Новости для интеллектуалов

Новости креативного класса

Каталог компаний

Выбрать тренинг

Летнее чтение:

Добавить в Каталог

Статьи

О Клубе

Форумы

Публикация месяца

TreKo.Ru Консалтинг и тренинги

Рейтинг@Mail.ru



Научное творчество


Продолжение статьи «Инновации в науке», начало см. здесь. Перевод с английского И.С. Захарова, 2006 г.

 Автор: Эдвард Осборн Уилсон,
Энтомолог Гарвардского Университета
Biophilia, Oxford, 1984 Биофилия. Оксфорд, 1984.

В моих исследованиях для формирования метаформулы научного творчества счастливо соединились работа с талантливыми математиками по данному предмету, для которого были мало разработаны или вообще отсутствовали предыдущие теории - не было очертивших границы работ с хорошо разработанными идеями, на информации которых мысль развертывалась и выстраивалась в виде звеньев цепи познания. В начале моей жизни я открыл в себе небольшой талант математика. Эта одна из тех вещей, которую вы, одно из двух, имеете или нет.

Величина ее не зависит от вашей тренировки или усилий, которые вы будете предпринимать, так же как большинство людей не повысят этим своих способностей в игре на виолончели или в спринтерском беге. После тяжелой работы в колледже и пока я был молодым профессором я начал самообразовываться в математике. Я мог, преодолевая путаность журнальных статей, продираться к пониманию сути теории и одолевал учебники, но не мог написать строк оригинальных уравнений, которые бы перемещали мысль из одной или двух простых посылок с помощью некоторого чуда к новой, интуитивно вычисляемой истине. Мои способности применялись в области проблемы, в первую очередь, когда в поле зрения попадался предмет размышлений, для которого красота факта умещалась в прокрустово ложе теории. Другими словами, я был разведчиком, а не архитектором.

Ничего более притягательного не было для меня, чем мудреное начало создаваемой первой теории. Я чувствовал себя как дома с беспорядочной кучей ярких фактов и предвкушая, что они будут собраны сначала мыслью в некоторую новую модель. Эта склонность роднила меня с математиками. Я стал очаровываться методом их мышления, и раздумывать, почему они должны были намного лучше меня количественно выявлять причинные связи, к каким различиям это в конце концов приводит, почему я должен был один так часто мысленно двигаться в отдельном направлении, но потом и более часто уже не был способен к этому, и наконец, как различить достигаешь ли в этой области хоть небольшого чуть заметного прогресса.

От личного жизненного опыта и впечатлений, записанных другими, разрешите мне попытаться перейти к общей схеме инноваций в науке. Вы начинаете с любви к предмету. Птицы, теория вероятности, взрывчатые вещества, звезды, дифференциальные уравнения, штормовые фронты, начертания букв языка, бабочки с раздвоенными крыльями - вещи, которыми вы были давно одержимы с детства. Предмет будет вашей Полярной звездой и вашим убежищем в переменчивом ментальном мире.

Пионер молекулярной биологии (настолько юной, что самые пионерские работы были сделаны только после 1950 г.) однажды сказал мне, что его очарованность репликацией молекул ДНК началась когда он, как ребенок, прилаживал детали строительного конструктора. Забавляясь этой игрушкой, он вдруг увидел возможности создания идентичных единиц методом мультипликации и классификации. Великий металлург Кирил Смит обязан своим увлечением сплавами тому, что он не различал цветов. Повреждение стало причиной того, что он обратил внимание в раннем возрасте на узор черно-белых структур, наблюдаемый всюду в окружающем мире: в водоворотах, в филиграни, и лентах, и особенно в структуре металла. Альбер Камю выразил все такие инновации следующим высказыванием: "работа человека, в сущности, медленное движение к переоткрытию того, что создано в обход искусства, мимо двух-трех великих простых образов, которые сразу открывают путь к сердцу".

Наш любимый объект, вероятно, столь же хорошо знаком другим. Поэтому мы покидаем его и намеренно отправляемся туда, где что-то упустило прежде наше внимание. Наука процветает в западных цивилизациях потому что ее трудный путь был признан обществом как важный и ценный и потому достойный награды. Нет ничего более трудного, чем оригинально мыслить. Даже наиболее одаренные ученые тратят на это дело только малую часть своих часов хождений, вероятно, менее 10% или даже одного. В остальное время мысль плещется берегах известного, перерабатывая старую информацию с небольшой добавкой новых данных, с неохотным вниманием перебирает идеи других (что я могу сделать нового из них), лениво согреваясь памятью об успешных экспериментах, и отыскивает проблемы - всегда отыскивает проблемы, нечто, что может быть достигнуто, что будет вести куда-то, хоть куда-нибудь.

