Об изобретательстве понятным языком и на интересных примерах

Один из первых древних «городов» обнаружен на юге Хакасии, занимал он площадь в несколько тысяч квадратных метров и датируется XX–XXX тыс. до н. э. [2]. «Многоквартирные дома», полуземлянки, буквально лепились друг к другу и представляли собой округлые котлованы с лежанками по краям, на которых на равном расстоянии друг от друга располагались углубления для очагов, вероятно, для каждого семейства свои собственные. Около очагов были найдены разнообразные орудия, которые не уступали орудиям, найденным на территории Европы. Этими предметами выполнялась разнообразная работа: резалась кость, кроились шкуры, кололся камень. По предположениям археологов, крыша была куполообразной, земляной с дымоходами, которые одновременно служили дверями.

В начале мезолита (XIV–VIII тыс. лет до н. э.) повсеместно начали находить микролиты (кремниевые вкладыши с размерами порядка 1–2 см), вставляемые в прорези костяных и деревянных орудий. Эти орудия по сравнению со сделанными из целого куска кремния были легче, проще изготавливались, а главное, сломанные вкладыши можно было заменить, что делают в современном обрабатывающем инструменте. В это же время были изобретены сеть, лодка, весла, крючок с бородкой, гарпун, силки, лассо, лук и стрелы. Оригинальным изобретением стали бумеранги различных форм и размеров, найденные во многих местах земного шара, один из вариантов которых мог возвращаться к охотнику [4]. Изобретение первого дома относится к XI тысячелетию до н. э., и обнаружен он был на левом берегу Евфрата в местечке Телль-Морейбет на территории современной Сирии [2]. При постройке этого дома стволы деревьев вкапывались в землю, пространство между ними заполнялось глиной, а сверху были крыши из веток и шкур. К VIII тыс. до н. э. внутри домов начали делать перегородки, образуя комнаты. В VI тыс. до н. э. на территории современной Туркмении дома уже делались из глиняных блоков, а стены штукатурились и красились [5]. Один из первых городов в полном понимании этого слова – Иерихон (VIII тыс. до н. э.), расположен на территории Палестинской автономии в Израиле. От его строений в наибольшей сохранности осталось основание каменной башни диаметром 8 метров. Это, вероятно, одна из первых капитальных каменных построек, дошедшая до нашего времени.

Чуть позже начали появляться керамические изделия, которые сначала делались при помощи обмазки глиной плетеных корзин с последующим их обжигом.

Изобретение посевного земледелия, согласно исследованиям Гавайского университета, проведенным в Бирме, датируется 9750 годом до н. э. Около 8900 года до н. э. на территории современного Ирака была приручена овца.

Величайшее достижение древнего человека – изобретение письменности и счета. Считается, что они появились в середине IV тысячелетия до н. э. в Междуречье и принадлежат шумерам [6]. Примерно в это же время или чуть позже они появились и в Древнем Египте. Хотя есть смелые предположения, что зачатки письменности датируются верхним палеолитом и обнаружены они в пещерах на территории современной Франции. Причем, как утверждается, знаки, обнаруженные на рогах оленя, похожи на финикийский и древнегреческий алфавиты [3]. В любом случае, сначала письменность развивалась от пиктографических значков, где угадывались отдельные предметы, до идеографических (греч. idea – идея) или логографических (греч. logos – слово). В настоящее время разновидность последних двух, иероглифическая письменность, сохранилась наиболее полно в Китае. Характерные примеры пиктографических знаков, помимо шумерских и египетских представлены (рис. 2.1) в письменности Мохенджо Даро (III тыс. до н. э.) [7] и на Фестском диске (рис. 2.2) минойской цивилизации (II тыс. до н. э.). Несмотря на кажущуюся простоту пиктографического письма Мохенджо Даро ее начали расшифровывать только во второй половине XX века, а Фестский диск непонятен до сих пор.

Рис. 2.1. Пиктографическая письменность цивилизации Мохенджо Даро. Ill – II тысячелетие до н. э.

