Текст книги "Бигуди для извилин. Возьми от мозга все!"

Понятно, что в условии задачи много различных неизвестных, переменных величин (какие-нибудь X, Y, Z….). Сложность задачи в том и проявляется, что: а) этих неизвестных слишком много; б) непонятно, независимы ли они или как-то связаны между собой; в) что происходит, когда они меняют свои значения; г) в каких пределах они могут меняться.

Вот этот последний пункт имеет особое значение: если нам удаётся узнать, каких предельных значений достигают переменные величины, а затем увидеть, как меняется задача, переформулируется проблема, когда Х становится равен 0 (или когда часть механизма вообще удалена, или когда некий человек не то что опоздает на 5 минут, но не придёт совсем, или ещё что-либо) – тогда мы свели задачу к другой, родственной, но более простой задаче.

Постепенно «включая» переменные величины, возвращая их от экстремумов, мы находим, как они влияют на ход решения полной задачи. И является ли зависимость условия от этих параметров непрерывной, линейной (когда малое изменение параметра способно лишь слабо изменить ответ задачи), или «пороговой» – в этом случае от какого-нибудь незначительного на первый взгляд сдвига резко меняется условие, смысл и ход решения. Например, при X > 0 математическая задача зачастую требует принципиально иного решения, чем при X = 0 (или: добавление ещё одной шестерёнки позволяет получить иное значение скорости, или: появление, даже с запозданием, некоего человека совершенно меняет ситуацию или даже всю жизнь…)

Вот ещё один пример из моей игровой практики в «Что? Где? Когда?». Нам продемонстрировали музыкальные духовые инструменты – валторну и трубу – и прозвучал вопрос: с какой целью валторна «скручена» в несколько раз?

Я к музыке имею весьма отдалённое отношение, но физическое образование у меня хорошее. Как физик, я представляю: издаваемый инструментом звук зависит не от формы, но от длины инструмента. Это – из НЗ, из моего запаса. Но ведь больше ничего мне «принцип проникновения» не подсказывает!

Поскольку надвигается тупик, ищу возможность для мысленного прыжка. Эту возможность подсказывает «принцип сведения» – сведём задачу к другой. Но как? Видоизменив условие. Какой параметр задачи можно изменить? Форму трубы – вряд ли: слишком уж она проста. А вот валторну можно в мысленном эксперименте «раскрутить», развернуть – и получится длинная труба!

Я родом из Средней Азии и часто видел там длинные трубы – карнаи, издающие низкий, гулкий звук[116]116
   Примерно так же выглядят и звучат карпатские трембиты (от латинского tromba – труба). Наверное, как-то похоже выглядели и библейские «иерихонские трубы».


[Закрыть]. Ещё из детства помню, как эти карнаи после выступления разбирали на несколько частей и складывали. Ясно – длинные трубы функционально неудобны. Особенно в оркестровой практике. Следовательно, их могли сворачивать для удобства.

Но будет ли такой ответ полон[117]117
   Мы ведь должны использовать и весь доступный набор критериев для проверки правильности ответа.


[Закрыть]? Зачем тогда на валторне различные клавиши – регистры? Следовательно, я ещё не рассмотрел полностью «пространство проблемы», не все неизвестные параметры задачи проанализировал. Для чего служат переключатели регистров? Они изменяют тон звучания. Но ведь разный тон имеют трубы разной длины. Значит, в одну свёрнутую плотно – для удобства пользования – валторну «впихнули» сразу несколько труб, разной длины. Регистры – просто удобный механизм переключения тона, т. е. перехода с трубы одной длины к трубе другой длины. Так появляется полный ответ.

Обратите внимание: сведение задачи к иной, которую удобнее и проще исследовать, не происходит механически, по инструкции. Требуется определённый запас Необходимых Знаний, умение быстро его использовать, всё то же «срезание угла».

Что важно: принцип сведения или принцип снеговика в применении к некоторым экстремальным значениям параметров (вот мы развернули трубу полностью и для начала вообще выбросили переключатели регистров – так и получили нечто вроде среднеазиатской трубы) совершенно алгоритмизуем. Конечно, некоторая инструкция нужна. Но сам принцип не требует вспышки, озарения, прыжка интуиции.

