Алгебра ідей або як з’являються наукові відкриття та винаходи

Звідки з’являються на світ речі, яких раніше просто не було: перший автомобіль, перший літак, перший електрочайник, нарешті? Всі новинки були свого часу винайдені. Це означає, що їх народженню передувала якась новаторська ідея, що раптом осінила винахідника або поступово дозріла. Але як виникають нові ідеї? На цей рахунок є лише здогади і гіпотези. У всякому разі, відомо чимало легенд і цікавих історій про те, як щаслива і просто випадкова, здавалося б, обставина приводила до осяяння, появи блискучої технічної знахідки. Такі події завжди привертають увагу допитливих істориків і надихають поетів. Адже будь-яке відкриття, спрямоване на те, як побороти холод і темряву, добути їжу і відбитися від ворогів, завжди привабливо і романтично.

Хіба не гідний вищих почестей мудрий і одержимий своєю ідеєю першовідкривач, який вказує людям шлях до світла, тепла і перемоги над злом?

На жаль, досвід історії свідчить про інше. Відомий творець стрічкоткацького верстата, що економить працю багатьох робітників, таємно задушений владою славного міста Данцига, а його винахід боягузливо прихований. Мляве тіло Р. Дизеля виявляють у хвилях Північного моря через кілька днів після таємничого зникнення німецького винахідника. Е. Армстронг, автор видатних радіотехнічних винаходів, викидається з вікна хмарочоса. Тисячі винахідників всіх рангів марно стукають у двері і оббивають пороги, вимагаючи у суспільства лише одного — якнайшвидшого визнання і реалізації їх чудових ідей…

Різні епохи, різні країни… Але чітко проступає активне протиборство технічним нововведенням аж до крайнього ступеня – фізичного придушення самого новатора. Питається, чому навіть очевидні, зрозумілі зараз школяреві переваги видатного винаходу колись здавалися примарними і без коливань відкидалися буквально «всім світом»? Чому логічно бездоганна, як кажуть, повірена алгеброю ідея, раз з’явилася на світ, не «вписується» відразу в реальний світ речей? «Алгебрі» тут явно чогось бракує,але чого ж саме?

Як усунути часом незриму, часом відверту протидію новинкам, що несуть технічний і культурний прогрес? Де приховані таємничі коріння цього опору?

Чи не пов’язані вони з чисто психологічними причинами? Інстинктивний страх людей перед усім незвичайним і незрозумілим? Бурю нарікань викликали пронизливі паровозні гудки, що розполохують дичину і доводять до істерики жінок і дітей. І навіть незвичайна швидкість пересування нерідко викликала активний протест, що доходив до курйозів. За висновком медичної колегії Баварії (1834 рік) настільки швидка їзда «повинна неминуче викликати у пасажирів хвороба мозку, особливий різновид буйної гарячки». Кореспондент американської газети повідомляв, що якийсь літній пан, який зловжив поїздками залізницею, виявився настільки «насиченим швидкістю», що кинувся на чавунний стовп і розніс голову на шматки.

Так, нове і справді здатне налякати. Але, з іншого боку, добре відомо й інше: разюче швидке освоєння деяких новинок. Так було, наприклад, в середині двадцятих років минулого століття, коли розважальні радіопрограми, вперше вийшли в ефір і викликали прямо-таки карколомний ефект. Світ тільки що не зійшов з розуму. «Протягом доби, – пише М. Вілсон, – мільйонів десять американців, кинувшись в магазини, придбали радіоприймачі з галеновими кристалами, застарілими вже років десять тому…» Виходить, що психологія споживачів – палиця про два кінці.

