Морфологічний ящик природи

А.Н. Кондратьєв

п. Іллічова Льон. області

січня 2002

"Ніщо не заважає повторити шлях, пройдений при побудові теорії винахідництва, і побудувати теорію вирішення наукових завдань, теорію откривательства.

При цьому потрібно шукати в науці інваріанти тих об'єктивних закономірностей, які діють в техніки, у винахідництві "

Г.С. Альтшуллер [2]

За визначенням В.В. Митрофанова зробити відкриття - це означає, знайти причину явища. Знайти причину, пояснити генезис - ось завдання вченого.

При вивченні будь-якого явища природи необхідно мати якусь програму дій по виявленню причин явищ. В.В. Митрофанов створює алгоритм вирішення наукових завдань [11]. Зараз він розробляє комп'ютерну "Машину відкриттів".

1. Анотація

У цій статті я хочу запропонувати ще один прийом, який підказує шлях вирішення наукових завдань. Його можна назвати "Морфологічний ящик природи".

Суть цього прийому полягає в складанні багатофакторної таблиці або n-мірного куба набору близьких за природою явищ. Осями цієї таблиці є причинні осі.

Багатомірний морфологічний ящик природи дозволяє нам з розумінням підходити до розбору досліджуваного явища. Парадоксально, але вивчення того явища, яке якраз і треба вивчити, дуже мало дає нам. На порядок більш продуктивно вивчати не саме явище, а розглядати весь набір аналогічних за природою явищ. Виявляються нові причини, нові закономірності і навіть нові явища.

2. Різноманіття явищ на одному ієрархічному рівні

Явище природи ніколи не буває саме по собі, поодинці, унікально. Найчастіше існують багато інших схожі й несхожі явища, які трохи або значно відрізняються від нього. Або ж саме явище під впливом зміни рушійних причин або обмежуючих факторів може проявлятися по-іншому, змінювати свою форму.

Кожне явище природи не існує унікально, навколо нього є безперервний ряд явищ-"сусідів" по визначальним факторів.

3. Причинний ось

Набір явищ-"сусідів" можна збудувати по визначальною причинного осі.

Вченій зручно уявити причину явища як ось - "причинний" ось, а різні явища (або форми прояву явища) розставити по цій осі.

Наприклад, однією з головних рушійних причин утворення різних типів руслових процесів є відносна транспортує здатність потоку [6]. З цієї визначальною осі типи руслових процесів шикуються у такому порядку:

руслових багаторукавну

стрічково-грядовий тип

побочневий тип

нерозвинене меандрірованіе

вільне меандрірованіе

Звідси можна сформулювати правило пошуку факторів (як причин, так і обмежують умов) досліджуваного явища:

Знайди схожі явища,

збудую їх у такому порядку, щоб плавно і безперервно мінялася морфологія (зовнішній вигляд або інші результуючі параметри цих явищ).

Спробуй визначити, який зовнішній фактор зумовлює таке зміна явищ.

Цей алгоритм підказує причину досліджуваного явища.

Крім того, цей алгоритм дозволяє шукати нові явища. У знаменитій статті Г.С. Альтшуллера [1] описується, як відкривати нові явища.

Білі плями. Для виявлення нових явищ треба шукати білі плями (пропуски) у ряді явищ, розташованих по визначальною причинного осі.

Так вийшло у Менделєєва, коли він у ряді хімічних елементів дозволив собі зробити пропуски, припустив, що можуть бути ще якісь невідомі елементи, які розташовані між відомими.

Переступити межі. Такі ж білі плями завжди є і за межами відомих явищ. Треба задатися питанням: "А що може бути ще більше (менше, сильніше, і інші "-її"), ніж наше найбільше (і т.д.)? "[4]. Іноді виявляється, що яке-небудь інше явище, яке зазвичай ставиться до іншого класу (виду тощо), насправді є різновидом ознаками.

