В массовом сознании зафиксировано, что открытия и изобретения совершаются совершенно случайно. Американская исследовательница Шарлотт Джонс собрала множество примеров ошибок, в большей или меньшей степени повлиявших на жизнь человечества [9]. Однако, если это действительно так, то прогнозировать изменения в науке и технике заведомо бессмысленно? Действительно, при открытии имеет место элемент случайности. Это связано с тем, что исследователь не знает заранее, что именно он получит. Однако сам объект открытия при этом благополучно существовует в природе.
Анализ случайностей в науке и технике основанный на 103 изобретений и открытий, которые считаются «случайными» привел к интересным выводам. Практически половина событий (52 из 103) являются не открытиями, а изобретениями.
Часто в литературе отождествляются такие понятия как «открытия», «изобретения» и «инновации». При том, что различие очевидно: открытие - это обнаружение существующих законов природы, изобретение - это применение открытых законов для создания новой технической системы, а инновация - это массовое использование созданного изобретения.
П/п
НАЗВАНИЕ
Область
Тип
Вид
1
Виагра
Медицина
Изобретение
Случайное
2
LSD
Медицина
Изобретение
Случайное
3
Рентген
Медицина
Открытие
Случайное
4
Антибиотики (Пенициллин.)
Медицина
Открытие
Случайное
5
Искусственные подсластители
Пища
Изобретение
Случайное
6
Микроволновая печь
Пища
Изобретение
Неожиданное
7
Бренди
Пища
Изобретение
Случайное
8
Вулканизированная резина
Химия
Изобретение
Случайное
9
Картофельные чипсы
Пища
Изобретение
Случайное
10
Булочки с изюмом
Пища
Изобретение
Случайное
11
Открытие Америки.
География
Открытие
Случайное
12
Открытие йода
Химия
Открытие
Случайное
13
Хинин
Медицина
Открытие
Запаздывающее
14
Индиго
Химия
Открытие
Случайное
15
Таблица Менделеева
Химия
Открытие
Случайное
16
Формула бензола
Химия
Открытие
Случайное
17
Сэндвичи.
Пища
Изобретение
Случайное
18
Кресло-качалка.
Мебель
Изобретение
Случайное
19
Телефон
Связь
Изобретение
Случайное
20
Пузырьково-струйный принцип печати
Информация
Изобретение
Случайное
21
Кока-Кола
Пища
Изобретение
Случайное
22
Печенье с кусочками шоколада
Пища
Изобретение
Случайное
23
Клейкие бумажки для заметок
Торговля
Изобретение
Случайное
24
Кардиостимулятор
Медицина
Изобретение
Неожиданное
25
Тележка для супермаркета
Торговля
Изобретение
Случайное
26
Мешок для мусора
Торговля
Изобретение
Случайное
27
Пентакарбонил
Химия
Изобретение
Случайное
28
Аргон
Химия
Открытие
Случайное
29
Клатраты
Химия
Открытие
Случайное
30
Фосфор
Химия
Открытие
Случайное
31
Дымный порох
Химия
Изобретение
Случайное
32
Хлор
Химия
Открытие
Случайное
33
Сахарин
Химия
Изобретение
Случайное
34
Аметист
Химия
Открытие
Случайное
35
Динамит
Химия
Изобретение
Случайное
36
Триплекс
Химия
Изобретение
Случайное
37
Первый карбонил
Химия
Изобретение
Случайное
38
Гальванопластика
Химия
Изобретение
Случайное
39
Пероксиды эфира
Химия
Изобретение
Случайное
40
Искусственная кровь
Химия
Изобретение
Случайное
41
Тоже клатрат
Химия
Изобретение
Случайное
42
Ферроцен
Химия
Изобретение
Случайное
43
Фторопласт (Тефлон)
Химия
Изобретение
Случайное
44
Мочевина
Химия
Открытие
Случайное
45
Цинкаль
Химия
Изобретение
Случайное
46
Бензол
Химия
Открытие
Случайное
47
Белое и серое олово
Химия
Открытие
Случайное
48
Гелий
Химия
Открытие
Случайное
49
Пурпур
Химия
Открытие
Случайное
50
Ррадиоактивность
Физика
Открытие
Случайное
51
Лакмус
Химия
Открытие
Случайное
52
Диоксигенил
Химия
Изобретение
Случайное
53
Фосген
Химия
Изобретение
Случайное
54
Сурик
Химия
Изобретение
Случайное
55
Огниво Дёберейнера
Химия
Изобретение
Случайное
56
Глицерин и акролеин
Химия
Открытие
Случайное
57
Углекислый газ