Але, може бути, в пригодах нововведень винні товстосуми, з їх традиційною боязню купити «кота в мішку» і втратити капітал? Подібні побоювання, здавалося б, легко зрозуміти, особливо коли мова йде про великі і безпрецедентні підприємства, що таять в собі неабияку частку ризику. Проте, жага збагачення і породжуваний нею азарт нерідко виявлялися куди сильніше чисто ділових міркувань «лицарів наживи». Історія техніки знає чимало прикладів, коли заколисані «вірними» аргументами і сп’янілі щедрими обіцянками експертів і «знавців», промисловці йшли ва-банк, всаджуючи великі кошти в ризиковані проекти, і опинялися на мілині. Так перший трансатлантичний кабель, прокладений ціною неймовірних зусиль прямо по дну океану і покликаний зв’язати Європу з Америкою, не працював всупереч усякій логіці і «здоровому глузду», хоча для прокладки його акціонери охоче виклали круглу суму — 350 тисяч фунтів стерлінгів.

«Винаходи завжди губилися і губляться досі завзятими бюрократами і не обізнаними в техніці профанами». Ця поширена версія спростовується, однак, гучними в різні часи скандальними провалами саме тих нововведень, які директивно насаджувалися зверху і «проштовхувалися» самою державою. Міни, що скидаються на парашутах, так і не прищепилися під час Другої світової війни, хоча автором цієї ідеї був сам лорд Черуелл — член кабінету і особистий науковий радник У. Черчілля, який користувався його необмеженою довірою.

Відомі випадки, коли в таборі переконаних песимістів і «консерваторів» виявлялися найвидатніші фахівці в даній області. Першовідкривач радіохвиль Г. Герц скептично ставився до радіозв’язку. Мабуть, досить важко оцінити швидку еволюцію епохальних відкриттів, що підганяється потужним технічним прогресом. Цю особливість тонко врахував свого часу більш практичний М. Фарадей, порівнюючи наукове відкриття з новонародженим, якому ще рости та рости…

До речі про винаходи та винахідництво, останім часом навіть з’явились спеціальні освітні програми, як от наприклад программа триз, яка покликана пробудити в дітей тягу до винахідництва, детальніше про неї дивіться на їхньому сайті

Чи тільки «пані Удача»!

Прийнято вважати, що більшість винаходів робиться так чи інакше випадково, іноді — не з волі автора. Дійсно, історія зберігає масу прикладів, коли азартна «гонитва за примарою» приводила до важливих винаходів. «Як правило, справжня значимість таких новинок не йшла ні в які порівняння зі скромними або навпаки, надто фантастичними претензіями їх «мимовільних» авторів. Американський складальник Хьятт, охоплений бажанням отримати штучну слонову кістку для більярдних куль (за що була обіцяна чимала премія), винайшов в 1863 році першу в світі пластмасу, яка під ім’ям «целулоїд» знайшла широке застосування і швидко розійшлася по всьому світу.

Невже багато винахідників просто щасливчики, яким випадково пощастило? Навряд. Будь-якій технічній знахідці передує досить тривала, часом болісна стадія пошуків. Ще задовго до успіху шукач як би налаштований на вірний результат. Такий зосереджений на чому-небудь, натхненний стан розуму, мабуть, різко загострює його здатність вихоплювати і аналізувати потрібну інформацію. І достатньо лише легкого натяку, швидкоплинного спостереження, а часом і просто перемикання уваги на інші турботи, щоб виник якийсь «резонанс» і оригінальне рішення раптом з’явилося з небуття як би само собою.

Подібна вибірковість і пильність зосередженого і тренованого розуму блискуче підтверджується незліченними прикладами того, як першовідкривач приходить до мети, користуючись навіть загальнодоступними і досить відомими відомостями.

Цікаве й інше каверзне питання. Чому до правильних, а часом і геніальних рішень нерідко призводять упереджені і навіть свідомо помилкові ідеї? Чи не пояснюється це дією горезвісної «виборчої статистики»? Справді, окремі сенсаційні досягнення, як відомо, довго зберігаються в пам’яті людей, а невдалі спроби, яким не має числа, геть забуваються. Однак навряд чи подібні аналогії придатні для творчих процесів, де всупереч голій теорії ймовірності діють свої закони.