Мы «медленно спускаемся с холма», методично осматриваем границы «пространства проблем» (именно там концентрируются, собираются все случаи предельных значений параметров задачи). Лишь потом, выделив особенности задачи и обобщающие гипотезы, мышление готовится к полёту вместе с «паутинкой» – набором сведений и критериев. Направление прыжка зависит от предлагаемых гипотез. Или от ранее незамеченной детали в условии. Или от подсказки.

Бигуди № 44

Маленький Вовочка, твёрдый «хорошист», возвращается домой из школы. Мама спрашивает:

– Тройки есть?

– Нет.

– Двойки есть?

– Нет.

– Замечания есть?

– Нет.

– Дай посмотреть дневник!

Просмотрев дневник, рассерженная мама отвешивает Вовочке славный подзатыльник. За что?! Что привело маму в ярость (заметим: на все вопросы Вовочка ответил чистую правду)? Приглядитесь к «области изменения переменных» этой простой задачи. Или предложите свои варианты!⁵⁸

Подсказкой, резко меняющей направление поиска решения, может послужить почти любой информационный импульс. Вот любопытный пример. Проводится психологический эксперимент. К потолку подвешиваются две верёвки, причём точки подвеса находятся на определённом расстоянии друг от друга. Человек, стоящий на полу и держащий за конец одну из верёвок, не может дотянуться до другой. Ухватившись за вторую верёвку, он вынужден будет выпустить из рук первую. Задача же: двумя руками ухватиться за обе верёвки.

После долго наблюдения за тщетными попытками поймать (медленно подтягиваясь, с разбега, ногой) конец второй верёвки, психолог (экспериментатор, холодный наблюдатель или сжалившийся приятель), проходя мимо озадаченного ловца верёвок, задевает «нечаянно» за свободный болтающийся конец второй верёвки. Она начинает раскачиваться. Вот это и есть прекрасная подсказка!

Чем сильнее качнёшь, тем больше амплитуда колебаний. Если привязать к концу этой верёвки что-то тяжёлое (например, какие-нибудь плоскогубцы, которые тоже «случайно завалялись» неподалёку), то можно вполне прилично её раскачать. Пока она будет раскачиваться, можно успеть подбежать, схватить конец неподвижной веревки одной рукой и – остаётся дождаться, пока качающаяся верёвка не подлетит поближе. Задача решена.

Но можно и не ждать подсказок «от Природы». Почему бы не поискать в уже известном, увиденном, услышанном что-то похожее, аналогичное?

Аналогии – не только приём, облегчающий понимание или описание явления. Они дают возможность развернуть своё мышление к другим областям знания, другим явлениям и обнаружить в них – пусть не полное! – сходство с нашей задачей. Только прежде чем использовать или искать эти сходства и различия, нужно понять, с чем именно мы ищем аналогии, в чём особенность изучаемых явлений и процессов. Сначала нужно выявить специфические черты наблюдаемых явлений или предметов, а только потом рассматривать иные информационные области в поисках аналогий с ними.

Бигуди № 45

Инженеру Самюэлю Брауну поручили придумать новую конструкцию моста: он должен быть лёгким, экономичным в проектировании и строительстве, желательно – оригинальной конструкции! Лежа под деревом, инженер перебирал в голове различные известные конструкции, одновременно пытаясь придумать, как их модернизировать, улучшить. Но ничего заслуживающего внимания не приходило в голову. И вдруг он увидел на ветке… Вот он – эскиз будущего моста! Что же такое увидел инженер Браун на дереве? Какой новый тип мостов он ввёл в практику строительства мостов?⁵⁹

Наверняка каждому из нас в жизни приходилось говорить с сожалением что-то вроде: «Сколько сидел, ничего не получается. И так пробовал, и так. Голова уже пухнет». Так вот, над одной задачей не имеет смысла сидеть слишком долго – когда она не выходит, мозг устаёт, его способность выдавать новые варианты решения заметно снижается. Ходить одними и теми же путями не просто надоедает – крайне утомительно! Необходимо переключение. И сразу обнаруживается: голова опять на что-то способна – подключаются дополнительные нейронные сети, открываются другие хранилища памяти, строятся новые логические пути.