Химия
Открытие
Случайное
58
Сероводород и сульфиды
Химия
Открытие
Случайное
59
Алмазная лихорадка
Геология
Открытие
Случайное
60
Кристаллы бора
Химия
Открытие
Случайное
61
Агаты
Геология
Открытие
Случайное
62
Этилен
Химия
Открытие
Случайное
63
Аммиачная селитра
Химия
Изобретение
Случайное
64
Беротолле и спички
Химия
Изобретение
Случайное
65
Чудеса катализа
Химия
Изобретение
Случайное
66
Адсорбция
Химия
Открытие
Случайное
67
Меллитовая кислота
Химия
Открытие
Случайное
68
Соли Цейзе
Химия
Открытие
Случайное
69
Йодистый азот
Химия
Изобретение
Случайное
70
Фтор - Неудачный опыт
Химия
Открытие
Случайное
71
Аспартам
Пища
Изобретение
Случайное
72
Карбид
Химия
Изобретение
Случайное
73
Открытие фуллеренов
Химия
Открытие
Случайное
74
Хинолин
Химия
Открытие
Случайное
75
Азотистый иприт
Химия
Изобретение
Случайное
76
Ядерное деление
Физика
Открытие
Случайное
77
Полиэтилен
Химия
Изобретение
Случайное
78
Висячий мост
Строительство
Изобретение
Случайное
79
Телескоп
Астронимия
Изобретение
Случайное
80
Химическая чистка ткани
Химия
Изобретение
Случайное
81
Обесцвечивание волос
Химия
Изобретение
Случайное
82
Электродвигатель
Электротехника
Изобретение
Случайное
83
Открытие дифтерии и тифа
Медицина
Открытие
Случайное
84
Закон симметрии в кристаллах
Физика
Открытие
Случайное
85
Получения стали из чугуна по Бессемеру
Металлургия
Изобретение
Случайное
86
Идея паровой машины
Энергетика
Изобретение
Случайное
87
Реликтовое излучение
Астрономия
Открытие
Запаздалое
88
Плутон
Астрономия
Открытие
Предугаданное
89
Спутники Урана.
Астрономия
Открытие
Предугаданное
90
Теория Менделя
Биология
Открытие
Преждевременное
91
Теория естественного отбора.
Биология
Открытие
Повторное
92
Совпадении социальных кризисов с максимумами солнечной активности.
Социология
Открытие
Повторное
93
Открытие атомной энергии.
Физика
Открытие
Неожиданное
94
Взаимодействие электричества и магнетизма.
Физика
Открытие
Запаздалое
95
Догадка о тяготении
Физика
Открытие
Запаздалое
96
Броуновское движение
Физика
Открытие
Запаздалое
97
Лазер
Физика
Открытие
Запаздалое
98
Радиоволны.
Физика
Открытие
Предугаданное
99
Электрический ток
Физика
Открытие
Неожиданное
100
Электрон.
Физика
Открытие
Неожиданное
101
Теория относительности.
Физика
Открытие
Повторное
102
Инертные газы.
Химия
Открытие
Предугаданное
103
Кислород.
Химия
Открытие
Преждевременное
Таб. 1 Список открытий и изобретений, считающихся случайными
2.4.1. ОТКРЫТИЯ
Согласно классификации Новикова [18] открытия можно типировать по времени:
- Повторные (в т.ч. одновременные).
- Предугаданные.
- Непредугаданные.
- Преждевременные.
- Запаздывающие.
Дополним данную классификацию одним очень важным типом – ошибки, ставшие открытиями.
2.4.1.1. Ошибочные открытия
Самое известное «случайное» открытие Колумбом Америки, вместо Индии, является единственным в этом списке географическим открытием. Хотя ошибок подобного рода было множество, только они стали не столь известны, как ошибка Колумба. Например, знаменитый французский мореплаватель Лаперуз ошибочно решил, что Сахалин - это полуостров. Его ошибку подтвердил ни кто иной, как Крузенштерн. И только экспедиция Невельского на «Байкале» исправила это заблуждение [18].
Значительная часть случайных открытий относится к химии и к близким областям (биохимия, фармацевтика). Причем, большая часть этих открытий приходится на открытия новых элементов (йод, фосфор, инертные газы) или соединений (бензол, индиго). И это отнюдь не случайно. Ведь данные вещества уже существовали в природе и неизбежно были бы открыты. Весь вопрос, когда и кем будет это сделано.
Примером «неслучайности» открытий служат многочисленные повторные и, даже, одновременные открытия.
