28 марта

Эпистемические стандарты изобретений

Научно-популярное
Перевод
Автор оригинала: Jason Crawford

Поиск ответов на вопросы о том, почему на изобретение той или иной технологии понадобилось так много времени


Пытаясь изучить историю прогресса, я постоянно натыкаюсь на интересные примеры «идей, отставших от времени» – изобретений, которые вроде бы появились гораздо позже, чем могли бы, типа волокноотделителя или велосипеда. Я собрал небольшой список таких вещей и провёл анализ их возникновения.

Обсуждение подобных вопросов часто странным образом скатывается в споры, в которых люди безуспешно обмениваются репликами друг с другом (хотя если люди в интернете могут спорить о том, сколько дней в неделе, то, наверно, спорить можно вообще обо всём). Поэтому я хотел бы прокомментировать наши мысли по поводу подобных случаев и стандартов доказательств.

Для начала скажу о необходимости соблюдать определённую точность в определениях. Возьмём паровой двигатель. В античности была такая штука, которая называлась героновым двигателем (турбиной, шаром), или эолипилом. Некоторые люди, увидев её, приходят к заключению о том, что «паровые двигатели существовали в I веке», или что нет никаких причин, по которым древние римляне не могли бы использовать такую вещь в промышленности.



Это ошибка. Эолипил вовсе не похож на паровые двигатели XVIII и последующих веков: это турбина, то есть, она вращается, а не использует возвратно-поступательного движения поршня, как паровая машина Ньюкомена. Почему это важно? Потому, что эолипил не выдаёт достаточного вращательного момента для практического применения. В одном анализе описано, что паровая машина Ватта выдавала в четверть миллиона раз больший вращательный момент.


Паровая машина Ньюкомена

Ещё до того, как я наткнулся на этот анализ, у меня уже было подозрение, что так оно и есть – именно поэтому я догадался поискать словосочетание «вращательный момент эолипила», после чего я наткнулся на эту ссылку на первой странице результатов Google. Моя интуиция базировалась на нескольких посылках. Во-первых, если бы такую простую и примитивную турбину, как эолипил, можно было бы применять на практике, почему никто не переизобрёл её в XVIII или даже XVII веке? Почему Ньюкомен, Ватт, и другие сконцентрировались на куда как более сложных поршневых двигателях? Это были умные люди, очевидно, активно трудившиеся над этой задачей – маловероятно, что никто из них не додумался бы до такого простого решения. Во-вторых, размер эолипила небольшой – набросок Герона изображает его как настольный прибор – однако двигатель Ньюкомена был огромным, для него приходилось строить отдельный сарай. Зачем бы нужно было строить такой огромный двигатель, если бы хватило крохотного?

И вновь, точное понимание каждого изобретения помогает раскрывать подобные важные детали. Простой концепции, такой, как «машина (любая), использующая пар (любым способом)», оказывается недостаточно.

Этот пример иллюстрирует и второй принцип: практичность имеет значение. Теоретически работающее устройство, которое, тем не менее, выдаёт слишком мало энергии, слишком неэффективное, дорогое или ненадёжное, с практической точки зрения всё равно, что не существует. Оно должно работать не только для демонстраций, но и для реальных, человеческих, экономических нужд, в контексте жизней потребителей, промышленных процессов или работы бизнеса. Поэтому разногласия в степени могут превратиться в разногласия в виде устройства, когда изобретение пересекает порог практичности.


Лампочка Эдисона

Кстати, именно поэтому совершенно точным будет утверждение о том, что лампочку изобрели в лаборатории Эдисона, хотя до неё лампы уже были: они были либо слишком дорогими (к примеру, использовали платиновые нити), или быстро перегорали, из-за чего их приходилось часто менять. По-моему, говорить о том, что некто изобрёл «первую практичную Х», избыточно – это всё равно, что просто сказать, что он изобрёл Х. Изобрести что-то – значит, изобрести применимую на практике версию. Если ваше «изобретение» непрактично, это всего лишь демонстрационная версия, или прототип. Оно может оказаться полезным для испытания идей или объяснения возможностей, но историю двигают именно практические изобретения – те, что действительно устраняют препятствия на пути к повсеместному их использованию.


«Воздушный винт» да Винчи

Ещё одним примером может служить компьютер. Компьютер изобрели Дж. Преспер Экерт и Джон Мокли из Пенсильванского университета; их первой моделью стал ENIAC, законченный в 1945-м. Это был прорыв, поскольку это был первый полностью электронный компьютер, из-за чего он работал гораздо быстрее предыдущих образцов, таких, как IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC или Harvard Mark I), который был электромеханическим и использовал магнитные реле. Если сравнить скорости этих машин по данным из Википедии, то ENIAC был в 600 раз быстрее ASCC при делении и более чем в 2000 раз быстрее при умножении. (Также ENIAC работал более чем в 2000 раз быстрее человека с механическим калькулятором, вычисляющим баллистическую траекторию, что говорит о том, что ASCC работал не сильно быстрее человека). ASCC был интересной демонстрацией, о которой что-то писали в газетах; ENIAC был компьютером, запустившим вычислительную революцию. Опять-таки, разница в степенях становится разницей в видах. Если заглянуть дальше в прошлое, то такие компьютеры, как машина Атанасова-Берри или Z3 Конрада Цузе, тоже работали гораздо медленнее ENIAC, а также имели другие практические ограничения. «Компьютер» Бэббиджа был лишь незаконченной концепцией, которую невозможно было построить при помощи современных ему технологий – поэтому, несмотря на моё уважение к его гению, я могу считать Бэббиджа изобретателем компьютера не более, чем да Винчи – изобретателем вертолёта.


