Алгебра идей или как появляются научные открытия и изобретения

Откуда появляются на свет вещи, которых раньше просто не было: первый автомобиль, первый самолет, первый электрочайник, наконец? Все новинки были в свое время изобретены. Это означает, что их рождению предшествовала некая новаторская идея, вдруг осенившая изобретателя или постепенно созревшая. Но как возникают новые идеи? На этот счет есть лишь догадки и гипотезы. Во всяком случае, известно немало легенд и занимательных историй о том, как счастливое и просто случайное, казалось бы, обстоятельство приводило к озарению, появлению блестящей технической находки. Такие события всегда привлекают внимание дотошных историков и вдохновляют поэтов. Ведь любое открытие, направленное на то, как побороть холод и тьму, добыть пищу и отбиться от врагов, всегда притягательно и романтично.

Разве не достоин высших почестей мудрый и одержимый своей идеей первооткрыватель, указующий людям путь к свету, теплу и победе над злом?

Увы, опыт истории свидетельствует об ином. Безызвестный создатель лентоткацкого станка, экономящего труд многих рабочих, тайно задушен властями славного города Данцига, а его изобретение трусливо скрыто. Безжизненное тело Р. Дизеля обнаруживают в волнах Северного моря через несколько дней после таинственного исчезновения немецкого изобретателя. Э. Армстронг, автор выдающихся радиотехнических изобретений, выбрасывается из окна небоскреба. Тысячи изобретателей всех рангов тщетно стучатся в двери и обивают пороги, требуя у общества лишь одного — скорейшего признания и реализации их замечательных идей…

Разные эпохи, разные страны… Но четко проступает активное противоборство техническим новшествам вплоть до крайней степени — физического подавления самого новатора. Спрашивается, отчего даже очевидные, понятные сейчас школьнику преимущества выдающегося изобретения когда-то казались призрачными и без колебаний отвергались буквально «всем миром»? Почему логически безупречная, как говорят, поверенная алгеброй идея, раз появившаяся на свет, не «вписывается» сразу в реальный мир вещей? «Алгебре» здесь явно чего- то недостает, но чего же именно?

Как устранить порой незримое, порой откровенное противодействие новинкам, несущим технический и культурный прогресс? Где скрыты таинственные корни этого сопротивления?

Не связаны ли они с чисто психологическими причинами? Инстинктивный страх людей перед всем необычным и непонятным? Бурю нареканий вызвали пронзительные паровозные гудки, распугивающие дичь и доводящие до истерики женщин и детей. И даже необыкновенная быстрота передвижения нередко вызывала активный протест, доходивший до курьезов. По заключению медицинской коллегии Баварии (1834 год) столь быстрая езда «должна неизбежно вызывать у пассажиров болезнь мозга, особую разновидность буйной горячки». Корреспондент американской газеты сообщал, что некий пожилой господин, злоупотребивший поездками по железной дороге, оказался настолько «насыщенным скоростью», что бросился на чугунный столб и разнес голову на куски.

Да, новое и вправду способно напугать. Но, с другой стороны, хорошо известно и другое: поразительно быстрое освоение некоторых новинок. Так было, например, в середине двадцатых годов прошлого века, когда развлекательные радиопрограммы, впервые вышедшие в эфир, вызвали прямо-таки сногсшибательный эффект. Мир только что не сошел с ума. «В течение суток, — пишет М. Уилсон,— миллионов десять американцев, ринувшись в магазины, приобрели радиоприемники с галеновыми кристаллами, устаревшими уже лет десять назад…» Выходит, что психология потребителей — палка о двух концах.

Но, может быть, в злоключениях новшеств виноваты толстосумы, с их традиционной боязнью купить «кота в мешке» и потерять капитал? Подобные опасения, казалось бы, легко понять, особенно когда речь идет о крупных и беспрецедентных предприятиях, таящих в себе изрядную долю риска. Тем не менее, жажда обогащения и порождаемый ею азарт нередко оказывались куда сильнее чисто деловых соображений «рыцарей наживы». История техники знает немало примеров, когда убаюканные «верными» аргументами и опьяненные щедрыми посулами экспертов и «знатоков», промышленники шли ва-банк, всаживая большие средства в рискованные проекты, и оказывались на мели. Так первый трансатлантический кабель, проложенный ценою неимоверных усилий прямо по дну океана и призванный связать Европу с Америкой, не работал вопреки всякой логике и «здравому смыслу», хотя для прокладки его акционеры охотно выложили круглую сумму — 350 тысяч фунтов стерлингов.