Следует заметить, что на нем, наверное, впервые в мире был применен способ выдавливания значков индивидуальными печатями, некий прототип печатного станка, можно обнаружить спиральную запись информации, как на современном жестком диске, и объединение массивов информации в блоки разной величины. В третьем тыс. до н. э. в египетских письменах начали использоваться значки, имеющие фонетическое значение. Несколько позже стали появляться слоговые и буквенно-звуковые (алфавитные) системы письменности. Изобретение первого алфавита приписывается финикийцам и состоит он из 22 знаков, каждый из которых соответствует определенному звуку. Самые ранние следы этой письменности найдены на Синае и датируются 1400 годом до н. э. Благодаря ее простоте развитие торговли Средиземноморья получило мощный импульс, а за этим следовал культурный и технологический обмен. В III тыс. до н. э. в Междуречье появилась система счета, кратная 6 (магической цифре того времени). Благодаря этому у нас сейчас 60 секунд, 60 минут и 360 градусов. Из материалов египетских трактатов конца III тыс. до н. э. мы знаем, что у них была десятеричная система счета и они знали четыре арифметических действия. Но и в этом случае были найдены кости верхнего палеолита с группами насечек, кратными 10 [3]. Причем кости на месте насечек заглаживались, что говорит о специальном отношении к этому процессу. Были даже найдены попытки стирания этих линий (уж не при погашении ли долга?!), а также печати, которые прикладывались к глине или с помощью краски делались отпечатки. Но все же основные находки древней письменности и счета (на глиняных табличках) относятся к Междуречью и на камне – к Египту.

Рис. 2.2. Фестский диск минойской цивилизации. II тыс. до н. э.

Одно из первых изображений колеса можно увидеть на Шумерской пиктограмме IV тыс. до н. э. (рис. 2.3). На мозаике из гробницы города Ур середины III тыс. до н. э. уже виден конструктив колеса (рис. 2.4), состоящий из двух соединенных дуг, насаженных на ступицу. Можно предположить, что по мере износа дуг они могли быть заменены. А это уже типичный признак изобретения согласно современному патентному законодательству. Одна из первых колесных повозок найдена в раскопках цивилизации Мохенджо-Даро и датируется она III тыс. до н. э.

Первые эквиваленты денег в виде слитков золота и серебра известны в Ассирийской, Кносской и Египетской цивилизациях еще во п тыс. до н. э. Первые монеты появились в Междуречье в VII веке до н. э. Причем и сами монеты имели различные интересные конструктивные исполнения.

Рис. 2.3. Пиктограмма первоначального шумерского письма. Первое известное изображение повозки на колесах.

Рис. 2.4. Шумерская боевая повозка. Мозаика из царских гробниц г. Ур. Около 2500 г. до н. э.

В китайских монетах императора Ши Хуанди III века до н. э. [6] были квадратные отверстия. Отверстия в монетах некоторых стран сохранились до сих пор, например, в норвежских и датских кронах и в монгольских мэнге. А само название «деньги» созвучно монетам теньге, которые появились в древности и до сих пор используются в Казахстане. Отверстия защищали деньги от подделок, а также через них можно было нанизывать деньги на шнурок и надежнее их сохранять.

Теперь о нескольких строительных изобретениях Древнего мира. В первую очередь это египетские пирамиды, без огромного количества изобретений строительство которых было бы невозможно. Уникальна для того времени резка каменных блоков с помощью медных пил с подсыпкой в зону реза кварцевого песка. Интересны подъемные краны с двумя рычагами и корзиной для противовесов. После подъема тяжелого блока противовесы на осликах по серпантину перевозились на следующий уровень для их повторного использования. Да и сами пирамиды, по мнению Б.Б. Леонтьева, являлись уникальными научными приборами для исследования циклов движения солнца. Поразительные достижения в строительстве были в уже упоминаемой цивилизации Мохенджо-Даро. Здесь обнаружена, наверное, самая первая в мире канализационная система, выложенная кирпичом и соединенная со стоками от каждого дома, которые имели помимо туалетов еще бассейны и даже бани, обогреваемые горячим воздухом. При этом улицы имели ориентацию с севера на юг, что соответствовало преимущественным ветрам и способствовало естественной вентиляции города [7]. Кносская цивилизация на Крите уже использовала трубы для канализации и подвода чистой воды. Причем трубы от холодных источников накрывались мраморными плитами, зазоры под которыми использовались для хранения мяса и молока в качестве первых холодильников. Великолепны строительные достижения китайского изобретателя Ли Бина, который в 250 году до н. э. запрудил реку Миндзян, приток Янцзы, установил раздвижные створы плотины, водомеры, систему водосливов и каналов для орошения полей. Ирригационные сооружения использовались и раньше, например, в Междуречье и Египте, но эта плотина, наверное, единственная, дожившая до наших дней, правда, в несколько модернизированном виде. Тот же Ли Бин в 252 году до н. э. соорудил первую в мире шахту для добычи соляного раствора с целью последующего производства соли. Однако его рабочие быстро умирали из-за каких-то сопутствующих выделений из шахты. Это оказался горючий газ, который в 100 году до н. э. китайцы начали отводить бамбуковыми трубками и использовать для приготовления пищи. А скоро построили первый в мире газопровод из бамбука, который в том числе доставлял газ к чанам, из которых выпаривался соляной раствор.

