Экономична мудрость бытия,
Все новое в нем шьется из старья
Шекспир
Высказанные положения ни в коем случае не претендуют на ранг истины в конечной инстанции. Они только отображают мнение автора о возможном развитии технических систем с учетом действующих в природе законов самоорганизации и саморазвития, а так же основных положений ТРИЗ (теории решения изобретательских задач).
Автор считает, что создаваемый человеком искусственный мир техники, по мере своего развития, будет неизбежно сближаться с миром природы, сливаться с ним и, наконец, исчезнет, став частью самой природы. (Впервые мысли об «исчезновении» технической системы и превращении ее в природную были высказаны автором в «Журнале ТРИЗ» № 7 за 1993 год (компьютерный вариант).
В МИРЕ САМООРГАНИЗАЦИИ И САМОРАЗВИТИЯ
В час важнейшего в мире открытия
Мне открылось, гордыню гоня,
Что текущие в мире события
Превосходно текут без меня.
Игорь Губерман
Из раннего детства у меня сохранилось одно, достаточно сильное воспоминание.
Однажды я оказался один в незнакомом доме и несколько часов был полностью предоставлен самому себе. Конечно же, было интересно обследовать весь дом.
В результате исследований выяснилось, что полки с посудой держались не очень прочно, а в ванной, – если зажать кран пальцем, образуется шикарный фонтан, который доставал до всех стен и потолка. Но более всего меня привлекли старинные маятниковые часы, которые стояли на полу в гостиной комнате и мирно тикали.
Я стал пристально их рассматривать, и заметил, что минутная стрелка еще как-то двигалась, но часовая прямо-таки застыла на месте. Конечно, часы были неисправными, и им требовался срочный ремонт! Как у всякого уважающего себя мальчишки, у меня в кармане всегда были какие-то гвоздики, проволочки, шайбочки и прочие, очень нужные вещи. С их помощью я снял стрелки, отогнул циферблат и заглянул во внутрь. Там дергались какие-то колесики и шестеренки, явно мешая друг другу. С ними я решил разобраться чуть позже. Вначале нужно было решить проблему с маятником - он почему-то не вращался, как все остальные детали, а просто очень медленно качался. Конечно, это и было главным недостатком часов! Мне все стало понятно, и я с удовольствием принялся за ремонт.
Закончить его мне не удалось – чья-то сильная рука извлекла меня из часов и поставила на пол в угол комнаты. Что было дальше, вспоминать уже не интересно.
Прошло много лет. Я уже работал механиком на одном из заводов, а свободное время посвящал своему хобби – ремонту механических часов.
Однажды наш старый семейный знакомый принес мне на ремонт большие механические часы, которые поразили меня своей красотой, изяществом и уникальностью конструкции. Таких часов я никогда ранее не видел и потому, затаив дыхание, с величайшей осторожностью приступил к их осмотру. Понадобилась только небольшая регулировка анкерного механизма и капелька чистого машинного масла, чтобы часы вновь пошли, мерно отстукивая секунды. Я был рад тому, что мне не пришлось в этих часах что-либо менять или перетачивать, - они были само совершенство, а потому всякое изменение только бы ухудшило их.
Однако я обратил внимание на странные глубокие царапины, которые были на циферблате и маятнике. Зачем какой глупец это сделал?! И тут я с великим стыдом вспомнил из своего детства тот самый “ремонтный” день, когда чуть было, не погубил совершенство. Это были те же самые часы…
Уважаемый читатель, не кажется ли вам, что, нечто подобное происходит и в истории человечества? Я имею в виду не отношение к часам, я имею в виду отношение человека к природе.
По некоторым источникам, человеку прямоходящему более двух миллионов(!) лет, как виду «хомо сапиенс», т.е. человеку умелому, - 400 тысяч лет. Но только в последние 10 тысяч лет человек начал осознавать, что существуют законы природы, которые позже были названы законами физики, химии, аэродинамики и так далее. И не более двух тысяч лет назад человек стал активно вмешиваться в природу и, с помощью искусственно создаваемых технических систем, видоизменять и приспосабливать ее к своим нуждам. (Гегель в своем труде «Философия природы» замечает: «Разум дал человеку возможность направлять против одних естественных сил другие и, стоя за этими силами, сохранять себя»).
Но, повышая эффективность своей техники, мы стали замечать, что наши действия во многом не согласуются с природой, необратимо разрушают ее и делают менее приспособленной к жизни.
