Хаос. Создание новой науки - Джеймс Глейк

Все равно ученые ликовали. Открыватели новых форм поступались строгостью научного стиля. Руэлль писал: «Я не упомянул об эстетическом воздействии странных аттракторов. Эти клубки кривых и рои точек вызывают порой в воображении пышные фейерверки или загадочные галактики, иногда напоминают причудливо-странное буйство растений. Перед нами огромное царство неоткрытых форм и неведомого совершенства».

Глава 6

Всеобщность

Повторение этих линий несет золото;

Построение этого круга на земле

Несет ураганы, бури, громы и молнии.

В нескольких десятках метров от вершины водопада кажется, будто плавно текущий поток предугадывает падение с огромной высоты: вода, содрогаясь, ускоряет свой бег, и, словно крупные пульсирующие вены, в потоке проступают отдельные струи. Неподалеку от потока стоит Митчелл Файгенбаум. Слегка вспотевший в своем пиджаке спортивного покроя и вельветовых брюках, он попыхивает сигарой. Ученый вышел прогуляться с друзьями, но они поторопились уйти вперед, к тихим заводям вверх по течению. Вдруг Файгенбаум начинает быстро вертеть головой, будто болельщик на турнире по пинг-понгу. «Можно сосредоточиться на чем угодно, на островке водяной пены, на любом объекте. Если быстро поворачивать голову, можно разглядеть всю внезапно ставшую различимой структуру поверхности и как бы почувствовать ее внутри себя… — Он делает очередную затяжку. — Впрочем, любой, кто хоть немного понимает в математике, при взгляде на бурную воду, или на облака, клубящиеся одно над другим, или на море во время шторма чувствует, что на самом деле не знает ровным счетом ничего».

Порядок среди хаоса… Так звучит старейший речевой штамп из языка науки. Идея скрытого единства и общей скрытой формы в природе занимала многих и роковым образом вселяла напрасные надежды в чудаков и псевдоученых. Когда Файгенбаум в 1974 г. впервые появился в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, через год после того как ему исполнилось тридцать, он знал лишь одно: если физики собираются заняться этим вопросом, им, конечно, понадобится некая практическая основа, способ воплощения идей в вычислениях. Начало этой работы виделось весьма туманно.

Файгенбаума пригласил на работу Питер Каррутерс, спокойный, добродушный с виду ученый-физик, прибывший в 1973 г. из Корнелла, чтобы возглавить теоретический отдел. Первым делом он уволил нескольких сотрудников (Лос-Аламос, в отличие от университетов, не обеспечивает свой персонал должностями на постоянной основе) и заменил их молодыми, подававшими надежды учеными, которых сам же и выбрал. Каррутерс — исследователь, взявший на себя управленческие функции, — был весьма амбициозен, но по собственному опыту знал, что настоящую науку нельзя планировать наперед.

О Файгенбауме его шеф говорил так: «Если бы где-нибудь в верхах, в Вашингтоне, вы заявили: „Турбулентность стоит нам поперек дороги, нам необходимо глубже изучить ее, ибо незнание сводит на нет шансы на прогресс во многих областях“, тогда, конечно, вы набрали бы большую команду и получили финансирование плюс мощный компьютер, способный выполнять объемные программы. И, весьма вероятно, вы ни к чему бы не пришли. И вот вместо всего, о чем я упомянул, у нас есть этот тихий парень. Разумеется, и ему иногда нужны совет и поддержка, но он делает преимущественно все сам». Каррутерс и Файгенбаум не раз обсуждали феномен турбулентности, но с течением времени шеф потерял былую уверенность. Он не совсем понимал, куда клонятся исследования его подчиненного. «Мне казалось, что он решил свернуть дело и обратиться к другим вопросам, но он занимался все той же проблематикой. Ею интересовались во многих научных дисциплинах — именно данным аспектом нелинейных систем. Сейчас уже никто не стал бы утверждать, что верной предпосылкой для их изучения является подготовка в области физики элементарных частиц, теории квантового поля и „групп перенормировки“. Никто даже не подозревал, что необходимо владеть общей теорией стохастических процессов и фрактальными структурами. Митчелл шел по правильному пути. Он предпринял верные действия в нужное время, более того — сделал свою работу первоклассно. Никаких частностей. Было найдено решение для всей проблемы».

