English version   Нижеследующая статья была написана в начале 1978 года, опубликована ОЛМИ и разослана преподавателям ТРИЗ по всему СССР.

О двойственности пространства и времени в теории изобретательства

Евгений Карасик
Copyright © 1978 Евгений Карасик

I

1.1 Двойственность пространства и времени впервые была обнаружена в законах природы. Сначала в теории относительности была установлена взаимосвязь и в то же время противоположность пространственных и временных свойств нашего мира: в краеугольную формулу, определяющую расстояние между двумя событиями, пространственные координаты входят со знаком плюс, а время - со знаком минус:

s2 = (x1 - x2)2 + (y1 - y2)2 + (z1 - z2)2 - (t1 - t2)2

Еще одно проявление этой двойственности было обнаружено квантовой механикой. Обычно оно иллюстрируется соотношением неопределенностей: измерение координат объекта и его скорости взаимосвязано, причем, чем точнее мы измеряем положение объекта, тем более грубо мы можем измерить его скорость, и наоборот.

В современной физике двойственность пространства и времени уже принимается как нечто само собой разумеющееся и используется для различных теоретических построений. Например, идея двойственности была использована в попытке теоретического объяснения необычных свойств, присущих состоянию сверхтекучести. А именно, было высказано предположение, что сверхтекучее состояние жидкости двойственно кристаллическому состоянию вещества: оно характеризуется упорядоченностью, но не в координатном пространстве, как у кристалла, а в пространстве скоростей.

1.2 Неожиданно оказалось, что двойственность пространства и времени проявляется не только в законах природы, но и в законах развития техники. Анализу различных проявлений этой двойственности в теории изобретательства и применению ее для получения новых результатов и посвящена данная работа.

II

2.1 Рассмотрим проявление двойственности пространства и времени в приемах устранения технических противоречий. Список приемов устранения технических противоречий формировался путем анализа больших массивов патентной информации, т.е. чисто эмпирически. В 1973 году началось теоретическое осмысление накопленного материала. И. Фликштейн в работе "Исследование основных приемов устранения технических противоречий при решении изобретательских задач" показала, что почти все приемы можно разбить на пары: прием - антиприем. Однако затем начался новый виток эмпирических накоплений - уже по комплексам приемов, - вызванного тем, что применение одного какого-нибудь приема редко приводит к решению высокого уровня. Пополнение списка приемов прекратилось, а вместе с тем и теоретические исследования в этой области - зачем заниматься теорией одиночных приемов, которые столь неэффективны ? Прежде чем ответить на этот вопрос, я попытаюсь изложить свои представления о "теории приемов", о том, какие задачи она должна ставить и какие цели преследовать.

2.2 Основной задачей теории приемом, как она мне представляется, является выявление закономерностей в списке приемов. Тот факт, что приемы можно разбить на пары - прием-антиприем - является примером такой закономерности.

Выявленные закономерности можно будет использовать трояко:

    а) Во-первых, для предсказания новых приемов (как таблицу Менделеева).

    б) Во-вторых, для устранения "зевков", допущенных при составлении уже существующего списка. Дело в том, что существует ряд давно используемых приемов, которые просто "забыли" включить в список по причине эмпиричности его составления, когда нередко выделялось второстепенное и опускалось гланое.

    в) В-третьих, для уточнения формулировок уже включенных в список приемов. Просматривая современный список приемов, можно обнаружить, что некоторые из них объединяют в себе несколько подприемов. Почему эти подприемы объединены в один прием ? Может быть каждый или некоторые из них надо выделить в особый прием ? Ответить на эти вопросы без теории нельзя. При эмпирическом составлении списка единственным аргументом за объединение нескольких приемов в один прием была только их чисто внешняя схожесть. Однако такое объединение может быть нелогичным с точки зрения обнаруженных закономерностей. В этом случае можно, опираясь уже на теорию, уточнить формулировку приема.

2.3 Я так подробно описал свое представление о теории приемов с тем, чтобы снова вернуться к вопросу: а стоит ли ей заниматься ? Максимум, что можно ожидать от такой теории - это предсказание новых приемов. Но зачем они нужны, если большинство изобретений высокого уровня создаются комплексами ? Большинство, но все-же не все. Известно, что приемы бывают старые и молодые. Молодые приемы и сами по себе могут давать изобретения высокого уровня. Так, использование одного только электро-гидравлического эффекта в конце 40-х - начале 50-х годов было сильнейшим изобретательским приемом. Правда, через несколько лет он устарел, стал очевидным, тривиальным. Но если у нас будет средство предсказывать новые приемы, то это будет одновременно и средство предсказывать новые сильные изобретения. И теорией приемов стоит заниматься хотя-бы уже поэтому. Кроме того, устаревшие приемы не списываются со счетов. Они продолжают применяться, но не по одиночке, а в комплексах. Поэтому теорию приемов можно будет использовать в какой-то мере и для пресказания новых комплексов - что так же важно.

