Хаос. Создание новой науки — Год Литературы
Текст: ГодЛитературы.РФ
Издательская программа Политеха существует уже давно, но к открытию музея после реконструкции ее, подобно самому музейному пространству, также решили обновить и расширить — Политех совместно с тремя издательствами (Corpus, «Альпина нон-фикшн» и «Бомбора») запустил книжную серию, темы книг в которой будут непосредственно связаны с темами постоянной экспозиции — подробнее обо всей этой затее можно прочитать в нашем интервью с Валентиной Летуновой. А выходящее в Corpus’е переиздание Джеймса Глика — отличный повод попробовать эту затею на вкус.
Бестселлер американского журналиста уже выходил в России, но это не просто переиздание: книгу кропотливо переработал научный редактор, и такое омоложение для научно-популярного труда, написанного в 1987 году, действительно кажется необходимым. При этом сам материал — удивительное для подобных книг дело — совсем не устарел; хотя бы потому, что Глик, как и сказано на обложке, пишет ни много ни мало о возникновении новой науки — науки о хаосе.
Начиная со случайного открытия метеоролога Эдварда Лоренца, пытавшегося создать модель долгосрочного прогноза погоды, Глик методично реконструирует цепочку событий, которые привели ученых к осознанию, что существуют еще неизвестные человечеству универсальные законы природы. Такие истории мало того что не устаревают, так еще и дают автору повод поразмышлять о путях научного прогресса, чем тот, разумеется, вволю пользуется.
Кому-то книга может показаться излишне тяготеющей к первой части слова «научно-популярный», но проект «Читалка» для того и придуман — нижеследующий фрагмент либо подтвердит подобные опасения, либо начисто их развеет.
Джеймс Глик. Хаос. Создание новой науки / Пер. с англ: Михаил Нахмансон, Екатерина Барашкова; научные редакторы: Илья Щуров, Александр Пчелинцев. — М.: Corpus, 2020
Пролог
В 1974 году полицию небольшого городка Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, задергали сообщениями, что после наступления темноты по глухим улочкам бродит странный человек.
Из ночи в ночь огонек его сигареты проплывал в темноте. Не ведая цели, он часами блуждал в свете звезд, легко проницавшем разреженный горный воздух. Недоумевала не только полиция. Некоторые ученые из Национальной физической лаборатории также удивлялись экспериментам новоиспеченного коллеги с 26-часовыми сутками. Такой распорядок выбивался из расписания всех остальных людей, живущих в нормальном суточном ритме. Даже для группы теоретической физики это граничило с чудачеством.
За тридцать лет, прошедших с тех пор, как Роберт Оппенгеймер выбрал пустынное плато в штате Нью-Мексико для создания центра разработки атомного оружия, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе превратилась в крупнейший научный институт, который располагал ускорителями, газовыми лазерами, химическими лабораториями, обеспечивал работой тысячи специалистов: физиков, инженеров, администраторов, а кроме того, стал одним из мировых центров, владеющих самыми мощными компьютерами. Некоторые из старейших сотрудников лаборатории еще помнили деревянные здания, наспех возведенные среди скал в начале 1940-х годов, однако для следующего поколения ученых Лос-Аламоса — молодых мужчин и женщин в потертых вельветовых штанах и форменных рубашках — крестные отцы первой атомной бомбы были чем-то вроде привидений.
Средоточием “чистой” мысли в лаборатории служил теоретический отдел, или отдел Т (компьютерная служба и сектор вооружений маркировались соответственно литерами К и X). Более сотни опытных физиков и математиков трудились в нем на хорошо оплачиваемых позициях, свободных от “академических нагрузок” — преподавания и публикации научных трудов. Эти люди уже имели дело с натурами гениальными и эксцентричными, а потому удивить их было нелегко.
