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.
Космическая стрельба
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.
Полив при заморозках
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.
Людоедка на экране
Конечно, нужен определенный компромисс: если известно слишком мало, нет важной информации, то и неизвестное не к чему сводить. Помню, мой трёхлетний сын смотрел известный американский сериал «Скорая помощь». В очередном эпизоде шло кесарево сечение. Тяжёлая операция, на экране потоки крови — и вдруг раздаётся детский крик.
Сын спросил: «Почему резали тётю, а появился ребёнок?» Я ответил: «Его достали у тёти из животика». Сын задумался и через несколько минут спросил: «А почему тётя съела ребёнка?»
Согласитесь, это типичный пример общеизвестной детской гениальности. Ребёнок всегда пытается свести новое к тому, что уже знает. Трёхлетний мальчик не удовлетворился полученным от меня ответом — это само по себе похвально. Он поставил себе новый вопрос: если ребёнка достали из живота, то как он туда попал? Это неизвестное для него он стал сводить к тому немногому, что было ему уже известно. Что он знал про живот? Туда попадает всё, что человек съест. Значит, если ребёнок оказался в животике, то всё наличное знание мальчика показывает: его не иначе как съели.
Почему я так подробно останавливаюсь на таком простом примере? Потому что мальчик мыслил методологически правильно. Именно такой методологии мы пытаемся учить. Но если ребёнка не портить неправильным образованием, у него проявится именно эта — на мой взгляд, генетически заложенная в человека[120] — правильная методика получения нового знания.
Чуковский в знаменитой книге «От двух до пяти» приводит замечательные лингвистические примеры. Скажем, ребёнок произносит «колоток» вместо «молоток», потому что слово «колотить» ему уже знакомо. Или просит «отскорлупать» орехи, по обычным законам языка сводя воедино несколько слов. Только играя в такой языковый конструктор, можно за 2–3 года овладеть всем богатством лингвистических законов, созданных за десятки тысяч лет эволюции человеческой культуры.
Для ребёнка, писал К.И. Чуковский в памятной книге «От двух до пяти», выдержавшей два десятка одних только прижизненных изданий, «невыносимо сознание, что он не способен к тем действиям, которые у него на глазах совершают другие. Что бы кто ни делал на глазах у двухлетнего мальчика, он в каждом видит соперника, которого ему надлежит превзойти. Он не может допустить и мысли, что кто-нибудь другой, а не он будет действующим, а стало быть, и познающим лицом в этом мире.
Дети только потому не пугаются собственной своей неумелости, что не подозревают об истинных размерах её. Но всякий раз, как по какому-нибудь случайному поводу они почувствуют, до чего они слабы, это огорчает их до слёз.
Ребёнок хочет быть Колумбом всех Америк и каждую заново открыть для себя. Всё руками, всё в рот, — поскорее бы познакомиться с этим неведомым миром, научиться его делам и обычаям, ибо всякое непонимание, неумение, незнание мучает ребёнка, как боль. Мы все к двадцатилетнему возрасту были бы великими химиками, математиками, ботаниками, зоологами, если бы это жгучее любопытство ко всему окружающему не ослабевало в нас по мере накопления первоначальных, необходимейших для нашего существования знаний.
К счастью, ребёнок не представляет себе всех колоссальных размеров того непонятного, которое окружает его: он вечно во власти сладчайших иллюзий, и кто из нас не видел детей, которые простодушно уверены, что они отлично умеют охотиться за львами, управлять оркестром, переплывать океаны и т. д.
Великую радость должен почувствовать этот пытливый и честолюбивый исследователь мира сего, когда ему становится ясно, что обширные области знания уже прочно завоёваны им, что ошибаются другие, а не он.
Другие не знают, что лёд бывает только зимой, что холодной кашей невозможно обжечься, что кошка не боится мышей, что немые не способны кричать «караул» ит. д. А он настолько утвердился в этих истинах, что вот — Может даже играть ими.
Когда мы замечаем, что ребёнок начал играть каким-нибудь новым комплексом понятий, мы можем наверняка заключить, что он стал полным хозяином этих понятий; игрушками становятся для него только те идеи, которые уже крепко скоординированы между собой.
Не нужно забывать, что именно координация, систематизация знаний и является важнейшей, хотя и не осознанной, заботой ребёнка.
