Хаос. Создание новой науки - Джеймс Глик

Он провел несколько ночей в подвальном помещении, наблюдая за зеленой точкой, что мелькала на экране осциллографа, снова и снова вычерчивая характерную для аттрактора Лоренца кривую, похожую на маску совы. Плавные ее контуры, мерцающие и трепещущие одновременно, будто отпечатались на сетчатке, не походя ни на один из когда-либо исследованных Шоу объектов. Казалось, феномен жил своей жизнью, ни разу не повторяя прежние формы и приковывая к себе взгляд, словно подвижный язычок пламени. Неточность аналогового компьютера и невозможность повторения процесса один в один сыграла на руку Шоу, который быстро почувствовал «сильную зависимость от начальных условий», убедившую Лоренца в тщетности долгосрочного прогнозирования погоды. Молодой физик задавал начальные условия, нажимал на кнопку, и появлялся аттрактор. Потом Шоу вновь задавал те же – насколько это было физически возможно – начальные условия, но новая орбита весьма заметно отдалялась от предыдущей, хотя в конечном итоге лежала на том же аттракторе.

В детстве Шоу пытался представить, какой будет наука. Романтическое воображение рисовало ему прорыв в неизведанное, и то исследование, которое он сейчас проводил, наконец оправдывало его ожидания. Экспериментатору иного склада физика низких температур – все это множество огромных магнитов, баллонов с жидким гелием и нониусов – представлялась весьма занятной, но для Шоу то был путь в никуда. Вскоре он перетащил аналоговый компьютер наверх и больше уже не возвращался к феномену сверхпроводимости.

«Все, что вам нужно делать, – это просто нажимать на кнопки, и вы ощутите себя первооткрывателем иного мира. Вам даже не захочется выныривать, чтобы сделать глоток воздуха», – говорил Ральф Абрахам, профессор математики, одним из первых увидевший аттрактор Лоренца в движении[319]. В прежние славные времена Абрахам работал в Беркли со Стивом Смейлом, так что был одним из немногих ученых в Санта-Крузе, который мог оценить по достоинству важность игрушки Шоу. Первой реакцией ученого было удивление – уж очень быстро мелькали фигуры, – и Шоу пояснил, что смена образов могла быть еще стремительней, не включи он в схему дополнительные конденсаторы. Аттрактор также оказался весьма устойчивым, и даже не вполне точные вычисления с помощью аналоговых схем подтверждали это: повороты и настройка кнопок управления не влекли за собой исчезновение изображения, не превращали его в некую случайность, но поворачивали или изгибали объект, и эти изменения постепенно начинали обретать смысл. «Роберту довелось испытать, как небольшое открытие разом проясняет все загадки, – отмечал Абрахам. – Многие важнейшие понятия – показатель Ляпунова, фрактальная размерность – сами собой придут на ум. Вы увидите это и начнете исследования».

Было ли это наукой? Определенно, компьютерное исследование, чуждое формальным доказательствам, не назовешь математикой, и тут даже сочувствие и поддержка ученых вроде Абрахама не могли изменить ситуацию. Физический факультет также не усматривал особых причин считать увиденное физикой. Однако, чем бы то ни было, оно привлекало внимание. Шоу обычно оставлял дверь своей комнаты открытой, а напротив, через холл, располагался вход на физический факультет, так что поблизости все время толклись люди. И вскоре у Шоу появилась компания.

В коллективе, который называл себя «группой динамических систем» (хотя другие иногда именовали его «Кликой хаоса»), немногословный Шоу стал центром притяжения. Не без доли робости он выдвигал на суд ученой публики собственные идеи. По счастью, его товарищи не испытывали подобных затруднений; зачастую они просто полагались на его видение того, как довести до конца незапланированную программу исследований в непризнанной области науки.