Но Митчелл Фейгенбаум составлял исключение из правил. За всю свою научную карьеру он опубликовал лишь одну статью и продолжал работать над чем-то совершенно бесперспективным. Выглядел он весьма примечательно: открытый лоб, копна густых волос зачесана назад, как у немецких композиторов прошлого века, глаза большие, выразительные. Фейгенбаум изъяснялся скороговоркой, глотая на европейский манер артикли и местоимения, словно не был уроженцем Бруклина. Работал он с маниакальным упорством, но, если дело не спорилось, бросал все и бродил, размышляя, преимущественно ночью.
Двадцатичетырехчасовые сутки казались ему слишком короткими. Тем не менее Фейгенбаум был вынужден свернуть свой эксперимент по персональной квазипериодичности, когда понял, что не может больше просыпаться на закате (а такое при его распорядке дня случалось частенько).
К двадцати девяти годам Фейгенбаум снискал репутацию признанного эксперта, и многие сотрудники лаборатории прибегали к его советам, если, разумеется, ухитрялись застать коллегу на месте. Однажды, придя вечером на работу, Фейгенбаум столкнулся в дверях с директором лаборатории Гарольдом Эгнью. Тот был заметной личностью: ученик самого Оппенгеймера, он находился на борту самолета-наблюдателя, сопровождавшего бомбардировщик Enola Gay во время атаки на Хиросиму, и заснял весь процесс доставки первого детища лаборатории к земле.
“Наслышан о ваших талантах, — бросил директор Фейгенбауму. — Почему бы вам не заняться чем-нибудь стоящим? Скажем, термоядерной реакцией, управляемой лазером?”
Даже друзья Фейгенбаума задавались вопросом, способен ли он оставить свое имя в веках.
Человек, шутя разрешавший трудности коллег, казалось, был равнодушен к тому, что сулило славу. Ему, например, нравилось размышлять о турбулентности в жидкостях и газах. Раздумывал он и о свойствах времени: непрерывно оно или дискретно, как чередование сменяющих друг друга кадров киноленты. Еще его занимала способность человеческого глаза отчетливо различать цвет и форму предметов во Вселенной, пребывающей, по мнению физиков, в состоянии квантового хаоса. Он размышлял об облаках, наблюдая за ними с борта самолета, а затем, когда в 1975 году ему урезали финансирование на поездки, с утесов, обступивших лабораторию.
«Из музея предметов мы становимся музеем идей»
На гористом американском западе облака мало похожи на ту темную бесформенную дымку, что низко стелется над восточным побережьем. Над Лос-Аламосом, лежащим на дне большой вулканической впадины-кальдеры, облака кочуют в беспорядке, но структура их в каком-то смысле упорядоченна. Они принимают формы горных цепей или изрытых глубокими морщинами образований, похожих на поверхность мозга.
Перед бурей, когда небеса мерцают и дрожат от зарождающегося в их недрах электричества, эти пропускающие и отражающие свет облака видны за тридцать миль. А весь небесный купол являет взору человеческому грандиозное зрелище, безмолвный укор физикам, которые обходят своим вниманием облака — феномен, хоть и структурированный и доступный наблюдению, но слишком расплывчатый и совершенно непредсказуемый. Вот о подобных вещах и размышлял Фейгенбаум — тихо, незаметно и не очень продуктивно.
Физику ли думать про облака? Его дело — лазеры, тайны кварков, их спин, цвет и аромат, загадки зарождения Вселенной. Облаками же пусть занимаются метеорологи. Эта проблема из разряда “очевидных” — так называются на языке физиков-теоретиков задачи, которые опытный специалист способен разрешить путем анализа и вычислений. Решение “неочевидных” проблем приносит исследователю уважение коллег и Нобелевскую премию. Самые сложные загадки, к которым нельзя подступиться без длительного изучения первооснов и главных законов мироздания, ученые именуют “глубокими”.
Немногие коллеги Фейгенбаума догадывались о том, что в 1974 году он занимался действительно глубокой проблемой — хаосом.
С началом хаоса заканчивается классическая наука. Изучая природные закономерности, физики почему-то долго пренебрегали хаотическими проявлениями: формированием облаков, турбулентностью в морских течениях, скачками численности популяций растений и животных, колебаниями пиков энцефалограммы мозга или сокращений сердечных мышц. Порождаемые хаосом природные феномены, лишенные регулярности и устойчивости, ученые всегда предпочитали оставлять за рамками своих изысканий.