2.4.1.2. Повторные и одновременные открытия
В истории науки большинство фундаментальных открытий, связанных с решением фундаментальных проблем делалось несколькими учеными, которые работая в разных странах, приходили к одинаковым результатам [18]. В науковедении отношение между первичным открытием и его повторением интенсивно изучается. Ш. Джонс проанализировала 264 исторически зафиксированных случаев повторных открытий. Большая часть 179 составляет двоичные, 51 троичные, 17 четверичные, 6 пятеричные, 8 шестеричные [9].
В работе Шарлотт Джонс [9] приводится список сделанных повторно, но независимых изобретений и научных открытий за период с начала XVII до конца XIXв. из истории различных областей науки: астрономии, математики, химии и физики. Его соображения состоят в том, что существует определенная частота появления большого научного таланта и что, если этот талант занят научной или технической деятельностью, самостоятельные изобретения и открытия будут неизбежны.
Однако подлинное открытие происходит тогда, когда оно включается в новую систему представлений или когда ясно осознается его противоречие с существующей концепцией, со всеми вытекающими отсюда последствиями с необходимостью коренной реформы или смены этой концепции [18].
Так, гелиоцентрическая система была предложена в начале III века до н.э. Аристархом Самосским, затем позабыта до ее повторного открытия Коперником.
Наиболее широко известны следующие факты [18]:
· многие из 500 открытых Гуком законов были параллельно открыты другими учеными;
· Лорд Кельвин, сделал 32 открытия. Эти открытия включаются с состав открытий, сделанных другими 30 учеными. При этом большинство из них вторичные, некоторые троичные и несколько четверичных;
· Теория относительности. А. Пуанкаре и А. Эйнштейн и др.;
· Теория естественного отбора. Чарльз Дарвин и Уоллес прочитали доклады об эволюции видов в Линнеевском обществе 1 июля 1858 года. Но Дарвин разрабатывал теорию эволюции видов 20 лет, тогда как Уоллес - одну неделю;
· совпадение социальных кризисов с максимумами солнечной активности. А.Л. Чижевский сделал заключение об этом одновременно с этнографом В.И. Анучиным, который описал этот факт в книге «Социальный закон».
2.4.1.3. Предугаданные открытия
К таким открытиям можно отнести [18]:
Плутон
Ещё за четверть века до него известный американский астроном Персиваль Ловелл начал изучать остававшиеся после учёта влияния Нептуна отклонения в движении Урана. Ловелл приписывал их воздействию на Уран некоей «планеты X», находящейся за орбитой Нептуна. В 1929 году Клайд Томбо возобновил поиски и 18 февраля 1930 года нашел планету всего в 3 от положения, предсказанного Ловеллом;
Спутники Урана
При открытии с самолета покрытия звезды планетой Уран случайно были обнаружены кольца Урана. Анализ их резонансной структуры позволил советским астрономам Н.Н. Гарькавому и А.М. Фридману предсказать целую серию спутников Урана. Через полгода при пролете космического корабля Вояджер 2 вблизи Урана 24 января 1986 года все эти спутники были обнаружены на предсказанных расстояниях от Урана;
Предсказания Менделеева
Кроме «экаалюминия» (будущего Ga, открытого П. Лекоком де Буабодраном в 1875г.), «экабора» (Sc, открытого шведским учёным Л. Нильсоном в 1879г.) и «экасилиция» (Ge, открытого немецким учёным К. Винклером в 1886г.) Менделеев предсказал существование аналогов марганца (будущие Тс и Re), теллура (Po), иода (At), цезия (Fr), бария (Ra), тантала (Pa);
Инертные газы
Рамзай пришёл к выводу, что существует целая группа химических элементов, которая располагается в периодической системе между щелочными металлами и галогенами. Пользуясь периодическим законом и методом Менделеева, было определено количество неизвестных благородных газов и их свойства, в частности их атомные массы. Это позволило осуществить целенаправленные поиски благородных газов;
Радиоволны
Открыты Герцем в лабораторных условиях на основе предсказания Максвелла о существовании другой волны, чем свет.
2.4.1.4. Случайные открытия
Рентгеновское излучение
В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген работал с катодно-лучевой трубкой. Несмотря на то, что сама трубка была экранирована, Рентген заметил, что картон, покрытый платиносинеродистым барием и находившийся рядом с трубкой, начинал светиться в темной комнате.
Рентген попытался блокировать лучи, но большинство вещей, которые он помещал перед ними, проявляли аналогичный эффект. Когда в конце концов он поставил перед трубкой свою руку, то заметил, что она начинает просвечиваться на изображении, проецируемом на экране. Свое открытие он назвал «икс-лучами» (X-rays). После Рентген заменил трубку фотографической пластиной и получил первую рентгенограмму.