Мы забыли, что являемся частью природы, что мы ее дети и никак не можем командовать ею и пренебрегать законами ее саморазвития. И пока у нас не хватало силенок «покорять» природу, дела на Земле шли не так уж плохо. Не взрывались атомные реакторы, не возникал парниковый эффект, не страдало живое от иммунодефицита. Мы, и только мы, породили эти проблемы.
Природа терпеливо ждет нашего взросления, но порой уже слышны ее строгие окрики и предупреждения.
Понимая, что мир объективен, мы соглашаемся с тем, что он существует вне нас и функционирует, не зависимо от нас: звезды загораются, не спрашивая нашего разрешения, ветры дуют, не зависимо от того, хотим мы этого или не хотим, реки выбирают свои пути, не согласовывая их с нами. Так было всегда и, вероятно, будет вечно. Потому что существуют в природе законы самоорганизации и саморазвития, по которым многие миллионы лет живет планета и нарушать которые не дано никому. Однако, обладая известной долей разума, и создавая для себя искусственный мир техники, мы многое делаем неправильно.
Всем известна трагедия Аральского моря. Реки, впадающие в него, были разделены на тысячи ручейков-арыков и направлены на поля. Нарушился естественный водный баланс целого региона. Море высохло, почва на полях засолилась, стала бесплодной, и в итоге безжизненного пространства образовалось куда больше, чем было его раньше. А случилось это потому, что мы не учли самообразующихся и саморазвивающихся процессов природы. Дело в том, что на упомянутых территориях под почвой на небольшой глубине находится глиняный слой, который задерживает воду, просочившуюся из арыков. Растворив глину, вода в силу капиллярного эффекта почвы вновь поднимается на поверхность и, испаряясь, оставляет после себя совершенно неплодородные вещества.
К сожалению, таких примеров деятельности человека можно приводить много.
Мы еще четко не осознаем что законы самоорганизации и саморазвития всепроникающие и неуничтожимы. Где-то на интуитивном уровне мы стремимся к ним и восхищаемся теми решениям в технике, в которых максимальный результат достигается минимальными средствами. Как правило, в таких решениях присутствуют самоорганизующиеся природные процессы.
Вот несколько примеров.
Тысячелетия человечество пашет землю, и чем глубже, тем, считается, лучше. Российский крестьянин-агроном Терентий Мальцев первым осознал, что глубокая вспашка земли безнадежно портит структуру почвы и изменяет протекающие в ней биохимические процессы. Допустимо только легкое рыхление поверхностного слоя. Опыты, проводимые им в течение нескольких десятилетий, доказали правильность этой мысли. Сегодня многие развитые страны уже отказались от глубокой вспашки земли под зерновые культуры и, сохраняя ее естественную структуру, получают высокие урожаи.
Более того, во многих случаях вредным оказывается даже и рыхление почвы. Несмотря на то, что человек придумал сотни типов культиваторов, но лучше всего рыхлят почву обыкновенные дождевые черви. Проделывая в ней тысячи проходов и не вредя растениям, черви не только доставляют к корням влагу и воздух, но и обеззараживают почву и удобряют ее. Многие фирмы мира заняты сегодня искусственным выращиванием дождевых червей и их поселением на сельскохозяйственных угодьях.
В большинстве своих «творений – изобретений» мы только пытаемся повторить то, что уже есть в природе, что было сделано до нас.
В одном из институтов более десяти лет разрабатывался особопрочный бетон для водопропускных каналов ГЭС. Дело в том, что при быстром движении потоков жидкости в ней возникает эффект кавитации с образованием множественных пузырьков газа, которые, схлапываясь, создают точечные перепады давлений, разрушающие бетон.
А как в подобной ситуации поступает природа?
Чтобы узнать это, нужно подойти к любой горной речке и посмотреть камень, который сотни, а может и тысячи лет, лежит на самой ее стремнине, но не имеет заметного кавитационного износа. Почему? Шершавые бока камня обросли мхом и водорослями, они-то и сглаживают вихревые потоки воды.
Интересно и то, что сами растения, предохраняя камень от разрушения, обретают для себя надежную опору в питательной, но быстротекущей среде. Вероятно, институту стоило бы подумать над созданием водоводов, на поверхности которых росли бы водоросли…
Многие тайны самоорганизации нам еще неизвестны, и многое предстоит узнать. (На первых обитаемых космических станциях американцы применяли смесь для дыхания, в которой отсутствовал азот, так как он считался не нужным для жизнедеятельности организма. Однако выяснилось, что без азота человек быстро устает, а в его организме возникают серьезные нарушения. На последующих станциях дыхательная смесь уже содержала азот, и в том соотношении, который имеется на Земле).