Однако начиная с 1970-х годов некоторые исследователи в США и Европе начали изучать хаотические явления. Математики, физики, биологи, химики принялись искать связи между различными типами беспорядочного в природе. Физиологи обнаружили присутствие некоего порядка в хаотических сокращениях сердечных мышц, что является основной причиной внезапной и необъяснимой смерти. Экологи исследовали колебания численности популяций шелкопряда.
Экономисты раскопали старые биржевые сводки, опробовав на них новые методы анализа рынка ценных бумаг. В результате выяснилось, что обнаруженные закономерности имеют прямое отношение ко множеству других природных явлений — очертаниям облаков, формам разрядов молний, конфигурации сеточек кровеносных сосудов, кластеризации звезд в Галактике.
Когда Митчелл Фейгенбаум приступил к исследованию хаоса, он был одним из немногих энтузиастов, разбросанных по всему миру и почти незнакомых друг с другом. Математик из Беркли, штат Калифорния, собрал вокруг себя небольшую группу и трудился над созданием теории так называемых динамических систем. Биолог из Принстонского университета начал готовить к публикации проникновенный меморандум с призывом к коллегам заинтересоваться удивительно сложным поведением биологических популяций, наблюдаемым в некоторых простых моделях. Математик, работающий на компанию IBM, искал термин для описания семейства новых форм: зубчатых, запутанных, закрученных, расколотых, изломанных, которые, по его мнению, являлись неким организующим началом в природе.
Французский специалист по математической физике набрался смелости заявить, что турбулентность в жидкостях, возможно, имеет некоторое отношение к необычному, бесконечно запутанному абстрактному объекту, который он назвал “странным аттрактором”.
«Хлопок одной ладонью» Николая Кукушкина
Десять лет спустя понятие “хаос” дало название стремительно развивающейся дисциплине, которая перевернула всю современную науку. Хаос стал предметом обсуждения для множества конференций и научных журналов. Ведомства, отвечающие за государственные программы военных исследований, ЦРУ и министерство энергетики выделили крупные суммы на изучение хаоса. В любом большом университете и в исследовательских лабораториях любых корпораций есть ученые, занятые прежде всего проблемой хаоса, а затем уже своей основной профессиональной областью. В Лос-Аламосе был создан Центр нелинейных исследований для координации работ по изучению хаоса и связанных с ним проблем; подобные учреждения появились также в университетских городках по всей стране.
Хаос вызвал к жизни новые способы использования компьютеров и новые типы графиков, которые способны воспроизводить фантастические и тонкие структуры, лежащие в основе сложности. Новая наука дала миру особый язык и новые понятия: фрактал, бифуркация, перемежаемость, периодичность и другие. Все это — новые элементы движения, подобно тому как в традиционной физике кварки и глюоны стали новыми элементарными частицами материи. Для некоторых ученых хаос — скорее наука переходных процессов, чем теория неизменных состояний; учение о становлении, а не о существовании.
Как утверждают современные теории, хаос присутствует везде: закручивается струйка сигаретного дыма, трепещет и полощется флаг на ветру, капли воды из подтекающего крана одна за одной то срываются вниз, то словно выжидают. Хаос обнаруживается и в капризах погоды, и в траектории движения летательного аппарата, и в поведении автомобилей в дорожной пробке, и в том, как струится нефть по нефтепроводу. Каковы бы ни были особенности конкретной системы, ее поведение подчиняется одним и тем же недавно открытым закономерностям.
Осознание этого факта заставило управляющих компаниями пересмотреть отношение к страхованию, астрономов — под другим углом взглянуть на Солнечную систему, а политологов — изменить мнение о причинах вооруженных конфликтов.
