Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров. - Павел Амнуэль

1. Противоречивыми могут оказаться два экспериментальных факта, два наблюдаемых явления. Значит, для устранения такого противоречия придется изменить один из «фактов», наверняка ошибочный. То есть открыть явление, снимающее противоречие. Научным изобретением здесь не обойтись, нужно именно открытие.

2. Противоречивыми могут оказаться две теории, два представления об одном явлении. Значит, одно из представлений неверно, и разрешить такое противоречие можно с помощью научного изобретения.

3. Противоречить друг другу могут экспериментальный факт и его интерпретация. Здесь возможны два выхода: либо нужно менять интерпретацию (сделать научное изобретение), либо усомниться в правильности экспериментального факта (этот путь ведет к открытию). Наконец, создав новую теорию (сделав научное изобретение), можно предсказать новое, ранее неизвестное явление (предсказать открытие).

П. Дирак предсказал существование позитрона (предсказал открытие!), пользуясь выведенной им формулой (научным изобретением). Научное изобретение сделал Ф. Цвикки, но при этом предсказал открытие! Однако для научных изобретений вполне применимы методы, созданные для изобретений технических. Так что не нужно резко отграничивать изобретения от открытий.

Нельзя сказать, что ученые вовсе не пользуются приемами ускорения творческого процесса. Психологи давно исследуют особенности мышления ученого. Да и сами ученые не отстают. Почитайте прекрасные книги венгерского математика Д. Пойа «Как решать задачу», «Математическое открытие», французского математика Ж. Адамара «Исследование процесса изобретения в математике». В этих книгах много дельных советов. Но заметьте — относятся они к математике — науке, в которой можно лишь изобретать (что подчеркивается и названием книги Ж. Адамара), то есть использовать приемы, известные в инженерном изобретательском творчестве. Или наоборот — можно применять в инженерном деле приемы, созданные для решения математических задач.

Вот один из приемов: если задача не решается, возьмитесь за решение более общей задачи — возможно, она окажется проще. Еще прием: если не получается решение «в лоб», ищите обходные пути. Совершенно верные правила, беда которых лишь в том, что они неконкретны. Да, нужно решать более общую задачу, а как? Да, нужно искать обходные пути, но где? Ответов нет. Точнее, и Д. Пойа, и Ж. Адамар дают тот же ответ, что и Р. Фейнман. Ответ, от которого мы хотим уйти. Вот этот ответ: главное — интуиция, догадка, работа воображения. Д. Пойа, перечисляя правила рассуждений, заключает, что все эти правила должны помогать процессу угадывания решения…

Очень важная задача — научить человека мыслить быстрее, раскованнее, шире, активизировать мышление. Хотя бы в рамках все того же метода проб и ошибок. Этому служат морфологический анализ, мозговой штурм. А также синектика, метод фокальных объектов и другие методы, известные инженерам-изобретателям, но так и не взятые на вооружение учеными.

Метод синектики был предложен в 1960 году У. Гордоном.

Синектика — модифицированный мозговой штурм. Так же собираются вместе несколько профессионалов, так же генерируют идеи. Но допускаются элементы критики. Главное же отличие в том, что участнику должны обязательно использовать четыре «закона синектики»:

— вспомните, как решаются задачи, похожие на данную,

— дайте в двух словах образное определение сути задачи,

— подумайте, как бы эту задачу решили сказочные персонажи,

— попробуйте войти в образ объекта, о котором говорится в задаче, и начните рассуждать с его точки зрения.

Однажды американский изобретатель Ч. Кеттеринг создал проект легкого мотора, в котором стальные поршни были заменены алюминиевыми. Один из членов комиссии, обсуждавшей проект, решил, что изобретатель шутит. Ведь алюминий просто не выдержит нагрузок! «Вы уверены?» — спросил Кеттеринг. «Конечно, ведь я раньше работал инженером». — «Допустим, — сказал изобретатель, — но я сомневаюсь в том, что вы работали поршнем в двигателе…»

Синектика — шаг вперед по сравнению с мозговым штурмом. При мозговом штурме психологическую инерцию ослабляет лишь стимулирующий пример соседа, генерирующего более фантастические идеи. Синектика же предлагает четыре конкретных способа-задания, ослабляющих психологические тормоза. Вот, скажем, наша задача — выяснить причину взрыва сверхновых. Поставьте себя на место звезды перед взрывом и попробуйте рассуждать с ее «звездной» точки зрения…

А в методе фокальных объектов главная цель — навязать совершенно случайные аналогии, которые могут помочь найти решение. Этот метод способен вызвать неожиданные ассоциации. Выбирается совершенно случайно какой-нибудь объект, называемый фокальным, и его свойства переносятся на объект исследований. Этот метод, как и синектика, как и мозговой штурм, как и морфологический анализ, увеличивает вероятность рождения неожиданной идеи.