Наприклад, так було з'ясовано, що крім відомих режимів руху рідини: ламінарного і турбулентного, існує і третій режим руху рідини, який ламінарні ламінарного - кавітація. Раніше помилково кавітація відносилася не до режимів руху рідини, а називалося "особливим станом" рідини. Вибудовування відомих режимом руху рідини по визначальною осі (відношення швидкості руху окремих обсягів рідини до швидкості руху усього потоку) показало, що при ламінарному русі ці швидкості рівні, а при турбулентному швидкість окремих обсягів більше. Це призвело до пошуку режиму, при якому швидкість окремих обсягів, навпаки, менше, ніж швидкість руху за все потоку рідини. Це кавітація. Кавітація - протилежність турбулентного режиму [8].

Зайвий елемент. Вибудовування явищ за причинного осі дозволяє розібратися в правомірності пояснення причин утворення цього ряду явищ одним фактором. Бувають випадки, коли деякі явища неправомірно шикуються з якої-небудь визначальною осі.

В гідроморфологіческой теорії руслового процесу розгалужені русла (заплавна багаторукавну) помилково була поставлена в ряд з нерозгалужених типами руслових процесів [9]. З'ясувалося [3], що всі інші типи руслових процесів, дійсно, визначаються відносної транспортує здатністю потоку, а розвиток заплавних протока визначаться іншим руслоформірующім фактором - затопляемостью заплави [10].

Причинні осі дозволяють шукати нові явища. Для цього треба використовувати прийоми "переступити межі" і "білі плями".

Вибудовування явищ за причинним осях і пошук зайвих елементів дозволяють знаходити нові фактори.

4. Причина явища лежить на більш високому ієрархічному рівні

Причину явища необхідно шукати не на рівні самого цього явища, а на наступному, більш високому, загальному ієрархічному рівні.

Наприклад, для того, щоб відповісти на запитання, чому ріки меандріруют, марно шукати причину, описуючи само меандрірованіе. Необхідно поставити питання ширше: чому річки бувають різні - розгалужені, прямі і звивисті. Розібравшись у загальних причини освіти всіх типів руслових процесів, ми автоматично отримуємо відповіді на запитання про причини освіти будь-якого типу руслових процесів.

Вивчення меандрірованія нічого не дало до пояснення причин утворення меандрірованія. Пасткою були пояснення типу: річка меандрірует, тому що вона звивиста (як у Б.Ф. Сніщенко [9]), або: річка меандрірует, тому що це властивість потоку! Ніби немає інших річок - розгалужених і прямих. Але ж до такого висновку можна дійсно прийти, якщо весь час бачити перед собою тільки звивисті річки. Є навіть фахівці з меандрірованію, фахівці з побочневу типу. Мене хотіли зробити "спеціалістом з заплавній багаторукавну". Капкан однобокості не дозволяє розібратися в приватному питанні. Тільки розгляд всіх типів руслових процесів дозволило зрозуміти причину меандрірованія.

Вивчаючи будь-який явище, можна розібратися лише тільки у властивостях цього явища. Це буде вивчення, але не розуміння.

Для знаходження причин явища треба, насправді, звернутися до вивчення наступного, більш високого ієрархічного рівня. Тоді буде розуміння причин явища, а потім і суті самого явища.

Це дасть можливість не тільки опису процесу, але і його прогнозу і навіть управління ім.

5. Головні фактори

Будь-яке явище -- результат величезного (практично нескінченного!) кількості факторів.

Я напівсерйозно говорив про вплив фаз Місяця на розвиток закрутів річок і зміна типів руслових процесів (у моїй неопублікованою книзі "Русла рівнинних річок"). І це, дійсно, так. Звичайно, фази Місяця на самом деле, визначають тип руслових процесів. Але, в той же час, вплив цього чинника мало.

Дослідникові природи з усього розмаїття причин завжди можна (або доводиться?) вибирати кінцеве, часто невелика кількість визначальних чинників. На це є і об'єктивні, і суб'єктивні причини.

Об'єктивно є причини головні і другорядні.

Наприклад, для руслових процесів головна причина - це відносна транспортує здатність потоку, відносне затоплення заплави, відносна ширина долини, відносна редукція стоку, рослинність та інші обмежують фактори.