Дойн Фармер, высокий, худощавый, рыжеватый уроженец Техаса, быстро приобрел репутацию красноречивого оратора группы[320]. В 1977 году ему исполнилось двадцать четыре и он был полон энергии и энтузиазма – генератор идей во плоти. При первой встрече его даже частенько принимали за хвастуна. Норман Паккард, тремя годами младше, был товарищем Фармера с детских лет. Как и Фармер, он вырос в городке Сильвер-Сити, штат Нью-Мексико, а в Санта-Круз прибыл той осенью, когда Фармер взял год отпуска и направил все свои силы на то, чтобы попытаться приложить законы движения к игре в рулетку. Дойн приступил к решению этой задачи со всей серьезностью, но идея была притянута за уши. Тем не менее больше десяти лет Фармер и группа с периодически меняющимся составом юных физиков, профессиональных игроков и просто сочувствующих пыталась вывести закон рулетки. Фармер не оставил этого занятия, даже когда перешел на работу в теоретический отдел Национальной лаборатории в Лос-Аламосе. Просчитывались отклонения и траектории, писалось и переписывалось программное обеспечение, в ботинки встраивались миниатюрные компьютеры, и совершались набеги на близлежащие казино. Но ни один из методов не оправдал ожиданий. Все члены группы, кроме Шоу, так или иначе занимались этим проектом. И надо сказать, он научил их быстро анализировать динамические системы. Однако это не помогало убедить физический факультет Санта-Круза в том, что Фармер воспринимает науку всерьез.

Четвертым членом группы динамических систем стал Джеймс Крачфилд, самый младший из всех и единственный уроженец Калифорнии. Невысокого роста, крепко сбитый, виртуоз виндсерфинга, Крачфилд, что было важнее всего, чувствовал компьютер как самого себя. В Санта-Круз он приехал, еще будучи студентом, ассистировал Шоу в его дохаосных опытах по сверхпроводимости, затем на год перебрался, как говорили в Санта-Крузе, «на ту сторону холма» – работал в исследовательском центре IBM в Сан-Хосе, – пока в 1980 году не стал аспирантом физического факультета. К тому времени, покрутившись уже два года возле лаборатории Шоу, он ринулся изучать математику, необходимую для постижения динамических систем. Как и остальные члены группы, Крачфилд оставил позади проторенную тропу исследований.

Лишь весной 1978 года на факультете окончательно поняли, что Шоу забросил свою диссертацию по сверхпроводимости, хотя был очень близок к ее завершению. До этого коллеги убеждали его, что неважно, если иссяк интерес к работе, надо преодолеть все последние формальности, получить ученую степень и двигаться дальше, к новым академическим успехам. Хаос таковых не сулил. Никто в Санта-Крузе не обладал должной квалификацией, чтобы читать курс по дисциплине, не имевшей даже названия. Равно как ни у кого еще не было ученой степени по ней, не говоря уже об отсутствии вакансий, доступных для выпускников с такой специализацией. Все упиралось еще и в денежный вопрос: физические исследования в Санта-Крузе, как и в любом американском университете, финансировались преимущественно Национальным научным фондом и другими федеральными ведомствами путем предоставления грантов сотрудникам факультета[321]. Военно-морские силы США, Военно-воздушные силы, министерство энергетики, ЦРУ выделяли крупные суммы, не ставя условием немедленное применение разработок в гидро– и аэродинамике, энергетике или разведке. Работающий на факультете физик получал достаточно средств, чтобы приобрести лабораторное оборудование и выплачивать стипендии своим ассистентам – аспирантам, участвующим в гранте. Руководитель покрывал их расходы на фотокопирование, оплачивал дорогу на конференции и даже выделял некоторую сумму, чтобы они могли отдохнуть на каникулах. В противном случае аспиранты были бы в финансовом отношении брошены на произвол судьбы. Такова была система, от которой Шоу, Фармер, Паккард и Крачфилд отказались по доброй воле. Когда по ночам стало пропадать разное электронное оборудование, его искали в лаборатории Шоу, где тот прежде проводил низкотемпературные эксперименты. Время от времени один из четырех ученых обращался в ассоциацию аспирантов с просьбой выделить сотню долларов. Иногда физический факультет сам находил эту сумму. В результате группа обзавелась графопостроителями, преобразователями, электронными фильтрами. Специалисты по физике элементарных частиц, обитавшие на первом этаже, имели в своем распоряжении небольшой цифровой компьютер, обреченный попасть на свалку. Вскоре он перекочевал в лабораторию Шоу. Фармер поднаторел в использовании чужих вычислительных машин. Однажды летом его пригласили в Национальный центр атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо, где огромные компьютеры решают задачу по моделированию погоды в мировом масштабе. Мастерство, с которым Фармер урывал ценившееся на вес золота время этих машин, ошеломило метеорологов.