Говоря об изобретениях Древнего мира, нельзя не остановиться на науке того времени. В Древнем Вавилоне и Египте изобрели основы астрономии, могли рассчитывать движения планет, а также время солнечных и лунных затмений. А о том, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов вавилоняне из местечка Телль-Хармаль, близ Багдада, знали по меньшей мере за 14 веков до Пифагора. Одна из первых книг по медицине написана великим египетским архитектором и врачом Имхотепом в 2700 году до н. э. В Вавилоне также была сильна медицина. Обучали ей с детства и на высоком уровне, так как за врачебную ошибку часто приходилось дорого платить. В кодексе царя Хаммурапи II тыс. до н. э. сказано: «Если врач, делая кому надрез бронзовым ножом, причинит смерть человеку или, снимая с чьего-либо глаза катаракту бронзовым ножом, повредит глаз этому человеку, то ему должно отсечь руку» [8]. Из-за того, что в Вавилоне запрещалось вскрывать трупы, врачи выезжали на поля битв, где делали операции раненым и вскрывали убитых. Так родилась (была изобретена) полевая хирургия. При лечении различных болезней часто использовались фруктовые и овощные диеты. Лекарства изготавливались на основе растений, рыбы, меда и минеральных солей, из чего сейчас делаются биологически активные добавки. Часто больным прописывались лечебные гимнастики. В хирургии использовались скальпели, пинцеты, шины и линзы, применяемые для микроопераций. Вавилонских врачей приглашали в Египет, Сирию, Финикию, куда их всегда сопровождало изображение бога медицины Нингишзидда в виде змеи, обвивающей жезл – один из первых товарных знаков. Ученые Вавилона систематизировали растения, животных и минералы. Так родились ботаника, зоология и минералогия. Семидневная неделя, соответствующая семи астральным богам Вавилона, также была изобретена здесь.

Если в Вавилоне облегчали жизнь живущим, то в Древнем Египте много внимания уделялось умершим. Поразительно изобретение египтянами мумифицирования, сохранявшего тела более пяти тыс. лет. Но здесь не обошлось без курьезов. Мумии кошек согласно древним обычаям пользовались у населения спросом, а кошек не хватало, и древние эскулапы иногда мумифицировали бабуинов, выдавая их за кошек [7]. Но египетского гения хватило и живым людям. В 3000 году до н. э. египтяне уже выпекали дрожжевой хлеб многих сортов с добавлением меда, яиц и молока. А в качестве белкового дополнения в условиях жаркого климата они научились засаливать рыбу [9].

Многие знания древности дошли до нас благодаря тысячам глиняных табличек с текстами, найденных в Междуречье, в первую очередь при раскопках города Мари, расположенном в северной его части. А хранили их аккуратно разобранными в корзинах, тематически расположенных друг относительно друга в царской канцелярии города Мари [2]. При этом таблички были разные. Для оперативной записи использовались глиняные таблички, покрытые воском, а для важных сообщений, посылаемых на дальние расстояния, применялись свинцовые таблички [7]. То есть даже среди таких табличек можно выделить несколько изобретений, возникших в соответствии с разными задачами. Просто для сохранности информации, как на виниловом диске, – глиняные таблички, для оперативной перезаписи информации, как на магнитной ленте, – восковые таблички и для повышенной сохранности информации при передаче важных сообщений, как на магнитной проволоке в «черных ящиках» самолетов, – свинцовые таблички. А еще из этих табличек мы узнаем, что в сирийском городе Эбл во II тыс. до н. э. была изобретена избираемость царей через каждые семь лет правления [2].