Файгенбаум, приехав в Лос-Аламос, был глубоко убежден, что науке, в которой он работал, не удалось проникнуть в сложнейшую область нелинейных проблем. И несмотря на то что он еще ничего не открыл, его интеллект казался многим поразительным. Файгенбаум знал и часто со свойственным ему искусством применял наиболее спорные методы математического анализа, новую технологию вычислений на компьютере, ставившую в тупик большинство его коллег. Ему удалось сохранить веру в некоторые романтические идеи XVIII в., казавшиеся далекими от науки. Он надеялся создать дисциплину, которая стала бы новой, и начал с того, что, отбросив в сторону мысли о сложности реального мира, обратился к самым простым нелинейным уравнениям, какие только мог найти.

Тайны Вселенной впервые заявили о себе четырехлетнему Митчеллу Файгенбауму после войны, через посредство радиоприемника в гостиной его родителей в Бруклине. Его ошеломляла одна мысль о том, что музыка звучит без всяких видимых причин. Это было совсем не то что граммофон. Уж в граммофонах-то Митчелл разбирался! Бабушка разрешала ему запускать проигрыватель на все семьдесят восемь оборотов.

Отец Митчелла, химик по образованию, работал в управлении Нью-Йоркского порта, затем перешел в компанию «Клэрол». Мать преподавала в городской муниципальной школе. Митчелл сначала решил выучиться на инженера-электрика — в Бруклине они зарабатывали неплохо. Затем понял, что предмет его интереса — радио — относится скорее к области физики. Файгенбаум принадлежал к тому поколению физиков, которое выросло во внешних районах Нью-Йорка и достигло больших высот, пройдя через известные муниципальные средние школы (в данном случае школу Самуэла Дж. Тилдена), а затем через Городской колледж.

Получить в Бруклине по-настоящему хорошее образование мог только человек, способный искусно лавировать между миром интеллекта и обыденностью. Мальчик рос невероятно общительным, поэтому, как ему казалось, в детстве его почти не обижали. Однако, осознав, что может и хочет учиться, он стал все больше и больше отдаляться от друзей. Обычные разговоры его уже не интересовали. Правда, был такой момент (случилось это во время последнего года обучения в колледже), когда юноша спохватился: молодость проходит. Митчелл сделал попытку восстановить контакт с окружающими. Он тихо сидел в кафетерии, прислушиваясь к болтовне студентов, и постепенно заново постиг почти всю науку общения с людьми.

Он закончил колледж в 1964 г. и продолжил образование в Массачусетском технологическом институте, где в 1970 г. получил докторскую степень, защитив диссертацию по физике элементарных частиц. Затем прошли четыре бесплодных года в Корнелльском университете и в Политехническом институте Виргинии. Бесплодными они были в смысле публикации работ на общепринятые темы, что представляло немалую важность для молодого университетского ученого: от постдокторантов ожидали в основном написания статей. Время от времени руководитель интересовался у Файгенбаума, как продвигаются дела с той или иной проблемой, и слышал в ответ: «А, это! Мне все понятно».

Каррутерс — ученый, способный на многое, — гордился своим умением отыскивать таланты. Он искал даже не интеллект, а какое-то творческое начало, подобное секрету некой потаенной железы, и всегда вспоминал случай с Кеннетом Вильсоном, еще одним застенчивым физиком из Корнелла, который, как всем казалось, не открыл абсолютно ничего. Между тем каждый, кому удавалось разговорить тихоню, убеждался, что Вильсон видит физику насквозь. Когда встал неизбежный вопрос о заключении бессрочного контракта с Кеном Вильсоном, тех, кто поставил на его скрытый интеллектуальный потенциал, оказалось большинство. Контракт заключили — и последовал взрыв: не две, не три, а целый поток работ буквально хлынул из-под пера Вильсона. Среди них оказалась и та, что принесла ему в 1982 г. Нобелевскую премию.

Вклад Вильсона в физику, наряду с работами двух других исследователей, Лео Каданоффа и Майкла Фишера, явился важнейшей предпосылкой теории хаоса. Каждый из троих, работая самостоятельно, по-своему представлял происходящее при фазовых переходах. Они изучали поведение вещества вблизи точки, где оно переходит из одного состояния в другое: из жидкого в газообразное, из немагнитного в магнитное. Фазовые переходы — своеобразные границы, разделяющие две области существования материи, — в математическом плане характеризуются как в высшей степени нелинейные феномены. Ровное и предсказуемое поведение вещества в одной из фаз обычно мало что дает для понимания переходов в целом. Горшок с водой в печи нагревается вполне стабильно до тех пор, пока не дойдет до точки кипения. Потом изменение температуры замедляется, и на уровне молекулярного взаимодействия жидкости и газа происходит нечто весьма загадочное.