Мозг активно изучает новую проблему – уж здесь-то всё получится! Но и о прежней, нерешённой, не забывает: «озадаченный» мозг – Может быть, даже из самолюбия: я, да не могу?! – не смирится с отсутствием решения и передаст проблему «на рассмотрение» подсознания[118]118
  М. Левин называет его «инкубатором идей».


[Закрыть]. Причём решение может появиться неожиданно для Вас, но не для мозга – он-то знает, что и не прекращал работать над задачей: сравнивал данные, отыскивал аналогии, перебирал варианты.

Ключевым, решающим вкладом в победу над задачей может стать совершенно случайная, на первый взгляд, информация, приходящая с изменением даже просто условий, в которых Вы работаете. Любой новый элемент обстановки, другое освещение, по-другому записанное или сформулированное условие – все эти детали способствуют появлению ассоциативных рядов или аналогий, ведущих к цели

Извилины безусловно надо напрягать, но не случайно озарения наступают в моменты, когда казалось бы ты о проблеме не думаешь, расслабляешься. И само сознание расслабляется, а где-то там, внутри, дозревает и крисаллизуется мысль, и вот в такой-то момент и начинает действовать вулкан информации из подсознания. Известные натурфилософы современности, например, Ганс Селье, полагали, что озарение наступает в пограничном состоянии, «где-то» между сознательным и бессознательным. Именно Селье в книге «От мечты к открытию» заметил, что переходы от сна к бодрствованию и обратно, недомогание и выздоровление меняют работу мозга, переключают его. Извилины, безусловно надо напрягать, но чтобы мысль закрутилась, чтобы она выкристаллизовалась, а это происходит в подсознании, необходимо дать расслабиться сознанию!

Бигуди № 46

Существует древняя легенда об основании города Карфагена. Дочь тирского царя, Дидона, потеряв мужа, убитого её братом, бежала в Африку. Там она купила у нумидийского царя столько земли, «сколько охватит воловья шкура». Когда сделка состоялась, на глазах у царя Дидона выхватила острый нож и… Что же такое сделала Дидона, что сумела построить крепость Карфаген на своем участке земли (впоследствии там возник великий город, Карфаген). Обращайте внимание на мелочи! Неужели Дидона пригрозила царю нумидийцев?⁶⁰

Между прочим, в разрушении Карфагена решающую роль сыграли факторы субъективные. И главным было вовсе не упрямство Марка Порция Катона Старшего, прославившегося повторением в конце каждой речи: «Кроме того, полагаю, что Карфаген должен быть разрушен». Всё было решено гораздо раньше – причём в самом Новом Городе (именно так переводится финикийское Карт Хадашт).

Когда Ганнибал буквально выпрашивал у родной торговой республики подкрепления, чтобы добить ослабленную, но ещё боеспособную армию противника, почтенные купцы сомневались. Род Барка (молния), к коему принадлежал знаменитый полководец, и так богатейший в Карфагене – всей Испанией владеет[119]119
   Нынешняя Барселона основана отцом Ганнибала и названа в честь всего рода.


[Закрыть]. Если победит – ещё и Италию присоединит. Тогда с ним вовсе конкурировать невозможно будет. Пусть уж лучше разорится или вовсе погибнет – а Рим и без него найдётся кому разбить. Не нашлось…

Похожее поведение и мотивацию мы наблюдаем и в наши дни… и совсем рядом.

Между прочим, каждый на своём опыте знает: когда задача «не выходит», так и тянет обсудить с кем-нибудь свой вариант решения, посоветоваться с приятелем, учителем или просто умным человеком. Если даже никто не сможет указать точно верный путь к ответу – всё равно в разговоре могут всплыть такие – ранее незамеченные – детали, которые помогут в дальнейших поисках.

Понятно, такое общение – причём не только со специалистами именно в таких задачах – подразумевает интенсивный обмен информацией. Каждая новая мысль, высказанная собеседником, может стать «камнем, брошенным в пруд» мышления (или подсознания), и вызвать на нём «рябь» ассоциаций.

