания в другую, с одного языка на другой: например, с языка алгебры на язык тригонометрии, с языка геометрии на арифметический язык. Притом необязательно привлекать смежные отрасли, скорее наоборот. Такой «перевод» полезен тем, что обращение к понятиям чужою наречия позволяет увидеть в условии задачи нечто, не замечаемое прежде, уловить какие-ю новые грани, подсказывающие решение.