Історія техніки зберігає пам’ять про численні жертви і катастрофи, пов’язані з грубими технічними прорахунками. І, тим не менш, факт залишається фактом: багато «неправильних», некоректних передумов досить часто дозволяють домагатися вражаючих успіхів як в теорії, так і на практиці. У чому ж тут справа? Мабуть, нові ідеї, що виникають в нашому мозку «самі собою», насправді — результат підспудної, не контрольованої дізнанням роботи мозку.

По-перше, обсяг вихідної інформації, використаної мозком, значно перевищує той, який ми свідомо «тримаємо в розумі». Є, ймовірно, і практично неусвідомлюваний запас інформації. По-друге, процес обробки цієї інформації мозком незмірно складніше тієї формальної логіки, на яку схильний спиратися (принаймні ми так думаємо) наш аналітичний розум. В результаті працюючий в такому «вільному режимі» мозок в значній мірі позбавлений від преса забобонів і традиційних рішень. Його інтуїтивні ідеї засновані в порівнянні з чисто розумовими твердженнями на набагато більш об’єктивному відображенні реального світу, вони можуть містити в собі і значно більшу частку істини.

Недооцінка підспудної, «алогічної» роботи творчого розуму призводить, мабуть, до того, що в халепу іноді потрапляють навіть визнані знавці, які не раз висловлювали і видатну проникливість і глибоке розуміння суті справи. Причина тут, напевно, в тому, що всяке «живе» явище при пильному розгляді завжди виглядає багато в чому несхожим з його схемою, що склалася заздалегідь в голові фахівця. Так, блискуча ідея заломити рентгенівські промені кристалічним тілом здавалася спочатку всього лише чистою грою розуму. Видатний німецький фізик А. Зоммерфельд вважав, що теплові коливання кристалічної решітки неминуче внесуть в експеримент безнадійний хаос. «Божевільна» спроба Г. Марконі передати радіохвилі через Атлантичний океан здобула несподіваний успіх, який привів до відкриття іоносфери і дозволив, в кінцевому рахунку, здійснити глобальний радіозв’язок.

Обидва приклади доводять: інтуїтивна впевненість в успіху великого фахівця виявилася сильнішою логічно бездоганних схем, заснованих, однак, на надто вузькому і формальному підході до задачі.

На замовлення або за натхненням!

Помилково вважати, що складний і суперечливий у своїй основі технологічний процес робиться лише якоюсь могутньою купкою великих винаходів, що дає початок мало не всім іншим нововведенням.

Ні, великий, строкатий і безладний «ярмарок» винахідницького марнославства. Занурившись в безмежний океан патентів і заявок на винаходи, можна розгледіти в ньому не тільки всі сторони нашого реального буття, а й виявити ще безліч уявних світів, заснованих на примарних цілях і уявних потребах людства. Іншими словами, винахідницька думка володіє колосальною надмірністю. А роль дрібних удосконалень в технічній еволюції як і раніше величезна. І як складно передбачити соціальні наслідки і справжню значимість будь-якого нововведення! Нерідко великий винахід може дійсно стати великим, лише отримавши несподівану підтримку з суміжної області. Так, різке здешевлення електроенергії дозволило нарешті налагодити комерційне виробництво одного з найважливіших металів — алюмінію. Подібно капіталам, що вкладаються в нову золоту копальню, приплив винахідницької активності в молоду галузь має виразний максимум, а потім спад. Це пов’язано не тільки з природним виснаженням «новаторського потенціалу», але і неухильним зниженням рентабельності самих винаходів.

Століттями строкатий потік нових технічних ідей безнадійно йшов в пісок і лише зрідка, потрапивши на благодатний грунт, приносив плоди. При цьому реальний успіх визначався швидше щасливою грою випадку, ніж талантом творця нововведення.