«Изобретения всегда губились и губятся до сих пор заядлыми бюрократами и не сведущими в технике профанами». Эта распространенная версия опровергается, однако, нашумевшими в различные времена скандальными провалами именно тех новшеств, которые директивно насаждались сверху и «проталкивались» самим государством. Мины, сбрасываемые на парашютах, так и не привились во время второй мировой войны, хотя автором этой идеи был сам лорд Черуэлл — член кабинета и личный научный советник У. Черчилля, пользовавшийся его неограниченным доверием.

Известны случаи, когда в лагере убежденных пессимистов и «консерваторов» оказывались самые выдающиеся специалисты в данной области. Первооткрыватель радиоволн Г. Герц скептически относился к радиосвязи. Видимо, весьма трудно оценить быструю эволюцию эпохальных открытий, подгоняемую мощным техническим прогрессом. Эту особенность тонко учел в свое время более практичный М. Фарадей, сравнивая научное открытие с новорожденным, которому еще расти да расти…

Только ли «госпожа Удача»!

Принято считать, что большинство изобретений делается так или иначе случайно, иногда — не по воле автора. Действительно, история хранит массу примеров, когда азартная «погоня за призраком» приводила к важным изобретениям.» Как правило, истинная значимость таких новинок не шла ни в какие сравнения со скромными или наоборот, чересчур фантастическими претензиями их «невольных» авторов. Американский наборщик Хьятт, обуреваемый желанием получить искусственную слоновую кость для бильярдных шаров (за что была обещана немалая премия), изобрел в 1863 году первую в мире пластмассу, которая под именем «целлулоид» обрела широчайшее применение и быстро разошлась по всему миру.

Неужели многие изобретатели просто счастливчики, которым случайно повезло? Вряд ли. Любой технической находке предшествует довольно длительная, порою мучительная стадия поисков. Еще задолго до успеха искатель как бы настроен на верный результат. Такое сосредоточенное на чем-либо, вдохновенное состояние ума, по-видимому, резко обостряет его способность выхватывать и анализировать нужную информацию. И достаточно лишь легкого намека, мимолетного наблюдения, а порой и просто переключения внимания на другие заботы, чтобы возник некий «резонанс» и оригинальное решение вдруг явилось из небытия как бы само собой.

Подобная избирательность и зоркость сосредоточенного и тренированного разума блестяще подтверждается бесчисленными примерами того, как первооткрыватель приходит к цели, пользуясь даже общедоступными и довольно известными сведениями.

Интересен и другой каверзный вопрос. Почему к правильным, а порою и гениальным решениям нередко приводят предвзятые и даже заведомо ложные идеи? Уж не объясняется ли это действием пресловутой «избирательной статистики»? В самом деле, отдельные сенсационные достижения, как известно, долго хранятся в памяти людей, а неудачные попытки, которым несть числа, напрочь забываются. Однако вряд ли подобные аналогии пригодны для творческих процессов, где вопреки голой теории вероятности действуют свои законы.

История техники хранит память о многочисленных жертвах и катастрофах, связанных с грубыми техническими просчетами. И, тем не менее, факт остается фактом: многие «неправильные», некорректные предпосылки довольно часто позволяют добиваться поразительных успехов как в теории, так и на практике. В чем же здесь дело? Видимо, новые идеи, возникающие в нашем мозгу «сами собой», на самом деле — результат подспудной, не контролируемой дознанием работы мозга.

Во-первых, объем исходной информации, использованной мозгом, значительно превышает тот, который мы сознательно «держим в уме». Есть, вероятно, и практически неосознаваемый запас информации. Во-вторых, процесс обработки этой информации мозгом неизмеримо сложнее той формальной логики, на которую склонен опираться (по крайней мере мы так думаем) наш аналитический разум. В итоге работающий в таком «свободном режиме» мозг в значительной мере избавлен от пресса предрассудков и традиционных решений. Его интуитивные идеи основанные по сравнению с чисто рассудочными утверждениями на намного более объективном отражении реального мира, могут содержать в себе и значительно большую долю истины.

Недооценка подспудной, «алогичной» работы творческого разума приводит, по-видимому, к тому, что впросак иногда попадают даже признанные знатоки, не раз высказывавшие и выдающуюся проницательность и глубокое понимание сути дела. Причина здесь, наверное, в том, что всякое «живое» явление при пристальном рассмотрении всегда выглядит во многом несхожим с его схемой, сложившейся заранее в голове специалиста. Так, блестящая идея преломить рентгеновские лучи кристаллическим телом казалась вначале всего лишь чистой игрой ума. Крупнейший немецкий физик А. Зоммерфельд считал, что тепловые колебания кристаллической решетки неизбежно внесут в эксперимент безнадежный хаос. «Безумная» попытка Г. Маркони передать радиоволны через Атлантический океан возымела неожиданный успех, который привел к открытию ионосферы и позволил, в конечном счете, осуществить глобальную радиосвязь.