Конечно, умение и возможность не только общаться на тему конкретной задачи, но и вообще вести обоюдоинтересный и полезный разговор, обмениваться мыслями (разумеется – нетривиальными, нестандартными, требующими определённого напряжения ума), с одной стороны, предполагает наличие уже достаточно развитого интеллекта, с другой стороны, создаёт условия для интенсивного обмена информацией. А, значит, повышает вероятность получить нужный толчок в правильном направлении.

Между прочим, отмечено: навыки решения различных творческих задач применимы и при разрешении многих жизненных проблем. Конечно, жизнь ставит задачи, где ответ либо не единственный (тогда требуется какой-либо критерий оптимальности – для выбора из нескольких почти равноценных ответов), либо возможен при некоторых дополнительных условиях (их придётся домыслить самому).

Задача может быть вообще внутренне противоречива: ответа по сути дела нет, но находить какой-то выход нужно! И мозг ищет оптимальную, с наименьшими потерями, «стратегию выхода из ситуации». Или же решается переформулированная задача: ищется такое – как можно меньшее! – изменение её условий, чтобы доминанта задачи оставалась неизменной, но решение уже существовало.

Есть, вообще-то, ещё один удобный подход для нахождения решения вашей жизненной проблемы: нужно отстраниться от неё, отсечь лишние эмоции, а сделать это можно, сформулировав эту проблему в виде «задачи из учебника». Тогда её можно записать, подобрать подходящий для её анализа мыслительный инструментарий, задать недостающие начальные условия, выдвинуть рабочую гипотезу и т. д. Как видите, методы практически те же, что и выше – т. е. наши принципы, вооружившись которыми, мы совершали прогулки в «пространстве проблем», универсальны.

Бигуди № 47

Может быть, вам неизвестна эта замечательная задача выдающегося математика, академика В.И. Арнольда, ушедшего от нас в 2010-ом году: на книжной полке рядом стоят два тома Пушкина, первый и второй. Страницы каждого тома вместе имеют толщину 2 см, а каждая из обложек имеет толщину 2 мм. Неграмотный червь прогрыз (перпендикулярно страницам) от первой страницы первого тома до последней страницы второго тома. Какой длины путь прогрыз голодный червь? Как утверждает Арнольд, эта задача совершенно недоступна академикам, но с ней неплохо справляются дошкольники. А к какой категории вы отнесете себя? В качестве подсказки: сам Арнольд называет эту задачу топологической. Добавлю ещё интересное и, возможно, полезное для решения примечание Арнольда: «… редакторы (журнала «Успехи физических наук», где эта задача была приведена автором в тексте статьи, чтобы пояснить различие в подходах к делу математиков и физиков) в отличие от дошкольников, на опыте с которыми я основывал свои планы, решить задачу не смогли, поэтому изменили условие, чтобы подогнать его под указанный мной ответ…, так: вместо «от первой страницы первого тома до последней второго» набрали «от последней страницы первого тома до первой страницы второго»».⁶¹

14. Мысленный эксперимент

Я уже говорил: значительная – а порою и решающая – часть научного поиска проходит в форме мысленного эксперимента. Здесь же надо подчеркнуть: такой эксперимент полезен не только в науке. Он и в повседневной жизни позволяет свести неизвестное к известному. И тем самым понять – а то и создать – нечто новое.

По большому счёту любая задача, в которую человек вторгается прежде, чем поставит мысленный эксперимент, – это чёрный ящик. И, казалось бы, если не знаешь устройства, что у него внутри, начни копаться – по информации на выходе сообразишь о содержимом «ларчика». Так думает подавляющее большинство, и действие у них опережает мыслительный эксперимент. Так живут и работают годами многие.

Когда я учился то ли в 7-м, то ли в 8-м классе, на республиканской физической олимпиаде предложили одну из легендарных задач академика Капицы. Была даже такая брошюра: «Задачи академика Капицы. Сотня задач и все без решений». Великий физик ценил не столько конкретные знания, сколько умение проникнуть в суть проблемы, а уже оттуда определять, какие именно законы, таблицы и константы нужны для её решения. Потому и придумал задачи, проверяющие и тренирующие это умение.

Итак, нам предложили представить себе космонавта в свободном пространстве – и с двумя пистолетами в руках. И спросили, в каком случае он улетит дальше: если выстрелит из обоих пистолетов одновременно – или сначала из одного, а затем из другого.