Положення почало, однак, змінюватися вже в кінці XIX століття, коли Едісон створив під своїм початком цілу винахідницьку фірму, що налічувала близько сотні співробітників. З тих пір число організацій, що займаються відбором перспективних технічних ідей і їх випробуванням, стало швидко зростати, причому штати таких організацій вимірювалися спочатку сотнями, а потім і тисячами «одиниць». У підсумку поступово набули право на життя такі, здавалося б, дивні поняття, як «колективне винахідництво» і «запланований винахід».

Все це стало прямим наслідком успіхів нормативного прогнозування, заснованого на ретельному виборі ключових цілей і концентрації на них громадських зусиль. Але як в такій ситуації керувати науково-технічними розробками? Питання це далеко не просте. Зрозуміло, що ніким не керовані прикладні дослідження можуть призвести до анархії, марнотратства та краху. Не менш плачевно, однак, і завзяте адміністрування, що переважає природну свободу творчого пошуку. Виявилося, що важливі рішення тут повинні йти з самого переднього краю пошуку, тобто диктуватися самими виконавцями робіт. На думку керівника однієї американської компанії, компетентність відповідальних за науково-дослідні роботи осіб швидко падає в міру підйому по сходах ієрархічної драбини аж до її вищої ланки — Ради віце-президентів компанії, яка примудряється помилятися у всіх випадках.

Далеко не очевидний для винахідника принцип «хто шукає, той знаходить» блискуче виправдовує себе, якщо мета (нововведення) обрана коректно, а на чолі пошуку стоїть великий вчений. Згадаймо, що атомна бомба, а дещо пізніше транзистор були винайдені «на замовлення», що спирається, однак на «добро» фундаментальних наукових міркувань. Успіх такого націленого винахідницького пошуку обумовлений і тим, що в ньому бере участь цілий загін фахівців і експертів, здатних всебічно оцінити завдання і оптимізувати його рішення.

В результаті лабораторії великих компаній і прикладні НДІ відіграють провідну роль в НТР. Саме завдяки їм технічний прогрес у багатьох галузях зобов’язаний інтегральному впливу безлічі дрібних винаходів «раціоналізаторського» типу, зроблених якраз в промислових лабораторіях.

Помилково вважати, однак, що «винахід на замовлення» — вже освоєний процес, що вимагає лише матеріальних засобів і команди згори. Про надзвичайну складність такого шляху свідчить хоча б приклад, що наводиться американським вченим А. Роузом. Уявімо, що нам доручено створити світлочутливий матеріал, що складається з безбарвних мікроскопічних зерен. При поглинанні лише декількох фотонів всі десять мільярдів (!) молекул кожного з таких зерен повинні тут же «почорніти», тобто стати непрозорими для світла. Матеріал зобов’язаний зберігати таку властивість і не реагувати на тепловий «шум», принаймні, протягом року, а проявлені чорні зерна — бути настільки ж стабільними. Ви, звичайно, здогадалися, що мова йде про звичайну фотоплівку. І розумієте, як важко довелося б винахідницькому колективу, який отримав би подібне «замовлення».

Чи потрібні нам кулібіни!

І все ж не слід думати, що винахідники-одинаки, зігравши свою величну і драматичну роль, можуть спокійно зійти зі сцени. Розгляд кількох десятків найбільших винаходів нашого часу показує, що кожний другий (!) з них зроблений одноосібно. До числа таких винаходів відносяться, наприклад, один з перших типів реактивного двигуна, автоматична коробка передач, кондиціонування повітря, целофан і бакеліт.

Така статистика викликає подив, враховуючи міць сучасних лабораторій, з одного боку, і скромні засоби допитливих одинаків — з іншого. Але ж винахідництво – найтонший творчий процес, основні механізми якого як і раніше не ясні.

Спеціальні психологічні тести показали, наприклад, що справжнім бичем колективної творчості служить підсвідома схильність людей розділяти вже сформовані уявлення і мимоволі підлаштовуватися під думку більшості. Тому важливою евристичною перевагою винахідників – «анахоретів» служать сміливість уяви і оригінальність мислення, тобто саме ті якості, які помітно притупляються при груповій роботі над винаходом. Характерно також, що винахідники зазвичай аж ніяк не молоді, а скоріше люди зрілого віку. Так, за даними Леміні, авторам понад півтисячі великих винаходів в середньому 37 років. Вік, за твердженнями психологів, відповідний максимальній творчій активності.