Хаос проявляет себя на стыке областей знания. Будучи наукой о глобальной природе систем, теория хаоса объединила ученых, работающих в весьма далеких друг от друга областях. “Пятнадцать лет назад науке угрожал кризис все возрастающей специализации, — заметил ответственный за финансирование исследований чиновник военно-морского министерства США, выступая перед аудиторией математиков, биологов, физиков и медиков. — Удивительно, но эта тенденция превратилась в свою прямую противоположность благодаря феномену хаоса!” Хаос вызывает к жизни вопросы, которые плохо поддаются решению традиционными методами, однако позволяют сделать общие заключения о поведении сложных систем. Все первые теоретики хаоса — ученые, давшие начальный толчок развитию этой дисциплины, — имели нечто общее.
Они замечали определенные закономерности, особенно такие, которые проявляются в разном масштабе в одно и то же время. У них выработалось особенное чутье, позволявшее оценивать случайность и сложность, предвидеть внезапные скачки мысли. Верующие в хаос — а они иногда действительно называют себя верующими, новообращенными или евангелистами — выдвигают смелые гипотезы о предопределенности и свободе воли, об эволюции и о природе возникновения разума. Они чувствуют, что поворачивают вспять развитие науки, следовавшей по пути редукционизма — анализа систем как совокупностей составляющих их элементарных объектов: кварков, хромосом, нейронов. Они верят, что ищут пути к анализу системы как целого.
ММКЯ: 10 главных нон-фикшн книг
Наиболее страстные защитники новой науки даже утверждают, что грядущим поколениям XX век будет памятен лишь благодаря созданию теории относительности, квантовой механики и теории хаоса. Хаос, заявляют они, стал третьей из революций, последовательно освобождавших физику от догматов ньютоновского видения мира.
По словам одного физика, теория относительности разделалась с иллюзиями Ньютона об абсолютном пространстве-времени, квантовая механика развеяла мечту о контролируемом процессе измерения и, наконец, теория хаоса развенчала Лапласову фантазию о полной предопределенности развития систем. Из этих трех открытий лишь теория хаоса применима к Вселенной, которую мы можем наблюдать и ощущать, к объектам, которые доступны человеку. Повседневный опыт и реальная картина мира стали уместным предметом исследований. Давно уже зрело ощущение, пусть и не выражавшееся открыто, что теоретическая физика далеко уклонилась от интуитивных представлений человека об окружающем мире. Насколько обоснованна эта еретическая мысль, никому не известно, но теперь некоторые специалисты, считавшие, что физика рано или поздно загонит себя в угол, видят в хаосе выход из тупика.
Исследования хаоса произросли из непопулярных областей физической науки. Главным ее направлением в XX веке считалась физика элементарных частиц, которая исследовала основные элементы, слагающие материю, при все более высоких энергиях, больших масштабах и коротких отрезках времени и породила современные теории о природе физических взаимодействий и происхождении Вселенной.
И все же некоторые молодые ученые чувствовали себя разочарованными. Прогресс замедлился, поиски новых частиц не имели успеха, а сама теория стала весьма запутанной. Недовольным казалось, что вершины сияющих абстракций физики высоких энергий и квантовой механики слишком долго доминировали в науке.
В 1980 году космолог Стивен Хокинг, лукасовский профессор* (именная позиция в Кембридже (одна из самых престижных научных должностей в мире), названная по имени благотворителя Генри Лукаса, завещавшего в 1663 году средства для ее финансирования. Вторым лукасовским профессором был сэр Исаак Ньютон, с тех пор ее часто неформально называют “ньютоновской”. — Здесь и далее, если не указано иное, прим. науч. ред.) математики Кембриджского университета, выразил мнение большинства ученых в обзорной лекции, посвященной развитию теоретической физики и названной “Не наступает ли конец физической теории?”: “Мы уже знаем физические законы, описывающие абсолютно все, с чем нам приходится сталкиваться в обычной жизни… И можно считать своеобразным комплиментом успехам теоретической физики тот факт, что нам приходится создавать сложнейшие приборы и тратить огромные деньги и усилия для того, чтобы поставить эксперимент, результаты которого мы не можем предсказать”.