III

3.1 Итак, рассмотрим проявление двойственности пространства и времени в списке приемов устранения технических противоречий. Мы покажем, что многие из них составляют пары, но не прием-антиприем, а прием - двойственный прием. Иначе говоря, мы покажем, что тем приемам устранения технических противоречий, которые осуществляют пространственные преобразования объектов, можно поставить в соответствие приемы, осуществляющие аналогичные изменения, но не объектов, а действий, и не в пространстве, а во времени. Эти пары приемов мы и будем называть взаимно двойственными.

3.2 Теперь рассмотрим несколько пар двойственных приемов устранения технических противоречий:

  1. Принцип дробления. Этот прием имеет дело с пространственными характеристиками объекта: делит его на части. Ему можно поставить в соответствие принцип многоступенчатого действия, который тоже дробит, но не в пространстве, а во времени, и не объект, а действие.
  2. Принципу матрешки можно поставить в соответствие принцип "одно действие вставленно в паузы другого". Первый заключается в использовании полостей одного объекта для размещения другого. Второй - в использовании пауз одного действия для осуществления другого.
  3. Принципам заранее подложенной подушки и предварительного напряжения соответствует принцип перехода в другое измерение.

    Это соответствие требует пояснения. Осуществить какое-то действие раньше другого заставляет нас то, что одновременное их осуществление затруднительно. Например, когда намечается авария, поздно бывает готовить спасательные средства. Поэтому их готовят заранее. Точно так же, когда объект ставят под нагрузку и в нем возникают опасные напряжения, трудно бывает с ними бороться, приложив контр-нагрузку. Поэтому контр-нагрузку прикладывают заранее.

    Переход во времени от "одновременно" к "раньше" вполне аналогичен переходу в большее измерение в пространстве, вызванного трудностями размещения объектов в пространстве меньшего числа измерений.
  4. Принципу вынесения соответствует принцип отброса. Первый отсекает некоторую пространственную часть объекта. Второй - отбрасывает объект по истечению некоторого срока. И в том и в другом случае границы пространства и времени, соответственно, отделяют нужное от ненужного.
  5. Принципам асимметрии и местного качества соответствует принцип проскока. Первый вводит асимметричность пространственных частей объекта, второй - асимметричное поведение во времени.
  6. Принципу однородности взаимодействующих объектов соответствует принцип согласования ритмики часней системы. Первый вводит однородность различных частей пространства, занимаемых этими объектами. Второй - однородность их поведения во времени.

3.3 Уже из перечисленного видны некоторые нелогичности в списке приемов. Так, в третьем и пятом примерах двум "пространственным" принципам поставлен в соответствие один "временной". Эти нелогичности легко устраняются. Ведь принцип заранее подложенной подушки отличается от принципа предварительного напряжения только тем, что в первом заранее готовится объект, а во втором заранее осуществляется действие. В то же время в принципе перехода в другое измерение в другое измерение переносятся как расположение объектов, так и осуществление действий. Поэтому взаимно-однозначного соответствия приемов и двойственных приемов можно достичь, например, разделением принципа перехода в другое измерение на два принципа - отдельно для объектов и отдельно для действий.

3.4 Наряду с алогичностями формулировок, когда двум приемам соответствует один, встречаются и противоположные типы алогичностей, когда одному приему соответствует не целый прием, а какой-то его подприем. Например, принципу периодического действия соответствует подприем принципа сфероидальности, заключающийся в переходе от движения по прямой к движению по кругу. Действительно, переход к периодическому действию осуществляется тогда, когда "сразу" оказать длительное воздействие нельзя или нежелательно. Поэтому длительное в целом действие складывают из многих одинаковых коротких, осуществляемых через определленный период времени. Точно так же, к движению по кругу мы переходим тогда, когда движение по прямой ограничено каким-то пространством. При этом общая длина пробега остается большой, но складывается из многих относительно коротких витков по кругу.

Что касается остальных подприемов принципа сфероидальности, то их нельзя отнести к пространственным комбинационным приемам. Это скорее пространственные физ. эффекты. Например, замена прямолинейных трущихся частей криволинейными - типичный пространственный физ. эффект: трение качения меньше трения скольжения. В этой работе рассматриваются только комбинационные приемы.

3.5 Еще один тип алогичностей, которые имеются в списке, заключается в том, что какому-то "пространственному" приему не соответствует никакой "временной". Например, какому приему соответсвует принцип объединения ? Такие алогичности тоже легко объясняются. В принципе объединения, например, объединены два приема - "пространственный" и "временной". В самом деле, вспомним его формулировку:

    а) Объединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
    б) Объединить во времени однородные или смежные операции.
Здесь первая часть - объединение в пространстве, вторая - объединение во времени. Почему эти два двойственных приема оказались объединены в один, в то время как противоположные им принцип дробления и многоступенчатого действия - это два разных приема, совершенно непонятно.