Картина будет неполной, если мы не отметим, что происходило в древности на территории Северной Европы. К сожалению, народы, населяющие эту территорию, в основном не имели письменности, и о них мы знаем по греческим и римским источникам. По-гречески кельты (keltoi, живущие в укрытии), на староитальянском галлы (hal, от греческого названия соли) во многих источниках представляются варварами. Тем не менее из этих же источников мы узнаем, что галлы были очень изобретательны. Они изобрели кольчугу, бочонок, бесшовный обод колеса, длинный (около метра) меч с зазубринами на конце, подкову, использование удобрений в земледелии и многое другое. А судя по тому, что их называли соляными людьми, то, по-видимому, они первыми в Европе стали использовать соль для засолки мяса. Первое кельтское (протокельтское) захоронение было найдено, как ни странно, на территории современного Китая, вблизи Великого шелкового пути, из чего следует, что кельты были еще и великими путешественниками [9].

В заключение посмотрим, какие изобретения сделали наши предки, проживавшие на территории Восточной Европы. Раскопки скифских курганов показывают, что во многом их технические достижения перекликались с кельтскими, в первую очередь это касается оружия. И это не удивительно, если кельты дошли до Китая, то вполне могли по дороге у скифов что-то позаимствовать или поделиться умными мыслями. Но подробнее остановимся на более близком времени. Большой интерес представляют собой находки, сделанные на территории современной Старой Ладоги, которую многие ученые считают первой столицей Руси. Древняя Ладога располагалась на левом берегу реки Волхов в 12 км от Ладожского озера. Ни один древнерусский город не может сравниться с Ладогой по степени сохранности своих построек. Дома в то время были двух типов. Первый – бревенчатая изба 3,7?3,9?6 (м) с каменной печью, дощатым полом, настилаемым на лаги, и часто с галереей вокруг дома, не менее 0,5 м шириной, стены которой были выложены досками. В условиях холодного климата постройки с галереями под одной крышей были очень практичны. Второй тип построек для более богатых жителей имел площадь 60–80 м

и состоял из основного отапливаемого помещения и холодной пристройки (рис. 2.5). Эти дома были прообразами пятистенных изб, получивших позже распространение по всей Руси. Ближайшие аналоги обнаружены в Скандинавии, но староладожские постройки из найденных на сегодняшний день – самые древние. Жилища обоих типов отапливались по-черному. Это имело свои преимущества. Дым не опускался ниже уровня 70–80 см от поверхности пола и можно было, не опасаясь угореть, спать на лавках, при этом дым не оставлял никакой возможности выжить вредоносным насекомым, что способствовало сохранению продуктов да и самой бревенчатой конструкции. Следует заметить, что во многих небедных избах на севере, например, в районе Онежского озера, по-черному топили вплоть до XIX века, учитывая достоинства этого способа. Помимо сохранившихся жилищ в слоях 8-го века были обнаружены ремесленные мастерские с инструментами: клещами, молотками, сверлами, зубилами и ножницами по металлу. В кладах VIII–IX веков найдено большое количество монет, часть из которых отчеканено арабами, что говорит о развитой торговли на этой территории [10].

Существуют еще изобретения американских индейцев. Но большое их число связано с пытками и различными способами умерщвления людей.

Рис. 2.5. Постройки древней Ладоги, реконструкция. Середина VIII века до н. э.

По современным законам это не патентуется. Поэтому в наказание индейцам, хоть и были у них интересные изобретения в области медицины, строительства и астрономии, об этом здесь мы ничего говорить не будем.

Древние изобретатели не оставили воспоминаний того, как у них рождались изобретения. Однако можно утверждать, что все научно-технические достижения были направлены на решение практических задач. Как создавались некоторые изобретения – в следующей главе.

Литература

1. Австралопитеки – мясники. – Иллюстрированная наука. № 2, 2011, с. 8.

2. Варшавский А.С. Вначале были легенды. – М.: Знание, 1982, с. 11, 37, 35, 63, 49, 57.

3. Ларичев В.Е. Прозрение. – М.: Издательство политической литературы, 1990, с. 119, 107, 46.

4. Еремеев А.Ф. Происхождение искусства. – М.: Молодая гвардия, 1970, с. 38.