Однако Хокинг признал, что понимание законов природы в терминах физики элементарных частиц оставило без ответа вопрос о том, как применять эти законы к любым системам, кроме простейших. Предсказуемость предсказуемости рознь. Одно дело — предсказать, что произойдет в камере Вильсона, когда там столкнутся две частицы, разогнанные на ускорителе, и совсем другое — предсказать поведение бурлящей в обычной ванне жидкости, или погоду, или процессы в человеческом мозге.
Хокингову физику, успешно собирающую Нобелевские премии и крупные гранты на дорогостоящие эксперименты, часто называли революционной. Временами казалось, что священный Грааль науки — теория Великого объединения, называемая также теорией всего, — вот-вот окажется в руках “революционеров”. Физики проследили развитие энергии и материи во Вселенной всюду и везде, кроме кратчайшего момента ее зарождения. Но действительно ли физика элементарных частиц послевоенного периода была революцией? Или же она лишь “наращивала мясо” на основу, заложенную Эйнштейном, Бором и другими создателями теории относительности и квантовой механики? Безусловно, достижения физики, от атом ной бомбы до транзистора, изменили реальность XX века.
Тем не менее круг вопросов, которыми занималась физика частиц, казалось, сузился. И сменилось не одно поколение, прежде чем в этой сфере возникла новая идея, изменившая взгляд на мир обычного, рядового человека.
Американский скептик
Физика Хокинга могла исчерпать себя, так и не ответив на некоторые фундаментальные вопросы, поставленные природой: как зародилась жизнь, что такое турбулентность, как во Вселенной, подчиняющейся закону повышения энтропии и неумолимо движущейся ко все большему и большему беспорядку, может возникнуть порядок? Кроме того, многие объекты повседневной жизни, например жидкости и системы, подчиняющиеся законам классической механики, уже казались столь обыкновенными и хорошо изученными, что физики перестали ожидать от них каких-либо сюрпризов. Но вышло иначе.
По мере того как революция хаоса набирает обороты, виднейшие ученые без всякого смущения возвращаются к феноменам “человеческого масштаба”. Они изучают не галактики, а облака. Приносящие прибыль компьютерные расчеты выполняются не на “креях”, а на “макинтошах”*.
(Cray — название компании, производящей суперкомпьютеры. Macintosh — название персональных компьютеров, выпускавшихся компанией Apple.) Ведущие научные журналы рядом со статьями по квантовой физике публикуют исследования, посвященные загадкам движения шарика, который прыгает по столу. Многие простейшие системы, оказывается, обладают исключительно сложным и непредсказуемым хаотическим поведением. И все же в подобных системах иногда самопроизвольно возникает порядок: порядок и хаос в них сосуществуют. Лишь новая научная дисциплина могла положить начало преодолению огромного разрыва между знаниями о том, как действует единичный объект — одна молекула воды, одна клеточка сердечной ткани, один нейрон — и как ведут себя миллионы таких объектов.
Понаблюдайте за двумя островками водяной пены, кружащимися бок о бок у подножия водопада. Можете ли вы угадать, каково было их взаимное положение до того, как они обрушились с водопадом вниз? Вряд ли. С точки зрения традиционной физики только что не сам Господь Бог перемешивает молекулы воды в водопаде.
Как правило, получив сложный результат, физики ищут сложные объяснения, и, если им не удается обнаружить устойчивую связь между начальным и конечным состояниями системы, они считают, что реалистичности ради в теорию, описывающую эту систему, должен быть “встроен” элемент случайности — искусственно сгенерированный шум или погрешность. Изучать хаос начали в 1960-х годах, когда ученые осознали, что довольно простые математические уравнения позволяют моделировать системы, столь же неупорядоченные, как самый бурный водопад. Незаметные различия в исходных условиях способны обернуться огромными расхождениями в результатах — подобный феномен называют “сильной зависимостью от начальных условий”. Применительно к погодным явлениям это выливается в так называемый эффект бабочки: сегодняшнее трепетание крыльев мотылька в Пекине через месяц может вызвать ураган в Нью-Йорке.
Пытаясь отыскать истоки новой науки в прошлом, исследователи хаоса обнаруживают много предвестников переворота. Однако один из них стоит особняком.
Для молодых физиков и математиков, возглавивших революцию в науке, точкой отсчета стал именно эффект бабочки.
«Из музея предметов мы становимся музеем идей»
Научный свидетель. Как придумали теорию хаоса и почему путешествовать во времени стало модно только столетие назад
Джеймс Глик — американский публицист, признанный в США «одним из величайших научных писателей всех времён». Его книги «Хаос. Создание новой науки», «Информация. История. Теория. Поток» стоят в одном ряду с культовыми популярными работами Стивена Хокинга, Ричарда Докинза и Стивена Джея Гулда. При этом Глик вовсе не учёный — он журналист, который, однажды заинтересовавшись исследователями и их открытиями, решил стать научным свидетелем и биографом идей.
[Кот Шрёдингера] Как научный писатель вы родились из хаоса — в смысле вашей первой серьёзной научно-популярной работой была книга «Хаос. Создание новой науки», вышедшая в 1987 году. Как вы вышли на эту тему и почувствовали её важность?
Джеймс Глик — журналист и публицист, признанный в США одним из лучших научных популяризаторов.
Его мировые бестселлеры — книги «Хаос. Создание новой науки» и «Информация. История. Теория. Поток», переведённые более чем на 30 языков, — неоднократно выходили в финал Пулитцеровской премии и Национальной книжной премии США.
[Джеймс Глик] Вы знаете, у меня не было никакой научной подготовки — я начинал как самый обычный журналист. В 1980-е я работал в The New York Times, был репортёром и редактором, писал очерки про учёных. И вот однажды, разговаривая со знакомыми математиками и физиками, я от кого-то из них услышал, что зарождается новая научная дисциплина, в рамках которой исследуется хаос. Я подумал тогда: «Это интересно! Звучит как-то не по-научному». И постепенно стал во всём этом разбираться. Сначала сделал материал об одном из основателей теории хаоса Митчелле Фейгенбауме. Потом написал статью о Бенуа Мандельброте. Он известен как отец фрактальной геометрии и никогда не использовал слово «хаос». Но, работая над текстом, я понял, что тут пахнет чем-то намного более масштабным: Мандельброт и Фейгенбаум в действительности занимались одним и тем же.
[КШ] Теория хаоса… Звучит красиво, но слишком непонятно. О чём эта наука, что именно изучали и какие цели ставили перед собой исследователи?
Митчелл Фейгенбаум — американский специалист в области физико-математических наук. Один из пионеров теории хаоса, занимался исследованиями турбулентности. Математически описал один из типичных сценариев перехода от порядка к хаосу (каскад бифуркаций).
[ДГ] Эти «учёные хаоса» пыталась работать с очень человеческими проблемами — такими, которые встречаются в обыденной жизни. В то время самой престижной физикой в США была физика высоких энергий. Её невероятный успех, если это можно назвать успехом, был связан с созданием атомной бомбы. Там крутились огромные деньги. Но эта физика была очень эзотерична, то есть совершенно недоступна простому человеку, который не специалист по кваркам и спинам…
А «учёные хаоса» говорили об облаках, о турбулентности в жидкостях, о дыме, о сердечной аритмии.
Хаос был очень и очень междисциплинарной сферой. Эта наука была не просто физикой или только математикой — она объединила людей, которые раньше не имели обыкновения работать вместе: биологов, экономистов и многих других. Представители различных научных областей заговорили на одном языке и увидели, что проблемы, которые казались разными, в действительности связаны между собой.
[КШ] Наверное, поначалу работу этих учёных никто не одобрял и не понимал?
[ДГ] Всё было именно так. Я ходил по встречам и заседаниям, где собирались пионеры теории хаоса. Среди них были математики, в основном молодые парни, которые, увлекаясь новой наукой, рисковали академической карьерой: они не могли убедить своих научных руководителей и тьюторов, что занимаются настоящим делом, ставят на ноги новую научную дисциплину.
Я сам тогда был молодым репортёром, и на меня эта атмосфера производила невероятное впечатление. Я искренне старался передать её в своей книге.