Оба примера доказывают: интуитивная уверенность в успехе крупного специалиста оказалась сильнее логически безупречных схем, основанных, однако, на чересчур узком и формальном подходе к задаче.

По заказу или по вдохновению!

Ошибочно считать, что сложнейший и противоречивый в своей основе технологический процесс делается лишь некой могучей кучкой великих изобретений, дающей начало чуть ли не всем остальным новшествам.

Нет, обширна, пестра и безалаберна «ярмарка» изобретательского тщеславия. Окунувшись в безбрежный океан патентов и заявок на изобретения, можно разглядеть в нем не только все стороны нашего реального бытия, но и обнаружить еще множество воображаемых миров, основанных на призрачных целях и мнимых потребностях человечества. Иными словами, изобретательская мысль обладает колоссальной избыточностью. А роль мелких усовершенствований в технической эволюции по-прежнему громадна. И как сложно предвидеть социальные последствия и подлинную значимость любого новшества! Нередко крупное изобретение может действительно стать крупным, лишь получив неожиданную поддержку из смежной области. Так, резкое удешевление электроэнергии позволило наконец наладить коммерческое производство одного из важнейших металлов — алюминия. Подобно капиталам, вкладываемым в новый золотой прииск, приток изобретательской активности в молодую отрасль имеет отчетливый максимум, а затем спад. Это связано не только с естественным истощением «новаторского потенциала», но и неуклонным снижением рентабельности самих изобретений.

Веками пестрый поток новых технических идей безнадежно уходил в песок и лишь изредка, попав на благодатную почву, приносил плоды. При этом реальный успех определялся скорее счастливой игрой случая, чем талантом создателя новшества.

Положение начало, однако, меняться уже в конце XIX столетия, когда Эдисон создал под своим началом целую изобретательскую фирму, насчитывающую около сотни сотрудников. С тех пор число организаций, занимающихся отбором перспективных технических идей и их опробованием, стало быстро расти, причем штаты таких организаций измерялись сначала сотнями, а затем и тысячами «единиц». В итоге постепенно приобрели право на жизнь такие, казалось бы, странные понятия, как «коллективное изобретательство» и «запланированное изобретение».

Все это явилось прямым следствием успехов нормативного прогнозирования, основанного на тщательном выборе ключевых целей и концентрации на них общественных усилий. Но как в такой ситуации руководить научно-техническими разработками? Вопрос этот далеко не прост. Ясно, что никем не управляемые прикладные исследования могут привести к анархии, расточительству и краху. Не менее плачевно, однако, и рьяное администрирование, подавляющее естественную свободу творческого поиска. Оказалось, что важные решения здесь должны идти с самого переднего края поиска, то есть диктоваться самими исполнителями работ. По мнению руководителя одной американской компании, компетентность ответственных за научно-исследовательские работы лиц быстро падает по мере подъема по ступенькам иерархической лестницы вплоть до ее высшего звена — совета вице-президентов компании, который ухитряется ошибаться во всех случаях.

Далеко не очевидный для изобретателя принцип «кто ищет, тот находит» блестяще оправдывает себя, если цель (новшество) выбрана корректно, а во главе поиска стоит крупный ученый. Вспомним, что атомная бомба, а несколько позже транзистор были изобретены «по заказу», опирающемуся, однако на «добро» фундаментальных научных соображений. Успех такого нацеленного изобретательского поиска обусловлен и тем, что в нем принимает участие целый отряд специалистов и экспертов, способный всесторонне оценить задачу и оптимизировать ее решение.

В итоге лаборатории крупных компаний и прикладные НИИ играют ведущую роль в НТР. Именно благодаря им технический прогресс во многих отраслях обязан интегральному воздействию множества мелких изобретений «рационализаторского» типа, сделанных как раз в промышленных лабораториях.

Ошибочно считать, однако, что «изобретение по заказу» — уже освоенный процесс, требующий лишь материальных средств и команды свыше. О необычайной сложности такого пути свидетельствует хотя бы пример, приводимый американским ученым А. Роузом. Представим, что нам поручено создать светочувствительный материал, состоящий из бесцветных микроскопических зерен. При поглощении лишь нескольких фотонов все десять миллиардов (!) молекул каждого из таких зерен должны тут же «почернеть», то есть стать непрозрачными для света. Материал обязан сохранять такое свойство и не реагировать на тепловой «шум», по крайней мере, в течение года, а проявленные черные зерна — быть столь же стабильными. Вы, конечно, догадались, что речь идет об обычной фотопленке. И понимаете, как трудно пришлось бы изобретательскому коллективу, получившему подобный «заказ».

