Ритм вселенной. Как из хаоса возникает порядок - Стивен Строгац

Хелбинг и Хуберман предложили использовать на въездах на автомагистраль светофоры, управляемые компьютером, чтобы можно было все время поддерживать состояние, при котором движение по автомагистрали всего множества транспортных средств подобно монолитному телу. Этими светофорами должны управлять мгновенные данные, собираемые с проводных электронных датчиков, которые пересекаются транспортными средствами в процессе их движения по автомагистрали. Если эти датчики обнаруживают какой-то зазор после прохождения некоторым блоком машин границы въезда на автомагистраль, светофор должен сменить свой цвет на зеленый, чтобы позволить большему числу автомобилей въехать на автомагистраль и заполнить таким образом зазор с целью поддержания потока в состоянии синхронизма; когда же возникает угроза распада монолитного блока, в результате чего движение будет осуществляться по принципу «двигайся-останавливайся», светофор снова должен сменить свой цвет на красный. Такая стратегия отличалась бы от той, которая в настоящее время применяется, например, на автомагистрали Long Island Expressway, где сигналы светофора на въезде на эту автомагистраль меняются по заранее установленному расписанию. Этот новый подход, к сожалению, не решит проблему образования пробок в часы пик, но при средних плотностях трафика он мог бы помочь более безопасному и бесперебойному движению на автомагистрали.

Другая форма синхронизированного трафика[274] была открыта двумя годами ранее Борисом Кернером и Хубертом Реборном, физиками компании DaimlerChrysler в Штутгарте, где они анализировали данные, собранные с датчиков, встроенных в автобаны Германии. Для диапазона плотностей, простирающихся от беспрепятственного движения до практически неподвижных пробок, они обнаружили странное, очень перегруженное состояние, в котором все автомобили резко снижали скорость своего движения до одного и того же значения и оставались на своих полосах, продвигаясь вперед, подобно некой однородной и монолитной массе. Однако в отличие от синхронизированного состояния, обнаруженного Хелбингом и Хуберманом, это состояние не разделялось медленно движущимися грузовиками. Оно возникало само по себе и охватывало лишь легковые автомобили. Создавалось впечатление, что самопроизвольное замедление возникало вблизи въездов на автомагистрали, когда необычайно много легковых автомобилей втискивалось на уже переполненную дорогу в утренний час пик. Этот внезапный приток машин каким-то образом конденсировал соседний трафик примерно так же, как пылинка помогает водяному пару сконденсироваться в каплю.

Однако по-настоящему особенным в этом состоянии было то, что оно поддерживалось на протяжении двух часов, то есть по прошествии значительного времени с момента нормализации притока машин на автомагистраль. Другими словами, эта картина способна поддерживаться самостоятельно. Она даже посылает волны заторов в обратную сторону по автомагистрали. Тем из водителей, кто въехал на дорогу позже и столкнулся с этими волнами «двигайся-останавливайся», они кажутся загадочными. Задержки движения возникают периодически без каких-либо видимых причин.

Последующее компьютерное моделирование показало, что такая картина не поддерживается перегруженностью самой по себе[275]. После того как скачок трафика на въезде на автомагистраль рассосется, последующее движение могло бы осуществляться так же беспрепятственно – даже при той же совокупности водителей и при той же плотности трафика. Такая, более приятная, альтернатива является столь же стабильной и самоподдерживающейся. Но водители не могут коллективно достичь ее. Они оказываются вовлеченными в один стабильный режим и не могут перейти в более благоприятный. В этом отношении синхронизированный трафик подобен спиральным и свиткообразным волнам в BZ-реакции или разрушительным вращающимся волнам, которые являются причиной сердечной аритмии. После того как эти волны сформируются, их очень трудно погасить. Чтобы добиться немедленного облегчения, к трафику нужно применить дефибрилляцию.

К сожалению, подобной технологии пока не существует. В действительности в тот день, когда на этом конкретном германском автобане были собраны такие данные, произошло следующее: эта пульсирующая перегруженность трассы продолжалась вплоть до 9:30 утра. К этому времени движение на въезде на автомагистраль разредилось настолько, что самоподдержание этой картины стало невозможным. Синхронизированное состояние самопроизвольно рассосалось, и движение снова стало беспрепятственным.

Несмотря на то что синхронизация трафика происходит непреднамеренно, большинство форм массового синхронизма у людей являются преднамеренными. Нам очень нравится петь и танцевать вместе, дружно топать ногами, «пускать волну» на трибунах во время футбольного матча. Однако когда все пытаются действовать дружно, групповое поведение, возникающее при этом, может заключать в себе ряд неожиданностей. Рассмотрим, например, зрителей, хлопающих в унисон[276]. На первый взгляд, это явление не нуждается в дополнительных пояснениях, и именно поэтому мы неоднократно использовали его в качестве метафоры для других видов синхронизма. Но когда ученые наконец взяли на себя труд измерить его, результат этих измерений привел их в изумление.

В 1999 г. несколько физиков из восточноевропейских стран посетили концертные залы в Румынии и Венгрии и записали аплодисменты нескольких зрительских аудиторий по окончании оперных и театральных представлений. Выполненные ими записи показали, что поначалу зрители бурно аплодировали, затем спонтанно переходили к громоподобным ритмическим хлопкам в более медленном темпе, затем аплодисменты вновь переходили в какофонию; таким образом зрительская аудитория шесть или семь раз совершала переходы от хаоса к синхронизму и обратно. Чтобы исследовать этот процесс более подробно, Золтан Неда и его аспирант Эржебет Раваш предлагали отдельным учащимся старших классов школы остаться в одиночестве в какой-нибудь комнате и хлопать в ладоши двумя разными способами. Сначала каждому из учащихся предлагалось хлопать в ладоши так, словно они только что прослушали выдающееся выступление. Этот стиль аплодисментов оказался быстрым и нерегулярным: в среднем по четыре хлопка в секунду, но с широкими вариациями как у отдельных участников эксперимента, так и по популяции участников эксперимента в целом. Затем экспериментаторы попросили учащихся представить, будто они хлопают в ладоши синхронно с некой воображаемой зрительской аудиторией. Теперь хлопки замедлились до размеренных двух хлопков в секунду, то есть стали в два раза медленнее, чем в предыдущем случае, – так, словно человек пропускал каждый второй хлопок, – в то же время становясь гораздо более точными, как если бы возникало устойчивое совместное понимание того, каким должен быть правильный темп.