5. Редер Д.Г., Черкасова Е.А. История древнего мира. – М.: Просвещение, 1979, с. 66.

6. Варга Д. Древний восток. – Будапешт.: Корвина, с. 144.

7. История. Научно-популярные очерки. – М.: Молодая гвардия, 1985, с. 83, 84, 96, 94.

8. Матвеев К.П., Сазонов А.А. Земля Древнего Двуречья. – М.: Молодая гвардия, 1986, с. 9, 36.

9. Курлански М. Всеобщая история соли. – М.: Колибри, 2007, с. 52, 72.

10. Кирпичников А.Н., Сарабьянов В.Д. Старая Ладога – древняя столица Руси. – С.-Пб.: Славия, 1996, с. 69–81.

Глава 3 Как рождаются изобретения

Quot hominess tot sententiae.

Сколько людей – столько мнений

.

Известный разработчик методик решения изобретательских задач Генрих Саулович Альтшуллер отмечал, что «изобретатели не очень охотно и не часто рассказывают о путях, которые их привели к новой технической идее» [1]. В том: числе и это привело его к мысли, что неплохо было бы создать некую теорию, помогающую делать изобретения. Сначала его методы назывались алгоритмами: решения изобретательских задач: (АРИЗ), сейчас используется термин «теория решения изобретательских задач» (ТРИЗ). Этому вопросу в настоящее время посвящено огромное количество литературы. Если очень кратко описать суть данной теории, то необходимо собрать несколько специалистов для: быстрого решения: одной задачи: (мозгового штурма), разрешить им предлагать абсолютно все, выслушать все их предложения, ничего не критикуя, а потом через некоторое время выкинуть лишнее и написать формулу изобретения. Повторяю, это предельно краткое и упрощенное изложение ТРИЗа. Тем не менее, я уже не один десяток лет использую этот прием с постоянным успехом. Хочу отметить, что для еще большего раскрепощения сознания я не ставлю задачи объяснять, зачем нужен: тот или иной признак, это практически: всегда удается сделать позже. За три дня по 5 часов работы группой до 5-ти человек на базе уже разрабатываемых приборов обычно удается: создать до 4-х полноценных изобретений. В первый день разработчики рассказывают о том, что уже сделано и что хотелось бы получить. Причем каждая разработка может быть очень далека до изобретения и содержать только один отличительный признак или вообще быть без него. Проводя мозговой штурм, придумывается примерно по 20 отличительных признаков на каждое решение. Во второй день отсеиваются лишние признаки. На третий день составляются формулы изобретения. (Более подробно такой подход описан в гл. 13). А как еще создаются изобретения?

Иногда это происходит при анализе вредных технических эффектов. Интересные примеры приводит В.И. Ковалев в [2]. Супруги Лазаренко долгие годы боролись с электроэрозией и, в частности, с разрушением электрических контактов. Безуспешность этой борьбы повернула их изыскания в противоположном направлении, и они изобрели технологию электроискровой обработки металлов. Диффузионная вакуумная сварка Н.Ф. Казакова родилась при борьбе поначалу с вредным явлением образования нароста при резке металлов. И еще один пример касается изобретения бронебойного снаряда. В середине XIX века с появлением брони многие изобретатели пытались создать бронебойный снаряд с максимально твердым наконечником. Но такие снаряды разлетались на куски при ударе о броню. Занялся этой проблемой и адмирал С.О. Макаров. Было установлено, что даже обыкновенные снаряды легко прошивают броню, если выстрел происходит с внутренней ее стороны, где броня не закалена. Но как попасть туда снаряду? Макаровым было предложено оригинальное решение снабдить закаленный снаряд мягким железным наконечником. В момент удара этот наконечник как бы приваривался к закаленной броне, и она легко разрушалась твердым снарядом.

А вот пример, описанный Мухачевым в [3]. Как-то, высунув язык при снегопаде в загазованном городе, он обнаружил отвратительный вкус снежинок. За городом же снежинки имели вкус и запах свежести. Это явление его натолкнуло на создание способов улавливания вредных для человека выбросов путем их медленного охлаждения в трубах, кристаллизации и выпадения крупных кристаллов в специальные улавливатели. А из них уже полезные для промышленности вещества можно было пускать для дальнейшего использования.