Еще один прием, которому нет двойственного в списке - это принцип неприрывности полезного действия. Его нет не потому, что он не применяется в изобретательской практике, а потому, что его наполовину "забыли" включить в список, а наполовину перепутали совсем с другим приемом. Сформулировать двойственный к принципу неприрывности полезного действия легко по аналогии. В нем утверждается, что полезное действие должно осуществляться все время. Значит, двойственным будет такой, который утверждает, что неприрывное действие должно осуществляться по всей поверхности или во всем объеме рабочего объекта. Назовем его так: "Использование всей поверхности или всего объема рабочего объекта для осуществления полезного действия".

Если мы теперь поищем в списке приемов похожую формулировку, то обнаружим ее среди ... подприемов принципа перехода в другое измерение. Это - использование обратной стороны данной площади наряду с данной стороной.

3.6 Наряду с алогичностями формулировок в списке есть еще и просто "зевки", т.е. приемы, которые давно применяются, но формулировки которых не включены в список приемов или подприемов. Например, в принципе "наоборот" есть такой подприем: перевернуть объект "вверх ногами". Двойстенным к нему будет - "изменить последовательность действий". Но такая формулировка, как это ни странно, не отражена ни в одном приеме, даже в том же принципе "наоборот".

3.7 В заключение этого раздела соберем полученные результаты в следующую таблицу:

Пространственный приемВременной прием
Принцип дробленияПринцип многоступенчатого действия
Принцип объединения в пространствеПринцип объединения во времени
Принцип местного качества/асимметрииПринцип неравномерности/проскока
Принцип матрешкиПринцип "одно действие вставлено в паузы другого"
Принцип однородностиПринцип согласования ритмики
Принцип вынесенияПринцип отброса
Принцип перехода в другое измерение (для объектов) Принцип заранее подложенной подушки
Принцип перехода в другое измерение (для действий) Принцип предварительного напряжения
Принцип использование всей поверхности или всего объема
рабочего объекта для осуществления полезного действия
Принцип неприрывности полезного действия
Принцип "поменять местами объекты"Принцип "изменить последовательнось действий"
Принцип "перейти от движения по прямой к движению по кругу, или, более общо,
от движения по незамкнутой поверхности к движению по замкнутой поверхности"
Принцип периодического действия

IV

4.1 Двойственность пространства и времени проявляется не только в приемах устранения технических противоречий, но и в способах преодоления физических противоречий. Например, способу разделения противоречивых свойств во времени соответствует способ разделения противоречивых свойств в пространстве.

Список способов преодоления физических противоречий до недавнего времени состоял из трех способов - разделения в пространстве, во времени и в агрегатном состоянии. Потом в АРИЗ-77 был включен еще один способ - разделение в структуре. Недавно же в работе "О способах преодоления противоречий" мною были сформулированны еще несколько способов преодоления физ. противоречий методом разделения. Среди новых способов есть несколько "пространственных", которым пока не найдены двойственные "временные". Попытаемся ликвидировать этот пробел.

4.2 Одним из способов, которому пока нет двойственного "временного", является способ разделения в структуре. Заключается он в том, что объект, к которому предъявлены противоречивые требования, разбивается на части так, что каждая часть наделяется одним свойством, а весь объект в целом - противоположным.

Для того, чтобы сформулировать двойственный "временной", надо определить, что во времени соответствует пространственным понятиям "часть" и "целое". Понятию "больше" во времени соответствует понятие "дольше", а понятию "меньше" - понятие "короче". Целое больше части и включает ее. Поэтому "временное целое" - это процесс с большнй длительностью, чем "временная часть" и по времени охватывает ее.

Итак, двойственным к способу разделения в структуре будет следующий: для преодоления противоречий типа "действие/процесс должно обладать свойством А и не должно обладать свойством А" действие надо разбить на последовательность более коротких действий, каждое из которых наделяется свойством А, но вся последовательность организуется так, что суммарное действие обладает свойством не-А". Назовем этот способ "Способом разделения в последовательности".

V

5.1 В предыдущем разделе идея двойственности была применена для выявления нового способа преодоления физ. противоречий. В этом разделе мы воспользуемся идеей двойственности в целях прогнозирования. Но сперва о разнице между прогнозированием новых способов преодоления физ. противоречий и их выявлением. Прогнозирование и выявление - разные вещи. Выявить можно тот способ, который уже применяется в изобретательской практике. Спрогнозировать же можно тот, который только будет применяться.