Цікаво відбувалася історія з силою Коріоліса, як руслоформірующім фактором. Спочатку, 100 років тому, цей чинник вважався одним з основних факторів, що визначають хід руслових процесів, і навіть освіту меандрірованія приписувалося цього фактору. Потім, навпаки, вплив сили Коріоліса стало повністю заперечуватися, згадка про неї стало єретичні. Насправді роль Коріолісовой сили порівняти з впливом фаз Місяця - воно є, але мізерно. Їм можна знехтувати при прогнозі руслового процесу. Таку ж роль відіграє і температура води, хоча в літературі висловлювалися різноманітні цікаві суперечливі судження про вплив теператури води на руслових процесів водотоків.

Цікаво, що інші головні причини, які грають самі по собі велику роль у формуванні процесу, можуть вільно чи мимоволі випускати вченими з розгляду через малої мінливості цих причин.

Наприклад, сила тяжкості, швидкість обертання планети, щільність рідини (води), звичайно, роблять величезний вплив на формування річок, освіта і типів руслових процесів. Але у зв'язку з тим, що всі досліджувані людьми річки знаходяться на Землі, сила тяжіння та швидкість обертання Землі поступово пішли від уваги дослідників. Швидкість обертання Землі визначає вище згадану силу Коріоліса. Дійсно, що було б, якщо швидкість обертання Землі була іншою - Більше в 100 разів, або менше ... Як змінилися б річки? А якщо б швидкість обертання Землі змінювалася з року в рік, або обертання міняло б напрям? Можливо, що тоді б одним з основних чинників руслоформірующіх якраз стала б швидкість обертання планети або інше природне явище, яке б у свою чергу залежало б від обертання Землі.

Зараз з'явилися цікаві фотографії річок на Марсі (або слідів річок), які є результатом танення полярних шапок. Безліч незмінних на Землі факторів там можуть бути іншими, там і щільність рідини водотоків може бути іншою. Швидше за все, зараз нам не зробити прогноз розвитку русел на Марсі, спираючись тільки на закони формування русел, виявлені на Землі.

Русловий процеси цікаві тим, що в них до сих пір не з'ясовані закони формування русел (або з'ясовані в зародковій ступеня). Русловеденіе до цих пір знаходиться на одному з перших етапів розвитку науки [5]. Тут все ще Сонце обертається навколо Землі, якщо тільки Земна твердь не перебуває на слонах. Наприклад, в книзі [9] стверджується, що річка меандрірует тоді, коли вона звивиста.

Цікаво, що пропонована в цій книзі типізація руслових процесів відображає типи руслових процесів тільки рівнинних річок. Мало того, тільки заплавних річок (частіше використовується термін - "шірокопойменние річки"). Але в книзі ця типізація руслових процесів підноситься як типізація всіх річок. Так склалося історично, що в Європейській частині СРСР вивчалися тільки рівнинні річки, і це зазначалося в ранніх оригінальних працях основоположника цієї школи Н.Є. Кондратьєва. Для рівнинних річок і була створена типізація. (Нехай, і не повна, і суперечлива, але революційно передова на той час). Потім поступово, непомітно, вона була поширена на всі річки, що просто не грамотно.

У величезному кількості визначальних чинників для дослідження необхідно виділити основні (головні) фактори.

6. Причина та обмеження

Для будь-якого явища є визначальні фактори двох типів:

1) рушійні активні причини,

2) обмежуючі умови, рамки, пасивні "причини", умови розвитку явища.

Рушійні причини та умови протікання за вкладом в прояв факту розрізняються. Хоча зовні два випадки: (1 - відсутність рушійних причин і 2 - наявність такої причини при дії обмежує фактора) можуть виявлятися схожим чином [3]. Але вони схожі тільки морфологічно, а не генетично. Наприклад: нерозвинене меандрірованіе і обмежене меандрірованіе річок. Тут ми побіжно пробігаємо цей істотне питання, відсилаючи Вас до статті [3], де описуються різні види меандрірованія і причини їх утворення. Розуміння різниці впливу діючої причини і обмежуючих умов дуже важливо. Не можна потрапляти на вудку неправильно витлумачені протилежної експерименту.

Сам по собі протилежний експеримент є дієвим прийомом вирішення наукових завдань. Він описаний В.В. Митрофановим в книзі [11]. Але можливість появи двох випадків, перерахованих на початку цього абзацу, вимагають уважного підходу до визначення причин явища при використанні цього прийому. Можливий так званий помилковий протилежний експеримент [7].