Чимале значення мають й інші фактори. Наприклад, ставка на швидкий прибуток не дозволяє розважливому підприємцю нескінченно возитися з «бридкими каченятами», яким потрібні ще роки і роки, щоб перетворитися в «лебедів». З іншого боку «божевільна ідея», доведена все ж допитливим винахідником-відлюдником «до розуму», охоче купується солідною компанією і, незважаючи на великі витрати, впроваджується в кінці кінців в промисловість з чималим прибутком.

Так було, наприклад, з ксерокопіюванням, винайденим Ч. Карлсоном і випестуваним протягом декількох років потужною «Галоїд корпорейшн». Аналогічним шляхом були введені в ужиток синтетичне волокно, телебачення, заморожені харчові продукти, персональні комп’ютери і ряд інших найбільших нововведень. Нарешті, важливо і те, що незалежні винахідники, принаймні, найбільш щасливі з них, давно перестали бути неотесаними ремісниками або фанатичними дилетантами. Багато з них — визнані фахівці в своїй області, хоча і вважають за краще ганятися за «жар-птицею» поодинці, в кращих традиціях героїв Уеллса і Бєляєва.

Не секрет, однак, що поряд з досить обмеженою когортою по-справжньому талановитих винахідників, цих справжніх героїв технічного прогресу, завжди були і не зникли в наш час численні маніяки, просто шарлатани, які намагалися — іноді не без успіху — обдурити публіку, погріти руки на дутих «винаходах». Характерно, що при всьому різноманітті і витонченості подібних типів відмінною їх рисою була якраз підкреслено вузьколоба постановка завдання, що поєднується до того ж з прихованим або явним дилетантством.

Як дорослішають новинки

Коли винахід починає користуватися попитом і «давати навар», він по праву іменується вже технічним нововведенням, тобто винаходом, який завоював реальне право на життя. До цього етапу – будь-який, навіть найяскравіший і перспективний на вигляд винахід – всього лише горезвісний «кіт у мішку», за подальшу долю якого ніхто не поручиться. Помічено, що якщо щасливий збіг обставин і призводить зрідка до винаходу, то на наступний щабель — до нововведення — майже ніколи. Не дивно, адже перехід «винахід — нововведення» самий трудомісткий і дорогий етап в житті новинки. Він розтягується, як правило, на кілька років, а то й десятиліть.

Наприклад, бавовнозбиральну машину і гірокомпас «доводили» більше п’ятдесяти років, телевізор і застібку «блискавка» — понад двадцять років, а кулькову ручку і годинник з самозаводом — «всього» шість років. Часто-густо така доробка пов’язана з вирішенням несподіваних і цілком самостійних проблем. Наприклад, випуск транзисторів зажадав отримання надчистих речовин, виробництво керованих ракет – небачених раніше жароміцних сплавів. За деякими даними найкоротший часовий лаг (час перетворення винаходу в нововведення) мають механічні винаходи. Далі йдуть хімія, фармацевтика і лише потім — електроніка.

За деякими даними більше половини науково-дослідних тем, що розробляються великою компанією, виявляються безперспективними і закриваються. Потім з кожних десяти новинок, що пройшли наукові, конструкторські, інженерні розробки, добра половина капітулює перед виробничими і ринковими випробуваннями, а з інших тільки дві дають відчутний комерційний успіх. Цікавий і такий показник: фактична вартість інженерно-конструкторських розробок незмінно виявляється вище кошторисної в кілька разів! При цьому терміни розробок зазвичай затягуються в середньому в півтора рази. Очевидно, що з огляду на таку високу вартість перетворення ідей в реальні речі не терпить розхлябаності і вимагає вмілого керівництва, цілеспрямованості, наукового прогнозування.