Вскоре после этого технология была адаптирована медицинскими учреждениями и исследовательскими лабораториями. Однако опасность длительного воздействия рентгеновских лучей ученым еще только предстояло понять.
Радиоактивность
Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком А. Беккерелем. Он занимался исследованием связи люминесценции и недавно открытых рентгеновских лучей.
Беккерель решил выяснить, не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами? Для проверки своей догадки он взял несколько соединений, в том числе одну из солей урана, фосфоресцирующую желто-зеленым светом. Осветив ее солнечным светом, он завернул соль в черную бумагу и положил в темном шкафу на фотопластинку, тоже завернутую в черную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через черную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку.
Проведя несколько аналогичных экспериментов с использованием урановой соли, он понял, что открыты новые лучи, проходящие сквозь непрозрачные предметы, но не являющиеся рентгеновскими.
Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Таким образом, это свойство было присуще не соединениям, а химическому элементу — урану.
Открытие А. Беккерелем в 1896 году радиоактивности не могло быть предвидено, т.к. доминировала непреложная истина о неделимости атома.
Электричество
Судьбоносное открытие электричества причисляется английскому ученому Майклу Фарадею. Среди его ключевых открытий стоит отметить принципы действия электромагнитной индукции, диамагнетизм и электролиз. Эксперименты Фарадея также привели к созданию первого генератора, ставшего предшественником огромных генераторов, которые сегодня производят привычное нам в повседневной жизни электричество.
Пенициллин
«Когда я проснулся на рассвете 28 сентября 1928 года, я, конечно, не планировал революцию в медицине своим открытием первого в мире антибиотика или бактерии-убийцы. Но полагаю, что именно это я и сделал».
В 1928 году сэр Александр Флеминг, профессор бактериологи, вернувшись в свою лабораторию спустя месяц отдыха со своей семьей, обнаружил, что в одной из его чашек Петри появились плесневые грибы, которые уничтожили до этого находившиеся в ней колонии стафилококков, но при этом не тронули другие культуры.
Флеминг отнес грибы, выросшие на пластине с его культурами, к роду пеницилловых и спустя несколько месяцев назвал выделенное вещество пенициллином. Но поскольку Флеминг не был химиком, он не был в состоянии извлечь и очистить активное вещество.
О своем открытии ученый написал в 1929 году в британском журнале Экспериментальной Патологии, но его статье было уделено мало внимания. До 1940 года Флеминг продолжал свои опыты, пытаясь разработать методику быстрого выделения пенициллина, которую можно было бы использовать в дальнейшем для более масштабного применения.
Впервые пенициллин был применен для лечения человека британскими учеными Говардом Флори и Эрнстом Чейном 2 февраля 1941 года, что положило начало эпохи антибиотиков.
Инсулин
Открытие, которое позже позволило изобрести инсулин, стало чистой случайностью.
В 1889 году два доктора из Страсбургского университета, Оскар Минковски и Джозеф вон Меринг, пытаясь понять, как поджелудочная железа влияет на пищеварение, удалили этот орган у здоровой собаки. Спустя несколько дней они обнаружили, что вокруг урины подопытного пса собираются мухи, что оказалось совершенной неожиданностью.
Они провели анализ этой мочи и обнаружили в ней сахар. Ученые поняли, что его наличие связано с удаленной несколькими днями ранее поджелудочной железой, что привело к тому, что у собаки развился диабет.
Тем не менее эти двое ученых так и не выяснили, что гормоны, вырабатываемые поджелудочной железой, регулируют сахар в крови. Это выяснили исследователи из Университета Торонто, которые в рамках экспериментов, проводившихся с 1920 по 1922 годы, смогли выделить гормон, который впоследствии получил название инсулин.
За это революционное открытие ученые из Университета Торонто были удостоены Нобелевской премии, а фармацевтическая компания Eli Lilly and Company, с одним из владельцев которой был знаком один из ученых, начала первое промышленное производство этого вещества.
Атомная энергия.
Незадолго до открытия процесса деления ядер урана академик А.Ф. Иоффе утверждал, что о практическом использовании атомной энергии речь может идти только через сто лет. Резерфорд, открывший атомные ядра и их расщепление, выступая на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки (1933г.), заявил, что «...всякий, кто ожидает получения энергии в результате трансформации атомов, говорит вздор...» [19].
Открытию ядерной энергия способствовали события – предшественники, которые подготовили базу для него:
1905г. Эквивалентность массы энергии. Публикация статьи Эйнштейна, установившего эквивалентность массы и энергии.
1906г. Изотопы радиоактивных элементов. Открытие химически идентичных элементов с различными радиоактивными свойствами.