Замена лампы в ENIAC

Если вы хотите поспорить, сказав, что изобретение не могло появиться до наступления некоего «разрешающего» события, то я отношусь к подобной истории как к эпистемиологическому золотому стандарту: сильная экономическая мотивация (а в случае с компьютерами – военная мотивация в контексте Второй мировой войны); множество предыдущих попыток, включая завершённые, неплохо работающие и достаточно хорошо освещённые проекты; измеряемая разница по ключевому параметру, имеющему практическое значение (в нашем случае, по скорости); технология, позволяющая достичь значительной разницы по этому параметру (в нашем случае, примерно на 3 порядка). Поэтому я с уверенностью заявляю, что компьютер – опять-таки, считаю излишним писать «практический компьютер» – не мог появиться до изобретения электронной лампы-усилителя в 1907.

Вполне вероятно, хотя мне это и не совсем очевидно, что он не мог появиться ещё достаточно долгое время после этого, когда были изобретены усовершенствованные, более надёжные электронные лампы. Вероятно, поскольку в ENIAC использовалось более 17 000 ламп, и их надёжность вызывала у инженеров беспокойство; не очевидно, потому что мне неизвестны примеры попыток построить полностью электронный компьютер на менее надёжных лампах, и потому что некоторые заявления инженеров говорят о том, что надёжность оказалась не такой серьёзной проблемой, как считалось ранее, особенно если лампы работали без перерыва, не испытывая тепловых нагрузок. Поэтому, возможно, после 1907 года инженеров останавливало только отсутствие ключевой идеи.


Дрезина Карла Дреза

С другой стороны, если вы хотите поспорить, что что-либо могло быть придумано гораздо раньше, чем это произошло, вам нужно придумать какие-то более серьёзные аргументы, чем просто концепции высокого уровня и составные части изобретения. Нужно тщательно проверить каждую часть, материал, процесс производства. Любая, даже второстепенная деталь, может стать критически важной – особенно, если мы вспомним, что изобретения должны не просто работать, но быть практичными с точки зрения эффективности, надёжности и стоимости. Как пример, в моём анализе изобретения велосипеда я описывал первый протовелосипед, «дрезину» или Laufmaschine, сделанную из дерева, с колёсами с металлическими шинами – обе эти технологии достаточно древние. Однако, как мне потом написали, что в дрезине использовалась технология шариковых подшипников, гораздо более новая, и, возможно, критически важная для уменьшения трения.

В связи с этим вопрос: насколько сильно нам нужно удивляться, узнав, что на изобретение Х ушло Y лет после того, как изобрели технологию Z? Изобретения не появляются сразу же после того, как становятся возможными. У идей и информации уходит время на распространение, требуются эксперименты, нужно найти финансирование, организовать лаборатории, найти материалы; и в итоге все эти действия совершают не автоматы или часовые механизмы, а непредсказуемые человеческие существа, со своими собственными идеями, вдохновением, надеждами и страхами, работающие в сложных сетях из команд, контрактов, партнёрств и других социальных структур. Даже при наилучшем раскладе разрыв в десять или более лет между появлением ключевой технологии и коммерческим выпуском изобретения не будет удивительным; если ключевая технология была научным открытием, то меня не удивляют два или три десятилетия. Может вмешаться и случай – с пути к изобретению вас может столкнуть внезапная болезнь, финансовая паника, война.


Коттон-джин (хлопковый волокноотделитель) Илая Уитни

В целом, я думаю, что мы должны сильнее удивляться долгому ожиданию изобретений, имевших очевидное и предсказуемое влияние на крупную промышленность. Поэтому меня больше удивляет позднее изобретение коттон-джина и ткацкого челнока, чем чемодана на колёсиках, ролевых игр или велосипеда, предлагающих лишь удобство или развлечение. Думаю, также стоит ожидать более медленного появления изобретения в местах, где живёт меньше людей, они меньше образованы, имеется меньшая экономическая прибыль (финансирующая исследования и разработки), меньше механизмов финансирования (или они менее эффективны), меньше политической стабильности, и т.п.

Я представляю себе инновации как стохастический процесс, в котором некоторые параметры назначаются окружением, а другие – самим конкретным изобретением. Чем сильнее «давление» на решение задачи (экономическая мотивация), чем больше есть возможностей её решить (образованных, изобретательных людей или организаций, имеющих свободное время, место, материалы и финансирование в контексте хорошо работающих государственных институтов и политической стабильности), тем скорее можно ожидать совершения скачка, и тем меньше разрыв по времени. В пределе можно получить мгновенные изобретения, о которых ходит множество историй (хотя некоторые из них преувеличены в том смысле, который был упомянут ранее – что считать «изобретением»). Какие-нибудь аспиранты по экономике, возможно, смогут защитить диссертацию, формализовав эту модель и подогнав параметры к данным – чтобы как количественно оценить уровень «изобретательности» в данном месте в данное время, так и определить отдельные изобретения, на самом деле появившиеся «позже своего времени».
Теги:прогрессизобретения
Хабы: Научно-популярное
+20
5k 21
Комментарии 20
Реклама
Лучшие публикации за сутки

Рекомендуем