Неизбежная случайность

Эту статью я написал в конце 2004 года для Всеукраинской технической газеты. Редакцию она тогла по каким-то причинам не устроила. Сегодня я перечитал ее снова - и она снова мне понравилась. Потому-то она и попала на блог.

Неустойчивость странного мира

Случайно на ноже карманом
Найди песчинку дальних стран, -
И сразу мир предстанет странным,
Закутанным в цветной туман.

Александр Блок

За свою уже долгую жизнь ученика, студента, преподавателя я привык к тому, что в день 1 сентября происходит некий перелом как в образе жизни, так и в природе. 1 сентября наступает осень.

Конечно, я понимаю, что никаких таких скачков в природе нет, просто в этот день я сам особенно обостренно замечаю и воспринимаю приметы конца лета и начала осени, что это – мое профессиональное или даже личное.

Но 1 сентября 1994 года осень не наступила. Правда, мои личные дачные враги – колорадские жуки – как и всегда, скрылись в только им ведомые убежища, оставив моему семейству доедать помидоры на грядке, но растительный мир не обнаруживал ни малейших признаков подготовки к приближающейся зимней спячке. Не было ни первой желтизны в листве, ни первых палых листьев в лесу, ни острой вечерней и утренней прохлады.

А во второй половине месяца вернулся летний зной. Столбик термометра зашкалил за 30. Из давно втоптанных в грунт пеньков реанимировались кусты баклажанов, еще в начале лета беспощадно сожранные личными врагами. Они буйно развивались, вымахали высокими, зацвели и дали гроздья синей завязи. Это уже шел октябрь.

Закончилось это невероятие еще более невероятно: после тридцатиградусной жары практически без перехода ударил тринадцатиградусный мороз. Утром я вышел во двор и, потрясенно разглядывая диковинный пейзаж, покачал деревце. Оно ответило стеклянным стуком превратившейся в ледышки листвы. С тех пор и поселилось в душе чувство своеобразной опасности, проистекаюшее из понимания того прискорбного факта, что и погода может оказаться кирпичом, падающим на голову. Причем, с тем же эффектом.

Эта погодная аномалия охватила громадную площадь: не только г. Харьков, но и пригородную зону на десятки километров вокруг. Чтобы такое случилось, за короткое время куда-то должны были транспортироваться или чем-то поглотиться огромные количества тепла. Куда и чем?

Подобное же потрясение я испытал еще и несколькими годами раньше, когда мне повезло наблюдать на поверхности обыкновенной дождевой лужи, привольно раскинувшейся на городской трамвайной остановке, рождение множества мелких смерчиков, вдруг по одному, по два потянувших вверх крошечные вертящиеся пальцы. Как это все сорганизовалось? Откуда они взяли энергию для своего зарождения? Они могли бы позаимствовать ее у порывов порхающего ветерка, поднимающего мелкую рябь на поверхности лужи, но каким образом? И как это можно повторить на лабораторном столе? Ведь понятно, что как-то можно!.. Невидимая глазом атмосфера неожиданно предстала театром странных, таинственных и бурных событий.

Для разговоров о таких значительных процессах, происходящих «вдруг», «ни с того, ни с сего», которых мы не можем объяснить в деталях, тем не менее, желательно иметь адекватный язык. И такой язык существует.

Обратимся к простой и понятной аналогии. Тяжело груженый КАМаз стоит на ровной широкой площадке. Его можно использовать как символ непоколебимой устойчивости. Руками с ним ничего не сделаешь. Но вот тот же КАМаз стоит на краю обрыва, заехав парой колес далеко за его край. Он вот-вот свалится, и проходящий мимо ребенок, толкнув его, может вызвать событие, по своим масштабам совершенно несоизмеримое с приложенными усилиями.

И в том и в другом случае изначально КАМаз находится в так называемом стационарном состоянии. Оно определяется тем, что его параметры не зависят от времени, сохраняя с его течением постоянные значения. Но эти стационарные состояния принципиально различны. Потому что система (КАМаз + окружающая местность) ведет себя очень различным образом при попытках изменить это состояние извне, накладывая на него «возмущения». В первом случае малые (или даже не малые) возмущения не приводят ни к каким видимым изменениям: система быстро гасит их, возвращаясь в исходное состояние. Во втором же… Говорят, что второе состояние неустойчиво, наложенные на него малые возмущения нарастают; нарастая, они разрушают исходное стационарное состояние и система со временем переходит в другое, более устойчивое стационарное состояние, т.е в груду металлолома, лежащую у подножия обрыва.

А вот еще один пример неустойчивости, с одной стороны, - экзотический, с другой – достаточно бытовой.

Известный генерал-перебежчик из КГБ Олег Калугин в 1993 году рассказал британским журналистам о том, что в СССР велись работы по созданию геофизического оружия, целью которых было разрушение тихоокеанского побережья США с помощью направленных подземных ядерных взрывов, вызывая с их помощью землетрясения и цунами. (Это при том, что в конце 70-х годов США и СССР заключили договор, запрещающий геофизические разработки в военных целях). Большинство сейсмологов тогда сочли эти рассказы бредом, ибо никакой, даже самый мощный ядерный взрыв не может оказать заметного влияния на колоссальные континентальные плиты, подвижки которых вызывают землетрясения. Тем не менее, из многолетнего опыта испытаний ядерного оружия известно, что ядерные взрывы на полигоне под Семипалатинском сопровождались землетрясениями в Иране чаще, чем это могло бы быть при случайных совпадениях. (В таких случаях говорят, что события коррелируют между собой). Так что вполне вероятно, что ядерный взрыв где-нибудь в Восточной Сибири мог бы «подтолкнуть» готовое вот-вот произойти землетрясение на тихоокеанском побережье США.