Нужны ли нам кулибины!

И все же не следует думать, что изобретатели-одиночки, сыграв свою величественную и драматическую роль, могут спокойно сойти со сцены. Рассмотрение нескольких десятков крупнейших изобретений нашего века показывает, что каждое второе (!) из них сделано единолично. К числу таких изобретений относятся, например, один из первых типов реактивного двигателя, автоматическая коробка передач, кондиционирование воздуха, целлофан и бакелит.

Такая статистика вызывает изумление, учитывая мощь современных лабораторий, с одной стороны, и скромные средства пытливых одиночек — с другой. Но ведь изобретательство —тончайший творческий процесс, основные механизмы которого по-прежнему не ясны.

Специальные психологические тесты показали, например, что подлинным бичом коллективного творчества служит подсознательная склонность людей разделять уже сложившиеся представления и непроизвольно подстраиваться под мнение большинства. Поэтому важным эвристическим преимуществом изобретателей-«анахоретов» служат смелость воображения и оригинальность мышления, то есть именно те качества, которые заметно притупляются при групповой работе над изобретением. Характерно также, что изобретатели обычно отнюдь не молоды, а скорее люди зрелого возраста. Так, по данным Лемини, авторам свыше полутысячи крупных изобретений в среднем 37 лет. Возраст, по утверждениям психологов, соответствующий максимальной творческой активности.

Немалое значение имеют и другие факторы. Например, ставка на скорейшую прибыль не позволяет расчетливому предпринимателю бесконечно возиться с «гадкими утятами», которым нужны еще годы и годы, чтобы превратиться в «лебедей». С другой стороны, «сумасшедшая идея», доведенная все же дотошным изобретателем-отшельником «до ума», охотно покупается солидной компанией и, несмотря на большие затраты, внедряется в конце концов в промышленность с немалой прибылью.

Так было, например, с ксерокопированием, изобретенным Ч. Карлсоном и выпестованным в течение нескольких лет мощной «Галоид корпорейшн». Аналогичным путем были введены в обиход синтетическое волокно, телевидение, замороженные пищевые продукты, персональные компьютеры и ряд других крупнейших новшеств. Наконец, важно и то, что независимые изобретатели, по крайней мере, наиболее удачливые из них, давно перестали быть неотесанными ремесленниками или фанатичными дилетантами. Многие из них — признанные специалисты в своей области, хотя и предпочитают гоняться за «жар-птицей» в одиночку, в лучших традициях героев Уэллса и Беляева.

Не секрет, однако, что наряду с довольно ограниченной когортой по-настоящему талантливых изобретателей, этих истинных героев технического прогресса, всегда были и не исчезли в наше время многочисленные маньяки, просто шарлатаны, пытавшиеся — иногда не без успеха — околпачить публику, погреть руки на дутых «изобретениях». Характерно, что при всем многообразии и изощренности подобных типов отличительной их чертой являлась как раз подчеркнуто узколобая постановка задачи, сочетающаяся к тому же со скрытым или явным дилетантством.

Как взрослеют новинки

Когда изобретение начинает пользоваться спросом и «давать навар», оно по праву именуется уже техническим новшеством, то есть изобретением, завоевавшим реальное право на жизнь. До этого этапа — любое, даже самое яркое и перспективное на вид изобретение — всего лишь пресловутый «кот в мешке», за дальнейшую судьбу которого никто не поручится. Замечено, что если счастливое стечение обстоятельств и приводит изредка к изобретению, то на следующую ступень — к новшеству — почти никогда. Немудрено, ведь переход «изобретение — новшество» самый трудоемкий и дорогой этап в жизни новинки. Он растягивается, как правило, на несколько лет, а то и десятилетий.

Например, хлопкоуборочную машину и гирокомпас «доводили» более пятидесяти лет, телевизор и застежку «молния» — свыше двадцати лет, а шариковую ручку и часы с самозаводом — «всего» шесть лет. Сплошь и рядом такая доработка связана с решением неожиданных и вполне самостоятельных проблем. Например, выпуск транзисторов потребовал получения сверхчистых веществ, производство управляемых ракет — невиданных ранее жаропрочных сплавов. По некоторым данным самый короткий временной лаг (время превращения изобретения в новшество) имеют механические изобретения. Далее следуют химия, фармацевтика и лишь потом — электроника.