Следует отметить, что эмпирически можно выявить те способы, на которые уже накопилось достаточное количество примеров. Поэтому развитие списка способов, выявленных эмпирическим путем, отстает от наиболее передовой части изобретательской практики. Выявление способов теоретическим путем позволит сократить интервал отставания. Правда, выявленные таким образом способы не всегда можно проиллюстрировать большим количеством примеров или даже вообще нельзя проиллюстрировать ни одним примером. В последнем случае поиск примеров на выявленный теоретическим путем способ будет одновременно и поиском новой еще мало разработанной изобретательской "жилы", что не менее полезно для теории изобретательства.

5.2 В этом и последующих пунктах раздела мы будем отталкиваться от проявления двойственности пространства и времени в понятии "взаимодействие". Взаимодействия бывают "пространственные" и "временные". "Пространственные" взаимодействия - это просто взаимодействия объектов, расположенных в разных частях пространства. "Временные" взаимодействия - это взаимодействия объектов, "живущих" в разные моменты времени. Такие взаимодействия описываются понятиями "причинности", "порождения".

Интересно отметить, что пара "причина - следствие" сама является двойственностью, но двойственностью "временной". Ей соответствует "простратственная" двойственность "объект действия - предмет действия", в частности, "инструмент - изделие". Таким образом, отношение двойственности может быть и между самими двойственностями !

5.3 Теперь воспользуемся вышесказанным в целях прогнозирования. В приложении к работе "О способах преодоления противоречий" сформулирован следующий "пространственный" способ преодоления противоречий типа "объект должен обладать свойством А и не должен обладать свойством А": объединить в одну систему объект, свойством А обладающий, с объектом, свойством А не обладающим. Таким образом, здесь снятие противоречия достигается взаимодействием объектов с противоположными свойствами. Поэтому двойственным к этому способу будет следующий: объект со свойством "не А" порождает объект со свойством А.

На этот способ мне известен один пример, но не из техники, а из программирования. В программировании нередко приходится сталкиваться с тем, что одна программа просто записывается, но долго выполняется, а другая программа, дающая те же результаты, сложно записывается, но быстро выполняется. Снимается это противоречие тем, что создают простую программу, которая порождает сложную, но быстро выполняющуюся программу. Выполнение этой второй программы и дает нужный результат.

Что касается техники, то сейчас трудно сказать, прогноз это или просто редкий пока способ преодоления противоречий.

5.4 Следующие построения носят явно прогнозный характер. В упоминавшейся уже работе "О способах преодоления противоречий" приведен еще один "пространственный" способ. Заключается он в том, что для снятия противоречий типа "объект должен обладать свойством А и не должен обладать свойством А" поступают следующим образом: берут объект, который сам по себе свойством А не обладает, и включают его в такую систему, где ему это свойство придается. Сформулируем двойственный к этому способ.

В приведенном только что способе нужное свойство объекту придается воздействием на него других объектов. Поэтому двойственным к нему будет способ, где требуемое свойство придается тем, что объект, который сам по себе этим свойством не обладает, порождается другим объектом.

Закономерно возникает вопрос: как может быть, что объект, когда он ничем не порождается, свойством А не обладает, а когда порождается, это свойство вдруг ему придается ? По-видимому здесь сам порождающий процесс сметает те объекты и явления, которые как раз-таки и проявляют в порождаемом объекте отсутствие свойства А. В итоге отсутствие проявляющих свойство "не А" явлений равносильно тому, что сам объект обладает свойством А. Впрочем, возможны и другие толкования, например, как переход от природного к искусственному: в природе нет или мало объектов со свойством А, а надо, чтобы их было много - переходим к искусственному изготовлению этих объектов из предметов, которые свойством А не обладают. Идея алхимиков об искусственном изготовлении благородных металлов из неблагородных может служить примером сказанному.

Соберем результаты этого раздела в следующую таблицу способов преодоления физических противоречий:

Пространственный способВременной способ
Разделение свойств А и "не А" в пространстве Разделение свойств А и "не А" во времени
Разделение свойств А и "не А" в структуре Разделение свойств А и "не А" в последовательности
Взаимодействие объекта со свойством А с объектом со свойством "не А" Порождение объекта со свойством А объектом со свойством "не А"
Включение объекта без свойства А в систему, где это свойство ему придается Порождение объекта со свойством А, когда в природном состоянии он этим свойством не обладает

Заключение

В этой работе двойственность пространства и времени исследовалась и использовалась только на примере устранения тех. противоречий и способов преодоления физ. противоречий. Это не значит, что она не проявляется в других частях ТРИЗ. Рассматривать ее проявление в Стандартах пока, мне кажется, рано, поскольку их не так уж много. А рассмотрению проявлений этой двойственности в закономерностях развития технических систем и использованию ее для выявления новых закономерностей будет посвящена отдельная работа.

В заключение благодарю терпеливых читателей, дочитавших до этого места.