Для опису явищ і процесів рухаються причина і обмежують умови можуть вважатися рівноправними факторами.

Визначальні чинники будь-якого явища діляться на рушійні причини і обмежувальні фактори.

7. Об'єднання факторів

Явища природи багатофакторний. Багатофакторність явищ природи вимагає від науковців пошуку способів нехай спрощеного, але прийнятного опису комплексу причин цих явищ.

Кожне явище - Це продукт поєднання величезної кількості визначають (спонукають) причин та умов протікання явища (межі, що обмежують фактори і т.п.)

В винахідництві застосовується спеціальний метод для отримання великого списку можливих варіантів вирішення винахідницьких задач. Таким методом є морфологічний аналіз. Він був розроблений швейцарським вченим-астрономом Ф. Цвіккі в 1942 році. "Сутність цього методу полягає в систематичному дослідженні всіх мислимих ознак і варіантів рішення, що випливають із закономірностей будови (морфології) об'єкта "[12]. Складається багатовимірна таблиця ( "морфологічний ящик"), яка вміщує можливі варіанти вирішення завдання. При цьому кожному функціональному вузлу (параметру) відводиться графа, ось, де перераховуються можливі варіанти його рішення.

Аналогічним чином і для вирішення наукових завдань можна використовувати "морфологічний ящик "сімейства явищ. По осях такого ящика відкладені головні причини даного явища. В "клітинках", осередках різних сполучень визначальних причин перебувають різні різновиди, типи, варіанти досліджуваного явища.

Наприклад, в соціоніці використовуються 4 визначальні чинники. Їх комбінація дає 16 типів людських характерів.

Застосування морфологічного ящика дозволило об'єднати руслоформірующіе фактори і розташувати типи руслових процесів рівнинних річок у двовимірної матриці за двома руслоформірующім факторів - відносної транспортує здатності потоку і відносному затоплення заплави [3].

Застосування морфологічного ящика для утворення різних типів меандрірованія дозволило виділити для нього 4 типу. Ящик побудований за такими руслоформірующім факторів (причинним осях): відносна транспортує здатність і відносна ширина долини. Виділено: 1) нерозвинене меандрірованіе у вузькій долині, 2) нерозвинене меандрірованіе в широкій долині, 3) обмежене меандрірованіе і 4) вільне меандрірованіе.

Насправді вирішення цих завдань було ініційовано прийомом вирішення наукових завдань об'єднання альтернативних гіпотез.

Прийом морфологічний дзвінків є об'єднанням прийомів вирішення наукових завдань. Перший з них - об'єднання альтернативних гіпотез; він описаний В.В. Митрофановим у книзі [11] і пропагується в створюваній комп'ютерної "Машині відкриттів ". Другий прийом - причинний ось, описана вище в пункті 3.

Наступний крок -- об'єднання не двох, а одразу трьох руслоформірующіх факторів: відносної транспортує здібності; відносного затоплення заплави і відносній ширини долини. На площині важко відобразити що виходить куб типів руслових процесів по цих трьох руслоформірующім факторів. Двофакторна таблиця типів руслових процесів Р.С. Чалова [10] - це проекція цього тривимірного куба на площину з двома руслоформірующімі факторами: відносної транспортує здатністю і відносній широчіні?? ой заплави.

Морфологічний ящик містить у собі і ще один прийом вирішення наукових завдань. Це діссімметрія [11].

Діссімметрія (нерівність, різниця, хіральність, протилежність і т.п.) є найбільш ефективним прийомом. Саме діссімметрія є причиною явищ природи. Найчастіше по причинним осях відкладені діссімметрічние параметри. Вище в прикладах про руслових процесах всі осі були відносинами.

В ідеальному випадку причинний ось повинна змінюватися від плюс до мінус нескінченності нескінченності, від максимального позитивного ставлення визначає параметра до протилежного негативного ставлення цього параметра. (вище було розглянуто приклад про третій, протилежному до турбулентному режимі руху рідини - кавітації.