Не стоит обсуждать вопросы практического применения такого оружия (оно ведь не похоже на пистолет: нажал – и выстрелил, здесь же: нажал – и иногда выстрелил, а чаще нет), но сама по себе идея не кажется совсем уж абсурдной.

А недавно группа ученых из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе и японского Национального института наук о Земле и предотвращении бедствий установили связь между землетрясениями и морскими приливами. Наличие такой связи подозревали давно, но специалисты, пытавшиеся найти ее раньше, пользовались недостаточно полной по географии и времени статистикой.

В новом исследовании ученые рассмотрели все землетрясения с 1977 по 2000 год силой от 5,5 балла и выше. Как оказалось, 75% из них случились в тот момент, когда был высокий прилив. Специалисты говорят, что напряжения в коре, которые возникают при высоком приливе, часто являются «спусковым крючком» для землетрясений.

При этом речь идет о тех землетрясениях, которые так или иначе вот-вот должны произойти. Воздействие колоссальной массы воды — последняя капля, провоцирующая сброс внутренних напряжений в горных породах.

Это открытие дает геологам более полную картину событий, предшествующих землетрясениям. Это еще один шаг к предсказанию землетрясений в будущем.

Наглядным образом неустойчивости может служить обыкновенный маятник – твердый стержень с грузом на одном конце, – поставленный «вверх головой». Понятно, что он не может устойчиво стоять в таком положении и быстро упадет, причем неизвестно в какую сторону. События, за которые ответственны неустойчивости, отличаются плохой предсказуемостью. Потому-то так плохо предсказуемы землетрясения. Несусветная жара в октябре – это тоже своего рода маятник, поставленный «вверх головой».

Маятник известен издревле. Известна и неустойчивость его в случае, если начальное его положение – «вверх головой». Казалось бы, по этой причине и неустойчивости, по крайней мере, в простейших своих проявлениях должны быть хорошо и давно изучены.

Однако это не так. Физика и математика неустойчивостей – сравнительно новая область знания. Новая и очень бурно развивающаяся.

Дело в том, что на изучение неустойчивостей существовал своеобразный и давний «идеологический запрет», восходящий к теологическим спорам Ньютона и Лейбница. Лейбниц упрекал коллегу в том, что его, Ньютона, Бог недостаточно совершенен. Он должен время от времени вмешиваться в мироздание, чтобы исправить возникающие в нем дефекты, ибо он не всеведущ и не вездесущ.

В этом споре победил тогда Лейбниц и его совершенный всеведущий и вездесущий Творец. Куда упадет стоящий «вверх головой» маятник? Неустойчивый маятник в контексте этой идеологии предстает как неестественное образование, упоминаемое только в качестве любопытного курьеза (а по возможности вообще исключаемое из научного рассмотрения).

Преодоление такого рода запретов – совсем не простое дело, и люди долгое время считали, что они живут в более или менее неизменном мире, в котором все можно предсказать, если не сегодня, то завтра. Только сейчас в их сознание начинает проникать мысль, что на самом деле мир полон катастроф, обусловленных неустойчивостями, он по природе своей чреват ими, и эта мысль постепенно меняет отношение к миру. «В чем, однако, смысл тех изменений, которые произошли (в интересующем нас плане) в отношениях человека к природе?» - спрашивал себя лауреат Нобелевской премии Илья Пригожин. И тут же отвечал: «В детерминистском мире природа поддается полному контролю со стороны человека, представляя собой инертный объект его желаний. Если же природе, в качестве сущностной характеристики, присуща нестабильность, то человек просто обязан более осторожно и деликатно относиться к окружающему его миру, - хотя бы из-за неспособности однозначно предсказывать то, что произойдет в будущем… Следует… распроститься с представлением, будто этот мир - наш безропотный слуга. Мы должны с уважением относиться к нему. Мы должны признать, что не можем полностью контролировать окружающий нас мир нестабильных феноменов, как не можем полностью контролировать социальные процессы (хотя экстраполяция классической физики на общество долгое время заставляла нас поверить в это)».

Эта мысль близка альпинисту, хорошо знающему, что вылетевший из-под ботинка камень может обрушить лавину на головы идущих ниже товарищей, но с трудом проникает в умы, далекие от экстремальных обстоятельств.

По мысли Пригожина, вырисовываются контуры новой рациональности, к которой ведет идея нестабильности. Эта идея кладет конец претензиям на абсолютный контроль над какой-либо сферой реальности, кладет конец любым возможным мечтаниям об абсолютно контролируемом обществе. Реальность вообще не контролируема в смысле, который был провозглашен прежней наукой.

В этой новой рациональности, по словам академика РАН Сергея Курдюмова, на человека налагается ответственность за выбор того или иного пути развития. Человек, зная механизмы самоорганизации, может сознательно ввести в окружающую среду соответствующую флюктуацию, - если можно так выразиться, уколоть среду в нужных местах и тем самым направить ее движение. Но направить, опять же, не куда угодно, а в соответствии с потенциальными возможностями самой среды. Свобода выбора есть, но сам выбор ограничен возможностями объекта, поскольку объект является не пассивным, инертным материалом, а обладает, если угодно, собственной "свободой".

Тэги: стационарность, устойчивость, неустойчивость, геофизическое оружие, новая рациональность