В "нагрузку" к оптимальной степени новизны взгляда на проблему мы получаем сложность измерения и следования по этому пути. Ориентиры на берегу слишком плохо заметны и только незначительное количество новых данных поможет в плавании. Вы наудачу бросаете взгляд и рискуете затеряться в море. Затем будут потеряны годы усилий мысли, соперники будут намекать, что все предприятие лишь псевдонаука, вы потеряете гранты и другие виды покровительства, вам откажут в выборах в академии и пребывании в них. Фатум чрезмерной отваги будет нести вас подобно парусу в кругосветном плавании.

И психологи и добившиеся успеха мореплаватели согласны в этом случае в одном. Ключевым инструментом творческого воображения являются аналогии. Хидеки Юкама, изучавший этот философский вопрос в течение сорока лет работы в области ядерного контроля, так объяснил значение аналогий:

"Положим, что есть нечто, что человек не может понять. Он оказывается в состоянии тогда выделить сходства этого нечто с несколькими другими явлениями, которые он хорошо знает. Путем их сравнения он может подойти к пониманию тех вещей, которые ему сейчас непонятны. Если их понимание приведет его к соответствиям, которые недостижимы другим способом, он может утверждать, что его размышления были реальным созидательным творчеством".

Примечание Редактора портала TREKO.RU: помимо работы с аналогиями, существуют и другие Эвристические методы.


Мы вернулись в целом к теме особенности мышления человека в науке и искусстве. Новатор ведет поиск путем сравнения того, чего не достигнешь ничем другим. Он напрягаясь карабкается вверх, словно по канату, путем подбора аргументов, примеров и проведения экспериментов. Для науки важно не выявление справедливости любой похожести, мимолетно запечатлевшееся на первый взгляд. Важно выдвинуть аналогии, которые станут картой, указывающей входы в неисследованные территории. Сравнения в науке подобны по принципу формирования метафоре, использующейся артистами: главный господствующий образ синтезирован из нескольких, так что одна сложная идея образуется не методом анализа, но неожиданными восприятиями объективных связей.

Ученые-теоретики, дюйм за дюймом двигающиеся прочь из областей безопасности и знания, опоясывающие их точками невозвращения, находятся в конфронтации с природой и свободой изобретательства. Они сдирают открытия, словно полосами, и вытягивают и связывают их в один пучок в форме математических моделей или других абстракций, которые описывают воспринимаемые связи как точно определенные. Новорожденная беззащитная идея тщательно исследуется ими с большой холодностью и поверхностной безжалостностью как проводится осмотр теплого человеческого сердца. Они пытаются понять, какая от нее польза, выдумывают эксперименты или полевые наблюдения для выявления прав на обладание ею. Путем расписанных научных процедур она потом или будет отброшена, или на некоторое время будет поддержана. Каждый путь должен способствовать росту центральной теории, охватывающей предыдущее знание. Если абстракции жизнеспособны, они генерируют новые знания, из которых в будущем могут по плану обследоваться новые полоски мысли. Путем повторения выбора между альтернативами - полетом воображения и приращением строго полученных данных, после достижения согласия идеи с работами, выполненными в научном мире, она обретает форму закона природы.

Научный менеджер может выбирать предмет инноваций виртуально случайно и вскоре выйти на передний край открытий, если он удачлив. В 1962 г. мы с Робертом МакАртуром, оба тридцатилетние решились попытаться найти что-нибудь новое в биогеографии. Наука, которая изучала распределение растений и животных по всему миру была идеалом для исследователя-теоретика. Биогеография была интеллектуально значима, с бедной систематизированной информацией, далекой от популярного изложения и почти полным отсутствием численных моделей. Она граничила с экологией и генетикой, в которых мы ощущали хорошую специальную подготовку, чем, признаюсь, невероятно по-пустому красовались.

МакАртур был потом адъюнкт-профессором биологии в Университете Пенсильвании, такую же степень я получил в Гарварде. Он позднее переехал в Принстон, где провел остаток своей короткой жизни. Он был сложением высокий и тощий с красивым суженным книзу лицом. Он встречал вас пристальным взглядом и поддерживал с иронической насмешкой в широко раскрытых глазах. Он говорил высоким баритоном, объединяя предложения и абзацы речи, а показывая, что сообщает наиболее важное, слегка поднимал лицо вверх и делал глоток. Он говорил спокойно, не высказываясь до конца, что в интеллектуалах заставляет предполагать сконцентрированную дисциплинированную волю. Очень мало профессионалов академиков могут держать рот закрытым долгое время и безошибочно высказываться о чем-то. Сдержанность МакАртура придавала его разговору законченность финальных заключений, он никогда не распространялся долго. На самом же деле он был застенчивым и скрытным. Он не был математиком высшего класса - таких ученых вообще очень мало и они должны становиться чистыми математиками - но он соединял в себе яркий талант в этой области с неординарной, творческой энергией, скромными амбициями и любовью к миру природы, птицам и науке, в том числе.

По общему согласию, МакАртур был наиболее значимым экологом своего поколения. Он использовал эволюционную теорию для объяснения роста популяций и конкуренции, был так оригинален и продуктивен, что биологи сегодня неофициально ссылаются на ученую школу МакАртура, или более часто - на школу Хатчинсон-МакАртура, для того, чтобы включить в нее повлиявшего на него учителя в Яле, Г. Эвелин Хатчинсон.

МакАртур умер от рака почек в 1972 г. За несколько часов до того, как он скончался во сне, я долго говорил с ним позвонив по телефону из Кембриджа в Принстон. Это было почти 10 лет назад. Мы коснулись знакомых проблем: будущего экологии, ключевых нерешенных проблем эволюции и научных заслуг различных коллег. Легкая концентрация МакАртура на этих темах, словно у него в запасе было еще сто лет жизни, показывала меру его интеллектуальной наполненности.

В 1960 г., когда мы впервые встретились, я заканчивал десятилетний цикл полевых исследований и хорошо знал распределения видов животных. Я уже выпустил работу о классификации сотни видов муравьев в Тихоокеанском регионе и в других местах. Я ощущал, что это было некоторым нахождением общего порядка в волнующемся хаосе, были приоткрыты некоторые мощные процессы жизни, но они были лишь очерчены неясной идеей. В нашей первой лаконичной дискуссии (МакАртур произвел на меня впечатление умением укорачивать мои предложения), мы быстро пришли к выводу, что нечто ценное лежит скрытое на поверхности проблемы. В последующем обмене мнениями я уже сконцентрировал фокус наших бесед и писем на теме, которая позволяла сделать решающие шаги в оригинальной теории видового равновесия.

Уилсон: Я думаю, что биогеография может сделаться настоящей наукой. На эти процессы может быть распространен не только один вид регуляции путем отбора (striking). Например, на островах больших размеров живет большее число видов птиц и муравьев. Посмотрим, что происходит, когда с островов меньших размеров, таких, как Бали и Ломбок, они устремляются на большие, такие, как Борнео и Суматру. С каждым увеличением популяции в 10 раз увеличивается занятая площадь, это резко удваивает количество видов, обосновывающихся на островах. То, что это близко к истине показывает появление большего числа видов животных и растений, в области исследования которых мы накопили надежные данные. Но тогда здесь выявляется другая головоломка. Я уже обосновал ранее, что так как новые виды муравьев занесенные из Азии и Австралии на острова, такие как Новая Гвинея и Фиджи попадают в среду других насекомых, они исчезают быстрее, чем местные, осевшие ранее. Уровни наличия этих видов хорошо описываются с точки зрения концепций Филиппа Дарлингтона и Джорджа Симпсона. Они доказывали что последующие главные группы млекопитающих, такие как все виды оленей или все виды свиней, стараются заместить другие главные группы региона Северной Америки и Азии, заполняя сходные ниши. Так эти процессы показывают наличие баланса в природе, проявляющегося на нижних уровнях баланса видов с волнами замещения, распространяющимися по планете.