Глава пятая

От обычных звезд к нейтронным. Структура нейтронных звезд. Рентгеновские источники. Четыре способа обнаружения нейтронных звезд. Как тренировать воображение!

Наука, как и все виды искусства, требует воображения. Первое, для чего оно нужно, — это увидеть предмет исследования.

Наш поиск нейтронных звезд затянулся. Кому может понравиться расследование, в котором автор, раззадорив фантазию читателя, наговорив ему о том, что нужно мыслить раскованно, сам топчется на месте, вместо того чтобы вести дело к развязке?

Однако причины временного затишья в исследованиях нейтронных звезд были объективными. И объективные же причины привели затем, в шестидесятых годах, к взрывоподобному росту интереса к нейтронным звездам…

К концу пятидесятых годов положение в теории звездной эволюции стабилизировалось. Никто не сомневался в том, что ассоциации звезд существуют и что именно в ассоциациях, группами, возникают звезды. Но вот из чего они возникают — из межзвездного газа или из гипотетических сверхплотных Д-тел, введенных в астрофизику В. А. Амбарцумяном, — на этот вопрос еще не было твердого ответа. Однако если уж. звезда как-то образовалась, то можно проследить дальнейший ход ее эволюции. Это оказалось возможным сделать именно в конце пятидесятых годов, когда астрофизики начали использовать для своих расчетов электронно-вычислительные машины. По нашим сегодняшним меркам эти ЭВМ были громоздкими и медлительными, но уже могли выполнять вычисления, на которые прежде уходили годы. Применение ЭВМ позволило астрофизикам взяться за решение сложнейшей теоретической задачи, давно дожидавшейся своего часа. Задачи о внутреннем строении звезды. Задачи о звездной эволюции.

Обычная звезда — нагретый газовый шар, и действуют в ней газовые законы. Или, как говорят физики, уравнение состояния звездной материи есть уравнение состояния высокотемпературной плазмы. Дело, однако, усложняется оттого, что в звезде идут ядерные реакции синтеза — они-то и разогревают звезду. Реакции идут в самых горячих и плотных областях звезды, в ее центральной части, о строении которой нам пока ничего не известно — ведь видим мы лишь поверхность звезды, ее фотосферу. Энергия, которая выделяется при ядерном синтезе, должна проделать сложный путь в недрах звезды, пронзить всю ее толщу, прежде чем достигнет фотосферы и излучится в пространство. Ни одному кванту света — фотону — это не под силу, звезда непрозрачна. Фотон поглощается, пройдя в веществе звезды очень небольшое расстояние. А вместо поглощенного фотона излучается другой — в ином направлении и с иной частотой. Процесс поглощения и излучения занимает время, и энергия, выделившаяся сегодня в центре звезды от слияния четырех атомов водорода в один атом гелия, достигнет фотосферы и излучится в космос через много лет, претерпев множество превращений.

Да и само вещество звезды тоже не статично — в нем постоянно перемешиваются слои плазмы, опускаются и поднимаются, в них постоянно возникают и гаснут вихри. Звезда — газовый шар, говорим мы. Но за этими простыми словами скрывается очень сложное и богатое физическое содержание. Чтобы хоть приближенно разобраться в строении этого газового шара — звезды, нужны неимоверно сложные расчеты реакций, состояний, процессов. Расчеты, ставшие технически выполнимыми только после появления ЭВМ.

Когда астрофизики-теоретики начали рассчитывать звездные модели, стала проясняться истинная картина эволюции звезды. Вот она в нескольких словах.

Звезды рождаются с разными массами — от десятых долей массы Солнца до десятков солнечных масс. В их недрах начинает гореть водород, превращаясь в гелий. Постепенно водород «выгорает», ядро звёзды сжимается, поскольку из-за нехватки горючего газовое давление в нем падает, и тогда начинают идти более сложные реакции, требующие более высоких температур и плотностей — загорается гелий. Эта стадия эволюции протекает значительно быстрее. В ядре уже нечему гореть, и реакции идут в тонком слое между ядром и оболочкой звезды. Давление на оболочку увеличивается, оболочка «разбухает», звезда становится красным гигантом, и тут… И тут ее структура становится настолько сложной, что даже современные ЭВМ часто не в силах помочь.