Я горжусь тем, что – единственный из участников олимпиады – в своём решении прежде всего оговорил, что задача не имеет однозначного решения в общем случае. Мысленно представив себе всевозможные картины развития событий, я понял: в зависимости от положения пистолетов возможны бесчисленные варианты движения.

Наиболее прост анализ случая, когда космонавт держит пистолеты у пояса – на уровне центра масс – стволами вперёд, как ковбой при стрельбе «от бедра». Если в таком положении выстрелить из одного пистолета, значительная часть усилия отдачи уйдёт на закручивание тела вдоль продольной оси. Соответственно второй выстрел должен будет погасить это вращение. На перемещение же тела как целого уйдёт лишь часть малая импульса отдачи. Если же стрелять из обоих пистолетов сразу, то вращательные моменты взаимно погасятся, и весь импульс уйдёт в продольное движение. Значит, перемещение будет больше.

При других положениях пистолетов можно получить иной результат. Например, если оба раза вытягивать руку так, чтобы ось ствола прошла через центр масс, импульс тоже будет целиком уходить в продольное движение, и последовательные выстрелы дадут тот же результат, что и залп от пояса. Но тогда поза от выстрела к выстрелу будет меняться – а изначальная формулировка неявно подразумевает постоянство позы.

К сожалению, далеко не всегда мысленный эксперимент выстраивается быстро и просто. И тогда новая ситуация надолго остаётся оторванной от уже известных знаний.

Помню одну прогулку с отцом – известным в Узбекистане физиком, заслуженным учителем. Мы проходили мимо яблоневого сада. Стоял мороз: в континентальном климате Узбекистана зимы бывают очень холодны. И я поразился, увидев, что поливальщики пускают по каналам сада воду – таким же щедрым потоком, как летом.

«Что за нелепица?» – спросил я у отца. – «Что, воду девать некуда?»

Он усмехнулся: «Ты же прошёл университетский курс физики. Почему не применяешь знания, полученные на занятиях?» Я сперва даже не понял, какие знания нужны. А отец объяснил: «В данном случае можно обойтись даже школьным курсом. Видишь, какой мороз? Ночью, наверное, будет ещё сильнее. У яблонь корни близки к поверхности. Если они замёрзнут – весь сад погибнет. А вода, замерзая, выделяет очень много тепла. Пока она вся не замёрзнет – температура около неё ниже нуля не опустится. Поливальщики согревают корни».

Я тогда уже окончил физический и биологический факультеты Ростовского университета. Успешно сдал тяжелейшие курсы – вроде термодинамики и статистической физики. Позднейшая работа показала: уровень полученного мною образования был вполне серьёзен. Но в тот момент знания ещё не устоялись в голове, не сложились в цельную систему. Потому и не стыковались с простейшим жизненным опытом.

Тогда я начал понимать, что такое знание, начал задумываться о том, чем знание отличается от информации. И только информация примененная, для сопоставления с реальной действительностью, в виде задачи, того или иного жизненного вывода – и есть знание, как и утверждал профессор Крушинский. Нужно быть как можно ближе к практике. Учитель преподает физику и тут же приводит пример, волнующий школьников (современные автомобили, электромобили и т. д.). Он должен перескакивать на подобные «подтемы». Вот я сегодня, двигаясь на велосипеде с большой скоростью, должен был совершить прямоугольный поворот. Сегодня был дождь, и если вчера я практически тормозов не нажимал, а просто сделал сильный наклон, и это позволило сделать крутой поворот – то сегодня я затормозил. Потому что, как человек понимающий физику в практике, знаю: если сегодня сделать наклон – при очень маленьком коэффициенте трения, то велосипед не удержится, а если я не сделаю наклон, то я не впишусь в поворот. Соответственно мне приходиться гасить скорость. Это самый настоящий жизненный пример, демонстрирующий связь с законами физики. Другое дело с математикой. её сложнее все время соразмерять с практикой. Но математика – это несколько иная наука, которая позволяет человеку развивать мощь абстракции. И это надо объяснить: абстракция позволяет человеку обойти преграды, непреодолимые экспериментально. Не понимая в чем дело, но через поле математики обойти и найти выход. Но в этом-то и есть связь с практикой. Поэтому можно утверждать, что математика нужна каждому, и она примет даже того, кто, казалось бы, находится в совершенно другой области. Неслучайно Ломоносов говорил: «Только для того стоит её изучать, что она голову в порядок приводит».