1911г. Структура атома. Эксперименты Резерфорда. показавшего, что масса атома сосредоточию а положительно заряженном ядре.
1913г. Изотопы и нерадиоактивные элементы. Открытие изотопов благодаря различию в физических свойствах.
1919г. Испускание протонов атомами азота. Первая искусственно вызванная ядерная реакция.
1919г. Масс-спектроскопия. Точное определение массы изотопов.
1920-е годы дефект массы («упаковочный множитель»). Открытие того, что масса ядра меньше суммы масс ядра меньше суммы масс составляющих его частиц.
1932г. Открытие нейтрона.
1938г. Деление ядра урана.
1939г. Гипотетическая цепная реакция.
1942г. Осуществленная цепная реакция.
Аналогичные события предшествовали открытию Периодической Таблицы Элементов.
Первую попытку систематизации элементов предпринял немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер, сформулировавший в 1829г. закон триад. Дёберейнер обратил внимание на то, что в рядах сходных по свойствам элементов наблюдается закономерное изменение атомной массы.
В 1843г. Леопольд Гмелин привёл таблицу химически сходных элементов, расставленных по группам в порядке возрастания «соединительных масс».
В 1850г. немецкий врач Макс фон Петтенкофер попытался найти у элементов соотношения, подобные тем, что обнаруживаются в гомологических рядах, т.е. в рядах соединений, отличающихся друг от друга группой CH2. Он указал, что атомные веса некоторых элементов отличаются друг от друга на величину, кратную восьми. На следующий год подобные соображения высказал и французский химик-органик Жан Батист Андрэ Дюма. В 1859г. эту идею детально разработал немецкий учёный Адольф Штреккер; несколько вариантов таблиц предложил в 1857-1868гг. английский химик Уильям Одлинг.
Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа в 1862г. предложил винтовой график элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов - т.н. «земная спираль» (vis tellurique).
Джон Александр Рейна Ньюлендс в 1864г. опубликовал таблицу элементов, отражающую предложенный им закон октав. Ньюлендс показал, что в ряду элементов, размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента сходны со свойствами первого. В таблице Ньюлендса сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; однако, в одном и том же ряду часто оказывались и элементы совершенно непохожие. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица Ньюлендса не содержит свободных мест.
Несколько попыток систематизации элементов предпринял в 60-е годы XIX века немецкий химик Юлиус Лотар Мейер. В 1864г. Мейер опубликовал свою первую таблицу, в которую включены 42 элемента (из 63), размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Предложенная таблица «Природа элементов как функция их атомного веса» состояла из девяти вертикальных столбцов, сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными.
В марте 1869г. русский химик Дмитрий Иванович Менделеев представил Русскому химическому обществу периодический закон химических элементов [14].
2.4.1.5. Преждевременные открытия
Такие открытия происходят, когда научное сообщество оказывается неподготовлено к принятию данного открытия и его отрицает или не замечает. Без понимания открытия научным сообществом оно не моет быть использовано в прикладных исследованиях, а потом в технологии [19]:
Кислород
Например, ещё в XVIIв. было известно об увеличении веса некоторых веществ при их обжигании. Тогда же французский химик Леферб предположил, что причиной данного явления служит присоединение некоего «esprit universelle» (всеобщего духа). Однако гипотеза не получила дальнейшего развития до конца XVIIIв. из-за господства флогистонной теории. Факт увеличения веса ряда тел при их обжиге был переоткрыт во второй половине XVIII века и сыграл огромную роль в создании теории горения, которая представляла альтернативу флогистонной теории и, в конце концов, разрушила ее.
Теория Менделя
Грегор Мендель (1822 – 1884гг.) - открыл законы наследования признаков и связал их с комбинаторикой наследственных факторов или генов. В начале 50-х годов Б. Мак-Клинток (1902-1992гг.) - открыла мобильные элементы, способные причудливо перемещаться по хромосомам и вне их. Лишь на рубеже 80-х годов стало очевидным, что подвижные гены повсеместны. Возникла новая, или мобильная, генетика. В возрасте 80 лет Мак-Клинток получила Нобелевскую премию.
Задержка (лаг) - период в 25-30 лет в признании некоторых выдающихся открытий - не каприз, а закономерное явление в истории науки. Корни этого уходят в саму природу творчества и в социально-психологические особенности получения знаний и их передачу, трансляцию в общество
2.4.1.6. Запаздываюшие открытия
История науки знает немало случаев, когда ученые игнорировали обнаруженный факт, который находился в глубоком противоречии с существующей системой представлений. Позднее же установление этого факта или процесса играло огромную роль в создании новой концепции [18, 19]:
