Синергетика и прогнозы будущего - С. Капица

Рис. 3. Изменение одной из величин, характеризующих магнитное поле в модели, описывающей солнечную активность. Хаотичность в этой модели приводит к "сбоям" в солнечной активности – в течение десятков лет солнце остается спокойным. Такое поведение согласуется с результатами наблюдений.

Из рис.1-3 видно, что в странных аттракторах довольно много порядка. То же относится ко всему детерминированному хаосу. Поиски этого порядка заняли у многих специалистов по нелинейной науке, или нелинейщиков, как их часто называют, последние двадцать лет. Эти поиски оказались захватывающим занятием. Например, оказалось, что в природе существует всего несколько универсальных сценариев перехода от порядка к хаосу. Можно изучать самые разные явления, писать разные уравнения и получать одни и те же сценарии. Это поразительно. Исследователи пытаются увидеть за этим новый, более глубокий уровень единства природы. Выяснилось, что множество систем нашего организма работают в хаотическом или близком к нему режиме. Причем часто хаос выступает как признак здоровья, а излишняя упорядоченность – как симптом болезни. Это привело к появлению новых методов анализа кардиограмм и энцефалограмм, миограмм, новых видов диагностики технических систем.

Хаос подарил новые способы защиты информации, позволяя закрывать "радиоодеялом" свои планы, намерения, распоряжения. Он дал новые способы записи информации и ее сжатия. Космические снимки, данные сейсмостанций, томограммы похожи на неукротимого джинна, выпущенного из бутылки. Информацию надо хранить в наиболее компактном виде, причем так, чтобы с ней удобно было обращаться. Ведь что-то приходится вспоминать часто, что-то – иногда, а что-то – в исключительных случаях.

Помнится, Воланд объяснял Левию Матвею, что свет невозможен без тьмы. Точно так же во множестве конкретных случаев становится ясно – порядок неотделим от хаоса. А хаос порой выступает как сверхсложная упорядоченность.

Рис. 4. Одна из причудливых картин мира нелинейной динамики. На ней показано, как меняются в фазовом пространстве величины, определяющие "странность" странных аттракторов – ляпуновские показатели [27].

Хаос дал новые темы художникам. На рис.4 – один из образов, созданных вычислительной машиной под управлением дизайнера. Специалисты по компьютерной графике все чаще используют хаотические алгоритмы, чтобы горы на картинках были "как настоящие".

Пожалуй, один из самых заманчивых и опасных талисманов во дворе Хаоса – новые способы управления сложными системами. В самом деле, близкие траектории у странных аттракторов разбегаются. Достаточно чуть-чуть подтолкнуть систему – и вот уже точка двигается не по правой ветви, а по левой. И богатырь на распутье уже пошел не по той дороге, где "женатому быть", а по той, где "коня потерять", а с ним и все остальное. Родилась новая область исследований – управление хаосом. У разных людей очень часто возникает один и тот же вопрос. Если все действительно обстоит таким образом, можно ли развалить государство, пользуясь только телефоном и, конечно, компьютерами, просчитывающими опасную неустойчивую траекторию, на которую можно столкнуть державу?

Твердое "нет" на этот вопрос у большинства нелинейщиков уже сменилось растерянно-осторожным "не знаю".

Итак, лет пятнадцать назад были осознаны принципиальные ограничения в проблеме прогноза. Понято, что во многих важных случаях существует горизонт предсказуемости, за который нам не суждено заглянуть. И после этого ... прогноз стал отраслью индустрии. Почему?

Число возможных Реальностей бесконечно велико. И у каждой Реальности существует бесчисленное множество вариаций. Например, число Реальностей, в которых существует Вечность, бесконечно; число Реальностей, в которых Вечность не существует, тоже бесконечно.

Времена в науке меняются. Бывшие фавориты – ядерная физика и аэрокосмические исследования уходят в тень. Студенты физтеха все реже говорят на собеседовании, что они хотят быть физиками-теоретиками, и все чаще – что хотят стать полезными великим и могучим холдинговым компаниям либо респектабельным банкам.

В одном из недавних номеров "Nature Monthly" был приведен список наиболее цитируемых статей. Лишь одна статья там относится к точным наукам – работа по высокотемпературной сверхпроводимости. Все остальное – генная инженерия, рестриктазы, клонирование.

Одному из авторов на семинаре довелось слышать радикальное суждение:"В ХХI в. практически вся существующая физика не будет востребована. Наука должна заниматься не идеями, а компьютерными программами, работающими системами, и, в конечном итоге, – товарами". Времена меняются.

Что это? Прихоть недалеких политиков, уставших от требований военно-промышленного комплекса и сокращающих расходы на науку? Или нечто большее? И как в новом интерьере выглядят те, кто занимается хаосом, прогнозом, проектами будущего?

Образно современную нелинейную науку можно представить в виде своеобразного трехголового дракона. Первая голова – романтическая. Она занимается вещами, которые могут изменить стандарт научных исследований или парадигму. Например, интересно предсказывать действия коллектива в тех или иных ситуациях. Но коллектив способен к рефлексии. Он делает, думает о том, что делает, и думает о том, что думает. Другими словами, здесь приходится строить математические модели таких вещей, как самооценка или совесть.

Или другой аспект. Компьютеры, без которых сейчас серьезный прогноз невозможен, по мнению создателей кибернетики, имитировали некоторые черты мозга. Однако наделить вычислительные машины способностью учиться, поразительной возможностью обобщать, принимать быстрые неожиданные решения ученые пока не сумели. Армии программистов приходится водить компьютеры на "вожжиках" все более и более сложных программ, как водят несмышленых малышей. Попытка избавиться от этого сейчас предпринимается в новой области исследований, называемой нейронаукой. Ее цель – понять принципы работы мозга и создать на этой основе вычислительные структуры. Теория хаоса предлагает здесь странные решения, завораживающие своей парадоксальностью.

Одним словом, эта голова занята разведением гадких утят, которые могут превратиться в прекрасных лебедей через 10, 20 или 50 лет. А могут и не превратиться.

Вторая голова, самая конкретная и деловитая, ведет исследования в тех областях, которые уже доказали свою перспективность. Например, специалисты по хаосу сейчас в большой чести в ряде ведущих западных банков и холдинговых компаний. Собственно, они и превратили получение прогнозов в индустрию.

Основные идеи здесь довольно просты. Обычно приверженцы "эффективного рынка" считают, что изменение цен происходит только под воздействием новой информации. Специалисты по хаосу полагают, что рынки живут по своим, более сложным, и пока не понятым, законам. Их можно изучать, пользуясь теми же методами и приемами, какие применяются для исследования колебательных химических реакций, изменений солнечной активности или схода снежных лавин. Почему-то в США эту область исследований называют "новой ракетной наукой". Может быть, из-за того, что ключевые позиции здесь заняли люди, в недалеком прошлом занимавшиеся сверхсекретными военными разработками.

А как же "горизонт прогноза"? Дело в том, что теоремы, которые доказывают математики, в основном относятся к средним величинам, к тому случаю, когда "сани" очень долго ездят вдоль аттрактора. Помнится, Алису очень удивило, что в Стране Чудес есть "очень странное место". Такие "странные места" могут существовать и в тех пространствах, где обитают странные аттракторы. Попав в них, мы получаем завидную возможность предсказать свою будущность на довольно большой срок. Просто эти места надо уметь искать. Или другая возможность – научить компьютер выделять наиболее существенные вещи из огромного потока информации.

Наверное, читателю не надо объяснять, что к нашему "рынку" все это совершенно неприменимо. Ведь не надо учить механику для строительства воздушных замков или посещать курсы кройки, чтобы newpage noindent сшить платье на голого короля. Лучше по-свойски выпить с самим королем или, на худой конец, с его первым замом.

В нелинейной науке есть много глубоких серьезных проблем. Здесь надо считать, доказывать теоремы, искать новые подходы. Хотя и старые не так уж плохи. В самом деле, не так давно шахматная программа выиграла у Гарри Каспарова. Как тут не вспомнить уверенные заявления пятилетней давности, что это не может случиться, потому, что не может случиться никогда. Как не упомянуть философов и методологов, горячо обсуждавших лет 15 назад вопрос, может ли машина мыслить. А ведь одна из ведущих шахматных программ была создана силами четырех студентов, развивавших известные подходы. Нормальная наука, как ее называют специалисты по науковедению, которой занимается вторая голова, – вещь серьезная.