МакАртур: Да, равновесие видов существует. Но посмотри, если на каждом острове может жить много видов, то один новый вид, колонизирующий остров, может привести к исчезновению предыдущие. Рассмотрим это явление как физический процесс. Положим остров наполняется видами, так что их количество увеличивается от нуля к предельному. Это только метафора, но ее сила повлечет нас куда-нибудь. Так как большинство видов оседлые, то скорость их исчезновения будет увеличиваться. Давай теперь рассмотрим это явление с другой стороны: вероятность, что любой имеющийся вид будет ускоренно исчезать тем больше, чем больше видов теснится на острове. Теперь рассмотрим процесс прибывания новых видов. Несколько новых колонистов каждого вида заносятся каждый год ветрами или на плавающих деревьях, или птицами во время перелетов. Мы имеем большинство видов, которые осели на острове и немного новых, которые будут прибывать каждый год, просто потому что здесь несколько колонистов уже осели. Теперь рассмотрим эту ситуацию, как исследовал бы ее физик или экономист. Так как остров наполняется, скорость исчезновения увеличивается и скорость иммиграции уменьшается до тех пор, пока оба процесса не достигнут одинакового уровня. Так по определению возникает динамическое равновесие. Когда исчезновение равно иммиграции, ЧИСЛО видов становится постоянным, колеблющимся вокруг стабильного состояния, особенно если касаться фауны.

Посмотрим, что случится, когда мы поиграем с моделями кривых роста и падения. Пусть скорость исчезновения увеличится так, что популяции этих видов будут уменьшаться и более подвергаться ослаблению. Если здесь только видов 10 птиц, живущих на деревьях, то их число скорее спадет до нуля, чем если число видов птиц будет 100. Но скорость с которой новые виды прибывают, будет влиять очень существенно, так как острова очень удаленные от материка, могут сильно варьировать в размерах, если же размеры стабильны, то на присутствие новых видов скажется расстояние между ними. В результате самые малые острова придут к равновесию видов быстрее, и на них не будет уменьшаться количество видов. Теперь рассмотрим чисто фактор дистанции.

На более отдаленных островах, скажем на Гавайях, которые удалены от Тихоокеанского побережья дальше, чем Новая Гвинея, будет меньше число прибывающих видов каждый год. Но скорость исчезновения устанавливается такой же, потому что раз одни и те же виды деревьев или животных укоренены на острове, она не зависит от того, близко или далеко остров. Так мы ожидаем, что число видов, обнаруженных на далеких островах будет меньше. Эта тема рассматривается с точки зрения геометрии.

Недели спустя. Мы сидим с МакАртуром у камина в его гостиной с записями, графиками расположившись у кофейного столика.

Уилсон: Пусть остров далеко. Число видов птиц и муравьев уменьшается по мере уменьшения размеров острова и расстояния до материка. Мы отметили два фактора - эффект площади и эффект дистанции. Давайте также рассмотрим их вместе. Можем ли мы оценить достоверность их влияния на модель равновесия? Я думаю, что другие люди почти несомненно станут обсуждать теории конкуренции и распространение на нее эффекта площади и дистанции. Если мы заявим, что результаты доказывают правильность модели, что она обладает прогностическим эффектом, мы столкнемся с логиками, которые скажут Ошибочное Утверждения Является результатом. Только одним путем мы можем уберечься от этого - предоставить результаты, предсказанные только нашей моделью и никакими другими.

МакАртур: Хорошо, раз мы пошли путем чистой абстракции - будем продолжать. Предположим следующее: линии подъема вымирания и кривые миграции так, что они пересекаются и создают равновесие, они представляют собой прямые линии под примерно одинаковым углом. Так как уравнения решается элементарно дифференциальным методом, мы можем показать, за какое количество лет на остров наполнится видами на 90 % своего потенциала который примерно равен числу видов условия равновесия, деленному на число видов, исчезающих каждый год.

Уилсон: Посмотрим на Кракатау.

Кракатау - маленький остров в Проливе Сунда между Явой и Суматрой на котором произошел взрыв эквивалентной силой примерно 100 мегатонн в 27 августа 1883 г. Так как взрывная волна прошла через Индийский океан (в конечном счете протащив корабли от их якорных стоянок в Английский Канал) поверхностный сильный жар горячей пемзы накрыл все живое на острове и уничтожил всю предшествующую жизнь.

Ученые отмечали, что они имели возможность наблюдать в течение века перезаселение мертвого острова. Между 1884 и 1936 годах были проведены несколько важных экспедиций под покровительством Датской колониальной администрации для выявления процесса возвращения растений и животных на Кракатау. Данные были опубликованы в самых различных статьях и книгах, но очень мало использовались в последующие годы потому что не существовало количественной теории биогеографии.