Десятилетиями изучая законы аэродинамики и поднимая в небо сотни типов летательных аппаратов, мы вдруг обнаруживаем, что майский жук, по «нашим» законам аэродинамики летать не должен, но он, тем не менее, летает. Причем полет этого жука более экономичен и рационален, чем полет любого из придуманных нами устройств – самолетов, вертолетов и прочих летательных аппаратов тяжелее воздуха.
Взгляните на дерево, и вы увидите другое чудо.
Несколько квантов солнечного света, поглощаемых зерном хлорофилла, порождают в листьях вещества, которых нет ни в почве, ни в земле, ни в воздухе. Откуда они взялись? Как листик мог их построить, кто дал ему информацию о структуре и организации этих веществ?
Мы только начинаем познавать мир, но и то малое что мы приобрели, убеждает нас в том, что техника - есть видоизмененный, модифицированный элемент природы, следовательно, и в ней должны использоваться те же самые принципы самоорганизации и саморазвития вещества, которые имеются в природе.
Анализ изобретений высокого уровня подтверждает этот вывод.
Приведем лишь несколько примеров.
Природное явление – «Самоусиление электромагнитных волн, проходящих через среду с наличием избыточной концентрации возбужденных частиц» (Открытие СССР, № 12, 1951 г.). На основе этого открытия создана новая наука – квантовая электроника –, и новые технические системы – мазеры и лазеры, новые виды сверхдальней связи, новые способы обработки материалов и т.д.
Природное явление – «Самофокусировка пучка заряженных частиц в однородном переменном электрическом поле» (Открытие СССР, № 350, 1968 г). Открытие дало возможность создать новое поколение линейных ускорителей ионов.
Природное явление – «Самосинхронизации вращающихся тел (роторов)» (Открытие СССР, № 333, 1948 г.). Оказывается, если вращающиеся элементы установить на одно общее основание, то они начинают самоподстраиваться друг к другу и делают это без каких-либо вспомогательных устройств. На основе этого открытия разработан целый класс новых вибрационных устройств – конвейеры, питатели, мельницы, флотационные машины и другие.
Всем известный эффект избирательного переноса при трении (эффект безызносности и самовосстановления) впервые был представлен в виде изобретения. Значительно позже выяснилось, что это явление носит универсальный характер, и оно было признано открытием (Открытие СССР, № 41, 1959 г.).
Требование к уменьшению габаритов радиотехники привело к созданию атомарно-молекулярной самосборки радиотехнических деталей, при которой молекулы или атомы нужного вещества сами объединяются в группы, образуя нужный радиоэлемент. Появляется возможность вместить в один кристалл целое семейство ЭВМ, обладающих уникальными возможностями! Более того, в микроэлектронной технике все большее применение начинают находить органические ячейки памяти, в качестве которых используют различные микроорганизмы.
Примеров можно приводить еще многие сотни, но вывод будет один – технические системы только тогда эффективны и наносят минимальный вред природе, когда в них используются самоорганизующиеся и саморазвивающиеся природные процессы.
Гений Альтшуллера, автора теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, сформулировал это требование в виде понятия «идеальной технической системы», когда «все делается само» (Альтшуллер Г.С. Найти идею. Новосибирск. Наука. 1986 г.). И это не есть выдумка человека или какой то методологический прием, это есть закон самоорганизации, закон, по которому живет природа и которому должны следовать мы.
Умный доктор не лечит больного, а устраняет причины нарушения самоорганизующихся процессов в организме, который затем уже сам устраняет свои неполадки. Это наиболее эффективный метод лечения.
Умный учитель не учит, а, используя природную поисковую активность ученика, организовывает для него процесс самопознавания. Это наиболее эффективный метод обучения.
Умный инженер, не разрабатывает чуждую природе технику, а использует ее силы для достижения своей цели.
Не зря восточная философия утверждает, «мудрый ничего не делает…».
Многое можно пересмотреть в изобретательской деятельности, если в полной мере познать, осознать и использовать природные процессы саморазвития. (О необходимости задействовать в инженерной практике понятия «самоорганизации» и «саморазвития» систем высказываются многие специалисты. В.Г. Сибиряков в статье «Синергетика и ТРИЗ» (Журнал ТРИЗ №1 за 1997 г), Р.В. Радшун в статье «Почему оправдано распространение ЗРТС на системы любой природы» (Журнал ТРИЗ №1 за 1997 г) и другие). Но для этого нужно понять сущность самоорганизации и основные механизмы ее действия. Попробуем это сделать.
Окончание статьи