По некоторым данным более половины научно-исследовательских тем, разрабатываемых крупной компанией, оказываются бесперспективными и закрываются. Затем из каждых десяти новинок, прошедших научные, конструкторские, инженерные разработки, добрая половина капитулирует перед производственными и рыночными испытаниями, а из остальных только две дают ощутимый коммерческий успех. Любопытен и такой показатель: фактическая стоимость инженерно-конструкторских разработок неизменно оказывается выше сметной в несколько раз! При этом сроки разработок обычно затягиваются в среднем в полтора раза. Очевидно, что ввиду столь высокой стоимости превращение идей в реальные вещи не терпит расхлябанности и требует умелого руководства, целенаправленности, научного прогнозирования.

Этап коммерческого прощупывания и общественного опробования технически вполне сложившегося новшества называют иногда инкубационным периодом. Ускоренная реализация новинок связана, в первую очередь, как раз с сокращением этого периода.

Немалым стимулом — увы служит и военная обстановка. Именно ей обязаны мы появлением в обиходе не только самолетов и радаров, но и пищевых консервов и даже растворимого кофе, рецептура которого, разработанная немецким химиком Ю. Либихом еще в XIX веке, пребывала втуне вплоть до второй мировой войны.

Одним словом, из огромного потока внешне вполне грамотных и обоснованных предложений в портфель конструктора после долгих мытарств попадают лишь немногие. Например, в Министерстве обороны США из каждых двух десятков тщательно отобранных для опробования научных идей только пять доходят до углубленных разработок и всего лишь одна-две — до рабочего проектирования. В итоге в вооруженных силах применяют максимум одну идею из двадцати.

Судьбу отдельных изобретений решают, в конечном счете, не мнения и действия отдельных лиц, а общая ситуация, детальный анализ которой еще в начале прошлого XX столетия был практически недоступен не только одиночкам, но и целым коллективам, пытавшимся прогнозировать будущее. Теперь многие оригинальные и перспективные, с чисто технической точки зрения, предложения тихо «режутся» по ряду параметров, о самом существовании которых часто не подозревает не только автор изобретения, но и люди, всячески ему содействующие.

Государственные комиссии и официальные эксперты, дающие в свое время зеленый свет недозрелой новинке, так или иначе игнорировали системный подход и допустили в итоге решающую ошибку. С другой стороны, даже гениальные технические находки «консервировались», надолго исчезали из виду. Японские системотехники и патентоведы были, по-видимому, первыми, кто понял важность и организовал регулярный пересмотр отвергнутых и забытых изобретений.

Немного об «авторском праве»

Затронем теперь такой деликатный и щекотливый вопрос, как авторство изобретения. Избитая и даже любимая публикой версия гласит, что некий истинный «отец» новинки просто вынужден сажать себе на шею целый синклит беззастенчивых прихлебателей «соавторов», причем исключительно ради «проталкивания» своего кровного детища. И в самом деле, история изобретательства знает немало подобных случаев, касающихся, кстати, не только мелких, но и выдающихся изобретений.

Однако не следует забывать и коренных изменений, которые произошли за последние десятилетия в сильно разросшемся и усложнившемся хозяйстве изобретателей. Прежде всего, известный уже нам термин «коллективное изобретательство» теперь имеет не только публицистический, но и строго юридический смысл, закрепленный, например, в виде авторских свидетельств, где в качестве заявителя выступает предприятие или организация. Далее, вопреки ходячему мнению, выдача авторского свидетельства или патента отнюдь не означает «замораживания» творческой активности на следующей стадии — превращения изобретения в новшество. Скорее наоборот, именно на этом этапе рождается фейерверк новых идей, закрепляемых обычно как самостоятельными, так и зависимыми патентами.

Строгие ревнители персонального авторства часто не понимают, что мучительное «вживление» изобретения в человеческую практику — это, прежде всего творчество, требующее и тончайшего чутья, и логической смелости, и смелости воображения. Об этом свидетельствует, например, история великих изобретений, «доводка» которых растягивалась иногда на целые эпохи. Нечто подобное происходит и с современными изобретениями. Рожденное таким путем новшество нередко похоже на своего прародителя не более, чем изящный, отливающий холодным блеском дамасский клинок — на раскаленную стальную болванку. Конечно, творческое участие каждого из соавторов обычно далеко не одинаково. Но попробуйте-ка практически вычленить вклад каждого в общий котел!

Так откуда же, в итоге, берутся новые технические идеи? Если бы только знать…

Автор: А. Силин, доктор технических наук.