Умственная анархия невыносима для детского разума. Ребёнок верит, что всюду должны быть законы и правила, страстно жаждет усваивать их и огорчается, если заметит в усвоенном какой-нибудь нечаянный изъян».
Журналист из Ульяновска Анастасия Чеховская в статье «Главная детская тайна» (электронная газета «Вести образования», 19.12.2011) затрагивает феномен, знакомый каждому взрослому, но порядком подзабытый за давностью лет: «Тайный детский язык — это не только элемент детской игровой культуры, детского фольклора, но и творческая, развивающая игра, в которой есть место и ребёнку, и взрослому. К сожалению, сейчас они не так популярны, как сто лет назад: другое время, другие социальные реалии, но фольклористы полагают, что создавать секретные языки — это естественная потребность детей шести-девяти лет. Секретный язык — это обучение через игру.
Прагматика секретных языков заключается в том, что дети ограждают себя от насмешек взрослых, которых веселят все эти дома на деревьях, тайные убежища, вигвамы, пароли и пещеры. Период секретов такой же естественный, как период вранья в три года (умные люди не дадут соврать, что это показатель растущего интеллекта и включившегося образного мышления). Это значит, что мозг развивается — и нужно направлять интерес ребёнка в сторону чтения и самообразования.
Какая польза может быть от тайных детских языков? Тема секретного языка выводит на тему головоломок, шифровок, ребусов, а позже — языков программирования и криптографии. Для ребёнка с аналитическим складом ума польза будет заключаться в том, что он довольно рано поймёт, что язык — это конструктор, из которого можно собрать всё что угодно. Он научится чувствовать элементы языка: его фонетику, морфологию, синтаксис.
Для детей творческого, фантазийного склада секретный язык — это как банка варенья для сладкоежки. Язык позволяет конструировать реальность. И законы, по которым создаются секретные детские языки, прекрасно работают для языков сказочных. Как говорят феи? Звёзды? Лошади, когда люди их не слышат? А как выглядят существа, которые говорят тем или иным образом?
Следом за существами рождаются их обычаи, одежда, города и деревни, конфликты и герои. Рождается эпос и целая смысловая вселенная. А значит, ребёнок получает стимул для творчества словесного: рассказов, стихов, картин о фантазийных мирах».
Условные, «институтские», секретные, «тарабарские», «балабурные» языки относятся к искусственным. Они были выделены филологами и этнографами ещё в XIX веке, зафиксированы в произведениях Н.В. Гоголя, А.Н. Энгельгардта, В.И. Даля, Н.Г. Помяловского, В.Г. Белинского и других. Научное освещение искусственные языки школьников (заумный язык, языки с меной окончания основы, оборотные, или обратные, языки) получили ещё в 1920-х годах. Кстати, презрительное наименование «тарабарский» «в отдельных случаях было подсказано и закрепилось в детской среде насмешками взрослых, осудительно относящихся к детским разговорам на искусственных языках, как к пустой болтовне наподобие лепета «Тара-бара / Вчера была, / Сёдни не пришла».
Другое дело, что законы — только механизм переработки реальной информации. Если её нет — результат переработки может оказаться совершенно нелепым. Математики и программисты говорят: «Garbage in — garbage out» (мусор на входе даёт мусор на выходе).
К счастью, информацию можно накопить довольно быстро. Даже если со школой не повезёт — открыты библиотеки, доступен Интернет… А вот умение перерабатывать эту информацию нужно тренировать упорно и повседневно. Ставьте мысленные эксперименты на любом доступном материале, ищите неизвестное на каждом шагу — все усилия окупятся.
Бигуди № 48
Еще задачка о детях. В одной детской больнице маленькие пациенты любили играть с очаровательными плюшевыми мишками, которые были в палате. Малышам так сильно мишки, что они стали исчезать: выздоравливая, маленькие пациенты уносили их домой. Что придумали врачи, чтобы игрушки оставались в больнице? Ну, подумайте, что бы сделали Вы, если бы Вам стало жалко больного мишку?62
И вот другой аналог этой задачи: один богатый и хлебосольный человек Х любил приглашать многочисленных друзей и знакомых к себе на обед. Однако после нескольких таких пиршеств прислуга стала докладывать о пропаже дорогих серебряных вилок — друзья и приятели разбирали их, видимо, как сувениры, на память о прекрасном обеде, что ли. Немного подумав, хозяин велел… После этого пропажи прекратились. Что же Х сделал с этими вилками?63