Следует также заметить, что довольно часто больших успехов в технике добиваются специалисты из смежных областей. Например, Джеймс Уатт (1736–1819) кардинально усовершенствовал паровую машину, изобретенную Томасом Ньюкоменом в 1715 году, благодаря чему ее стало можно применять в промышленности, что послужило толчком к развитию всего современного производства. По своей первой профессии Уатт был мастером по изготовлению точных и оптических инструментов. Сэмюэль Финли Бриз Морзе (1791–1872) – изобретатель телеграфа первую половину жизни занимался живописью и достиг высот в этой области, получив звание профессора живописи. Возвращаясь в Америку из европейской творческой командировки по изучению старых мастеров живописи, Морзе на борту парохода неожиданно, как многие считают, изобрел принцип телеграфа. (Эти примеры взяты из [4]).

А вот «Кока-Кола» родилась по ошибке, когда фармацевт Джон Памбертон в лекарственный сироп влил вместо обыкновенной воды – газированную.

Интересно также рождение микроволновой печи. Исследователь Перси Спенсер, изучая работу радара, прошел перед его излучателем с шоколадным батончиком, который расплавился. После серии экспериментов родилась первая микроволновая печь. А вот Нильс Финсен (1860–1904) открыл благотворное влияние электромагнитного излучения на организм человека, а затем изобрел способ лечения некоторых болезней, глядя на кота на крыше, который для своего лежания выбирал солнечные места. В 1903 году Финсен за эти работы был удостоен Нобелевской премии [5].

Необычен опыт Николы Тесла (1856–1943), который он приобрел после тяжелой болезни. Его стали посещать вспышки света, которые часто сопровождались видениями будущих изобретений в конечном виде. Причем огромное количество работы по созданию приборов у него проходило в уме без макетирования и проведения экспериментов в отличие от того же Эдисона.

Оригинальную технологию изобретательства использует Есиро Накамацу (род. в 1928 г.), который погружается под воду и в конце задержки дыхания «за три секунды до смерти», как он сам выражается, записывает в водостойкий блокнот гениальные мысли, возникающие при недостатке кислорода для обычной работы мозга.

Многие исследователи считают, что активизация работы правого полушария (образного) благотворно влияет на работу левого полушария (логического). То есть не исключено, например, что слушать музыку при создании изобретений – полезно. Некоторые американские технические вузы дополняют свои программы гуманитарными дисциплинами – историей живописи, музыкой и т. п. Основная успеваемость при этом возрастает.

Интересен опыт системы образования в Финляндии, где много внимания уделяется художественному развитию. Небывалый промышленный рост в этой стране, как многие считают, связан с тем, что чуть ли не половина финнов после работы поет в хоре и играет в любительских театрах, развивая свое правое полушарие.

Яркий пример гармоничного сочетания правого и левого полушария мы видим у Николая Александровича Львова (1751–1803). За его достижения в живописи и литературе в 1783 году он был избран действительным членом Российской академии. Замечательны его достижения в архитектуре. По самым скромным подсчетам, Львов спроектировал и построил более тридцати зданий разного назначения. Все дошедшие до нас постройки (соборы, усадьбы, парки) ценятся как замечательные архитектурные памятники классицизма. Все здания, построенные Львовым, отличались большой инженерной изобретательностью, а также имели оригинальные варианты печей и каминов, обеспечивающие оптимальный обогрев и вентиляцию помещений. Помимо этого он усовершенствовал получение каменноугольного дегтя, разработал технологию использования угля для кузнечного и пушечного дела, для кирпичных и стекольных заводов, для хлебопечения, сахароварения, винокурения [6]. Создал новый кровельный материал на основе тряпичной бумаги, глины и толченого кирпича, пропитанных огнестойкими квасцами, который можно считать прототипом современных композитов. Широта его интересов позволила даже изобрести русский вариант паровой кухни со специальными трубопроводами, по которым пар поступал в жестяные кастрюли, где приготавливалось сразу несколько блюд. Изобретательская и поэтическая деятельности у Львова шли рука об руку. По поводу преград внедрения российского угля он написал оду. Другие трудности, сопровождающие любого российского изобретателя, прокомментировал стихами: «В земле, где вечные морозы или хлад, отнюдь не насаждай под рифму виноград».