[КШ] В последнее время появилось множество книг и статей про информацию как средство упорядочения хаоса.
Вот и вы спустя 24 года после издания «Хаоса» выпустили книгу «Информация. История. Теория. Поток». Связаны ли как-то между собой эти истории?
Клод Элвуд Шеннон — американский математик и электротехник, основатель теории информации. Занимался теорией вероятностных схем, теорией автоматов и систем управления, совершил несколько важных открытий, приблизивших эру кибернетики. В 1948 году для обозначения наименьшей единицы информации предложил использовать слово «бит».
[ДГ] Когда я писал книгу о хаосе, то брал интервью у множества учёных, и некоторые из них упоминали статью американского математика и инженера Клода Шеннона «Математическая теория связи» — с неё, собственно, начинается то, что сегодня называется теорией информации. Когда я узнал об этом, по моей спине пробежал холодок. Такой же, как при первом упоминании учёными мужами слова «хаос». Я подумал: «Неужели наука и этим интересуется?» Потому что слово «информация» никак не увязывалось у меня с представлением о том, что может служить объектом научного исследования.
[КШ] Но как-то эти понятия удалось соотнести?
[ДГ] Конечно. Эти парни использовали теорию информации для того, чтобы анализировать хаотические системы. Они объяснили мне, что существует связь между хаосом и информацией. И эта связь проходит через энтропию. Речь идёт об измерении соотношения порядка и беспорядка в физических системах, а также в системах информационных. Вот чем, оказывается, была теория информации — с самого начала это была история о борьбе порядка с хаосом!
[КШ] В оригинале ваша книга называется The Information. Вы используете определённый артикль, то есть речь идёт не об информации вообще, а о каком-то конкретном сообщении. В русском переводе этот смысл теряется. Для чего вы используете этот артикль, какую нагрузку он несёт?
[ДГ] Ха! Это сложный вопрос. Даже для английского языка это необычное название — игра со смыслом. По-русски ведь книга называется Informaciya, верно? Проблема правильной передачи названия возникла не только с русским вариантом.
Предполагалось, что название будет немного странным, забавным, если вы понимаете, о чём я. Когда вы говорите «the information», то имеете в виду что-то вроде: «Я собираюсь поделиться с вами информацией», или «Я сообщу вам нечто, что вам необходимо знать», или «Я объясню вам основы, сообщу новости». Сказать «the information» — значит завести речь о чём-то содержательном, отличном от общей болтовни.
Полный текст далее.
Краткое изложение хаоса Джеймса Глейка (9/10) — Незаслуженная мудрость
Короче говоря, теория хаоса оказалась мощным инструментом для понимания сложных систем. Это междисциплинарная область исследования, основанная на идеях математики, физики и биологии. Теория хаоса применяется во многих областях, включая экономику, инженерию и медицину.
Ключом к теории хаоса является понимание того, как небольшие изменения могут привести к большим последствиям. Это известно как эффект бабочки, и это одна из самых известных концепций теории хаоса. Эффект бабочки говорит о том, что небольшое изменение начальных условий системы может привести к большим изменениям в долгосрочном поведении системы. Лоренц открыл эффект бабочки, когда пытался смоделировать развитие погодных систем.
Изучая закономерности хаоса, ученые смогли добиться значительных успехов в таких разных областях, как прогнозирование погоды и анализ фондового рынка.
Поскольку наш мир становится все более сложным, вполне вероятно, что теория хаоса будет продолжать играть важную роль, помогая нам понять мир вокруг нас. В прошлом теория хаоса использовалась для прогнозирования развития турбулентных погодных систем, а финансовые эксперты использовали ее для предсказания цен на акции. Однако теория хаоса способна и на гораздо большее. Например, теорию хаоса можно использовать для понимания сложных медицинских систем и для предсказания поведения больших сетей взаимосвязанных компьютеров. Короче говоря, теория хаоса имеет много потенциальных применений, и ее популярность, вероятно, будет продолжать расти в будущем.