Етап комерційного промацування і громадського випробування технічно цілком сформованого нововведення називають іноді інкубаційним періодом. Прискорена реалізація новинок пов’язана, в першу чергу, якраз зі скороченням цього періоду.

Чималим стимулом на жаль служить і військова обстановка. Саме їй зобов’язані ми появою в побуті не тільки літаків і радарів, а й харчових консервів і навіть розчинної кави, рецептура якої, розроблена німецьким хіміком Ю. Лібіхом ще в XIX столітті, перебувала в секреті аж до Другої світової війни.

Одним словом, з величезного потоку зовні цілком грамотних і обгрунтованих пропозицій в портфель конструктора після довгих поневірянь потрапляють лише деякі. Наприклад, в Міністерстві оборони США з кожних двох десятків ретельно відібраних для випробування наукових ідей тільки п’ять доходять до поглиблених розробок і всього лише одна-дві — до робочого проектування. У підсумку в Збройних силах застосовують максимум одну ідею з двадцяти.

Долю окремих винаходів вирішують, в кінцевому рахунку, не думки і дії окремих осіб, а загальна ситуація, детальний аналіз якої ще на початку минулого XX століття був практично недоступний не тільки одинакам, а й цілим колективам, які намагалися прогнозувати майбутнє. Тепер багато оригінальних і перспективних, з чисто технічної точки зору, пропозицій тихо «ріжуться» по ряду параметрів, про саме існування яких часто не підозрює не тільки автор винаходу, а й люди, які всіляко йому сприяють.

Державні комісії та офіційні експерти, що давали свого часу зелене світло недозрілій новинці, так чи інакше ігнорували системний підхід і допустили в результаті вирішальну помилку. З іншого боку, навіть геніальні технічні знахідки «консервувалися», надовго зникали з поля зору. Японські системотехніки та патентознавці були, мабуть, першими, хто зрозумів важливість і організував регулярний перегляд відкинутих і забутих винаходів.

Трохи про «авторське право»

Торкнемося тепер такого делікатного питання, як авторство винаходу. Улюблена публікою версія свідчить, що якийсь істинний «батько» новинки просто змушений садити собі на шию цілий синкліт безсоромних паразитів «співавторів», причому виключно заради «проштовхування» свого кровного дітища. І справді, історія винахідництва знає чимало подібних випадків, що стосуються, до речі, не тільки дрібних, але і видатних винаходів.

Однак не слід забувати і корінних змін, які відбулися за останні десятиліття в господарстві винахідників. Перш за все, відомий вже нам термін «колективне винахідництво» тепер має не тільки публіцистичний, але і строго юридичний сенс, закріплений, наприклад, у вигляді авторських свідоцтв, де в якості заявника виступає підприємство або організація. Далі, всупереч ходячій думці, видача авторського свідоцтва або патенту аж ніяк не означає «заморожування» творчої активності на наступній стадії — перетворення винаходу в нововведення. Швидше навпаки, саме на цьому етапі народжується феєрверк нових ідей, що закріплюються зазвичай як самостійними, так і залежними патентами.

Суворі ревнителі персонального авторства часто не розуміють, що болісне «вживлення» винаходу в людську практику — це, перш за все творчість, що вимагає і найтоншого чуття, і логічної сміливості, і сміливості уяви. Про це свідчить, наприклад, історія великих винаходів, «доведення» яких розтягувалося іноді на цілі епохи. Щось подібне відбувається і з сучасними винаходами. Народжене таким шляхом нововведення нерідко схоже на свого прабатька не більше, ніж витончений дамаський клинок — на розпечену сталеву болванку. Звичайно, творча участь кожного зі співавторів зазвичай далеко не однакова. Але спробуйте-но практично виокремити внесок кожного в загальний котел!

Так звідки ж, в підсумку, беруться нові технічні ідеї? Якби тільки знати…

Автор: А. Сілін, доктор технічних наук.