Морфологічний ящик як прийом вирішення наукових завдань плідний. Він дозволяє використовувати найкраще з кожної гіпотез і позбавляє кожну з окремих гіпотез притаманних їм недоліків.

8. Висновки

Кожне явище природи не існує унікально, навколо нього є безперервний ряд явищ-"сусідів" по визначальним факторів.

Набір явищ-"сусідів" можна збудувати по визначальною причинного осі.

Причинні осі дозволяють шукати нові явища. Для цього треба використовувати прийоми "переступити межі" і "білі плями".

Причину явища необхідно шукати не в самому явищі, а на наступному, більш високому ієрархічному рівні.

Явища природи багатофакторний.

З величезного різноманіття факторів, що впливають для опису явища можна виділити кілька основних чинників.

Фактори діляться на активні рушійні причини явища і обмежують умови протікання цього явища.

Одне і те ж явище може перебувати в різних наборах явищ з різних визначальним осях.

Багатофакторність дозволяє розглядати спільно різні причинні осі. Можна використовувати двохфакторну таблиці, трехфакторние "куби" і т.д.

Висновок

Людина з метою пізнання явищ природи може вважати, що природа використовує багатомірний морфологічний ящик, по осях якого відкладені причини досліджуваного явища.

З використанням такого причинного морфологічного ящика зручно вирішувати наукові завдання: знаходити причини явищ, пояснювати причини зміни явищ і прогнозувати поведінку систем, що вивчаються, знаходити нові явища.

Закликаю Вас застосовувати цей прийом вирішення наукових завдань, а також інші: об'єднання альтернативних гіпотез, причинний ось, діссімметрію, ресурси, аналогію, протилежний експеримент і помилковий протилежний експеримент.

спонукальну роль цієї статті зіграла книга В.В. Митрофанова "Від технологічного шлюбу до наукового відкриття "[11], яку дуже рекомендую всім прочитати.

Список інших промови, статті, присвячені прийомам вирішення наукових завдань, і приклади рішення наукових завдань дивіться, будь ласка, на http://www.bedload.boom.ru/.

Список літератури

Альтшуллер Г.С. Як робляться відкриття (думки про методику наукової роботи). Баку, 1960, 11 с. Ру-копісь деп. в ЧОУНБ № 685.

Альтшуллер Г.С., Фільковскій Г. Сучасний стан теорії розв'язання винахідницьких завдань. Баку, 1975// Фонд-Архів Генріха Альтшуллера (Г. Альтова). Випуски 11-15. Інформаційний Бюлл-тінь ГО "ТРИЗ-Форум". Додаток. Челябінськ, 2001, с. 30-64.

Кондратьев А.Н. Про гіпотезах причин формування русел// Водні ресурси, 2001, том. 28, № 5, с. 628-630.

Кондратьев А.Н. Прийом вирішення наукових завдань "Переступити межі". Іллічова, 2001, 5 с. Керів-пись деп. в ЧОУНБ.

Кондратьев А.Н. Прийоми дослідження природи в русловеденіі на різних стадіях розвитку науч-них уявлень// Сучасні проблеми природознавства. Матеріали конференції. Володимир, 2001, с. 60-63.

Кондратьев А.Н. Причина освіти звивистості: меандрірованіе річок та інших природних по-струмів// Известия А.Н. Серія географічна, 200, № 4, с. 42-44.

Кондратьев А.Н. Протилежний експеримент і помилковий протилежний експеримент. Іллі-чево, 2001, 5 с. Рукопись деп. в ЧОУНБ.

Кондратьев А.Н. Три режими руху рідини: турбулентний, ламінарний і кавіта-ція/Актуальние проблеми природознавства. Тези конференції. Самара, 2001.

Кондратьєв Н.Е., Попов И.В., СніщенкоБ.Ф. Основи гідроморфологіческой теорії руслового про-процесу. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 272 с.

Маккавеїв Н.І., Чалова Р.С. Руслових процесів. М.: МГУ, 1988. - 264 с.

Митрофанов В.В. Від технологічного браку до наукового відкриття. СПб., Асоціація ТРИЗ

Рапацевіч Е.С. Словник-довідник з науково-технічній творчості. - Мінськ, 1995. - 384 с.