Еще один пример, того как изобретательский прием работает в повседневной жизни.

Сам я родом из Узбекистана. Страны, традиционно бедной дровами, живущей на привозном угле. И тем не менее, прежде мы пользовались печным отоплением. Топить печь не только трудоемкое, но финансово емкое дело На учительскую зарплату нельзя и по сей день купить столько высоко качественного угля, чтобы хватило на весь отопительный сезон.

И с решением этой проблемы моим отцом связано у меня одно из ярких детских впечатлений. Дело в том, что раньше в Центральной Азии традиционным топливом был так называемый кизяк. В России это добро именуют коровяком. Короче, сушенными коровьими лепешками, если не оскорбить слух иного телезрителя более крепким словом. Их заготавливали в большом количестве пастухи. Для своих очагов. Отец же почти задаром приобрел тонну бросового угольного порошка, заплатил разве только за перевозку. Угольная пыль считалась только отходом, который применяли в специально оборудованных котельных.

Из всего того добра, что накапливалось под нашей коровой, замешав его на угольном порошке, отец делал густую смесь. А мы, дети, помогали ему, специальными формочками делая из неё брикеты. Под жарким южным солнцем брикеты быстро высыхали, так что их можно было складировать в штабеля в сарае. Зимой же я увидел, как они ярко горят, и печь гудела посильнее, чем если бы мы топили дровами или углём. Фактически мы использовали попутное бросовое сырьё. Пыль позволяет осуществить более интенсивную газификацию угля, способствует его полному выгоранию, а органический горючий наполнитель как бы склеивал пыль воедино.

В этом новаторстве действовал принцип объединения в пространстве двух разных, казалось бы, вещей, что и породило новое качество. Точнее, общее, что было у угля и кизяка – это их горючесть. И она была многократно усилена за счёт синергетики – сложения заранее во времени и в пространстве двух способностей к горению. Восстановленная целостность угля позволяла обойтись без того, чтобы распылять уголь каким-то хитрым образом. Устранение мелкодисперсности приводило к тому, что и сгорание дармового «композита» происходило постепенно.

Ещё одно детское впечатление: когда я учился в шестом классе, до нас, наконец, дошел газ. Дома провели паровое отопление. Прораб, руководивший проводкой, сказал, что «за вами остаётся изоляция труб на чердаке и тех, что снаружи дома». Он при этом назвал какой-то дефицитный и дорогой по тем временам изоляционный материал. Отец размышлял где-то около суток, потом он собрал нас и объявил, что можно гораздо лучше изолировать трубы, используя подручный материал. Обратим внимание, что изобретатель, вероятно, задумался и о тяжести конструкции, ведь трубы были на чердаке, то есть решал сразу несколько технических противоречий.

Мы тогда выписывали огромное количество газет, которые копились по прочтении пачками. Отец показал нам, как надо сворачивать трубки во всю ширину газетного листа, а чтобы они не разворачивались, поверх наматывали капроновую нить из распущенных старых чулок. Изготовив не одну сотню трубок, мы с братьями стали с интересом ждать, что же будет дальше, и зачем это всё отцу понадобилось. А он обложил трубы парового отопления со всех сторон трубками газетными и спаял сверху изолентой. И так по всей длине. Газетная бумага и капроновая нить мне представлялись такими непрочными материалами, но так или иначе температура на выходе держалась градусов на десять выше, чем предсказал тот мастер парового отопления. Да и когда мы через двадцать лет переехали из того дома, а покупатель осматривал свою будущую собственность, вся изоляция оказалась на месте и исправно сохраняла тепло.

Так что знания – не просто накопленная информация. Это ещё и умение применять её. Искусство выходить в то информационное пространство, где удобнее всего преобразовать новые сведения, сочетать их с уже известными. И, конечно, искусство вернуться из воображаемого пространства в реальность, применить новую мысленную структуру к практике.