Датчане отмечали, что растительность на Кракатау восстановилась быстро. Первые отростки растений обнаружились среди выпавшей дождем влажной золы в течение года, а пышные леса покрыли большую часть поверхности острова к 1920 г. Большое количество видов животных одновременно заселяли остров. Данные, приведенные в журналах, отмечали особенно большое разнообразие птиц. Мы взяли Кракатау и получили кривую зависимости числа видов от площади. Получилось, что Кракатау для биоравновесия должен содержать 30 видов птиц. Датские натуралисты отметили, что оно достигло 90 процентов от полученного числа за 30 лет. Элементарное уравнение равновесия прогнозировало, что позже 1920 г. с темпом примерно 1 вид в год (30 видов за 30 лет) должен исчезать, чтобы уступить место другому виду, вновь заселяющему остров. Мы тщательно с особой страстью просмотрели страницы отчетов. Должны ли датские ученые оставить упоминания об исчезновения видов? Они это сделали. Они были поражены и сказали, что особо следует отметить высокую сменяемость видов птиц. Мы рассчитали, что они видели в среднем исчезновение одного вида каждые 5 лет. Эта скорость была в 5 раз меньше предсказанной, но несмотря на это много более высокой, чем натуралисты наблюдали на других островах. И когда кривые исчезновения и иммиграции невиданно точно совпали в интервале времени, разделявшими два отчета, пригонка теории была завершена.

Другие биологи были обрадованы математической простотой попытки описания динамического равновесия. Они были очень заинтригованы идеей, что видовое разнообразие жизни стремится к некоторому пределу и достигает вблизи него устойчивости, и можно рассчитать скорость обновления прибывающих и покидающих видов. Теория может быть применена не только к островам в океане, но также к "островам естественного обитания", таким как деревья в море травы, прудам и течениям в море земли, и фактически к любым местам обитания, отделенным различием окружающей среды, враждебной для организмов. Она может также предсказать уровень сохранения парков и природы в течение лет и веков.

Теория видового равновесия способствовала будущим исследованиям, сыгравшим важную роль в науке. Она давала ответы на некоторые старые вопросы, она поднимала новые и предлагала технологии их решения. Вскоре были выполнены множество новых более тщательно разработанных исследований. Вершины гор, озера, коралловые рифы и бутыли с водой были добавлены в список "обитаемых островов" после их изучения, на ее основе были выработаны руководства для поддержания парков. Всемирный Фонд Дикой Природы использовал такие модели для планирования проекта сохранения дождевых лесов вблизи Манау. Первые модели, взволновавшие всех, придуманные Мак Артуром и мной, бывшие еще незрелыми совершенствовались, охватывая дополнительные области. Был создан целый новый канон теории, подкрепляемый результатами проводимых экспериментов. Изучение равновесия видов выросло в богатую и лишенную простоты область экологии. Двадцать лет спустя наши особые вклады были уже сравнимы, если их разглядывать по величине с заслугами других биологов, которые иногда превзошли нас. Фрагменты живой идеи были поглощены потоком, который разливается вширь и изменяется каждый год.

* * *


Это путь науки. Ученый может думать подобно тому, как творит поэт, но продукты его воображения редко сохраняются в исходной форме (в отличие от творчества в искусстве – Прим. Редактора портала TREKO.RU).

Часто говорят, что регулярное обучение это успешное сочетание быстроты усвоения и забывания знаний - или более точно, как скоро они переместятся в учебники и в карманные справочники по специальности. Не найти оригинала работы МакАртура в галерее, не возвращаются биологи к его исходным текстам в Докладах Национальной Академии Наук к выделению из них нюансов и символизма. МакАртур живет в необратимых изменениях, произведенных им в важной области науки.


Мы Вконтакте:
вступайте!

Мы в ФБ:
вступайте!

Мы в Твиттере
Добавляйтесь!
Видеолекции И.Л. Викентьева о ТРИЗ, творческих личностях / коллективах

Публикации на аналогичную тему:

Методические статьи
Статьи и дискуссии
Полезные бизнес-цитаты
Коллекции
На главную
Любое использование текстов и дизайна может осуществляться лишь с разрешения Редактора портала.
Основание: "Закон об авторском праве и смежных правах" PФ, Гражданский кодекс РФ и международные нормы.

Для Пользователей: направляя нам электронное письмо и/или заполняя любую регистрационную форму на сайте,
Вы подтверждаете факт ознакомления и безоговорочного согласия с принятой у нас Политикой конфиденциальности.


English
Deutsch
Russian