Открытие Лоренца
Все началось с простой ошибки. В 1961 году Эдвард Лоренц работал над компьютерной моделью атмосферной конвекции. Лоренц ввел число в свою программу, округлив его от 0,506127 до 0,506. Он снова запустил программу, ожидая получить аналогичные результаты. Но он этого не сделал. Результаты были совершенно другими.
Лоренц понял, что даже незначительное изменение начальных условий может со временем привести к совершенно разным результатам. Он назвал это эффектом бабочки, потому что вообразил, что бабочка, взмахнув крыльями, может в конечном итоге вызвать ураган на другом конце света. Открытие Лоренца привело его к разработке первой математической модели хаотических систем. Модель Лоренца называется моделью детерминированного хаоса, и это одна из самых простых моделей, которая может уловить эффект бабочки. Теория детерминированного хаоса до сих пор используется для изучения сложных систем. Фактически, это одна из основ исследования хаотических систем. Теория детерминированного хаоса также используется для предсказания поведения больших сетей взаимосвязанных компьютеров.
Его модель до сих пор используется для понимания развития погодных систем. Лоренц также исследовал влияние хаоса в других областях, таких как финансы и инженерия. В области финансов он разработал модель, которая до сих пор используется для прогнозирования поведения цен на акции.
В области инженерии он разработал модель, которая до сих пор используется для прогнозирования поведения турбулентных жидких систем. Вклад Мандельброта
В 1970-х годах Бенуа Мандельброт разработал новый взгляд на математику, известный как фрактальная геометрия. Мандельброт обнаружил, что многие природные явления, в том числе облака и береговые линии, можно описать с помощью фракталов. Фракталы — это формы, которые самоподобны в разных масштабах. Работа Мандельброта помогла создать область науки о сложности.
Формула Фейгенбаума
В 1975 году Митчелл Фейгенбаум использовал компьютеры для изучения удвоения периода в нелинейных системах. Он обнаружил, что независимо от того, на какую систему он смотрел, всегда был момент, когда небольшие изменения приводили к большим изменениям. Это известно как точка нестабильности или переломный момент. Фейгенбаум также обнаружил, что существует математическая зависимость между размером первоначального изменения и конечным результатом.
Это соотношение теперь известно как константа Фейгенбаума. Константа Фейгенбаума — это математическая константа, которая используется для описания размера начального изменения и конечного результата. Он также используется для прогнозирования поведения больших сетей взаимосвязанных компьютеров. Короче говоря, постоянная Фейгенбаума — одна из основ теории хаоса. Теория детерминированного хаоса до сих пор используется для изучения сложных систем.
Применение теории хаоса
Теория хаоса использовалась в таких разнообразных областях, как прогнозирование погоды и анализ фондового рынка. В прогнозировании погоды открытие Лоренца привело к лучшему пониманию того, как небольшие изменения в данных могут привести к большим изменениям в прогнозах. В анализе фондового рынка постоянная Фейгенбаума использовалась для предсказания рыночных крахов. Это всего лишь два примера того, как теория хаоса оказала большое влияние на наш мир. Сегодня существует множество областей, в которых используется теория хаоса.
Например, квантовые вычисления используют теорию хаоса для решения задач, которые слишком сложны для традиционных компьютеров. Медицинские работники используют теорию хаоса для прогнозирования распространения болезней. Инженеры используют теорию хаоса для проектирования сложных машин. А ученые используют теорию хаоса для изучения поведения сложных систем. Теория хаоса до сих пор используется для понимания развития погодных систем.
То, что начиналось как простая теория, оказало огромное влияние на наш мир. Теория хаоса использовалась для понимания развития погодных систем, предсказания крахов фондового рынка и разработки сложных машин. Сегодня невозможно даже представить себе мир без этого интеллектуального инструмента. Теория оказала глубокое влияние на наш мир и продолжит оказывать его влияние в будущем. Кто знает, какие открытия и изобретения ждут нас в будущем?
Известные цитаты «Идеи, которые требуют от людей реорганизации их картины мира, вызывают враждебность».
Когда людям впервые предлагают новую идею, они часто сразу ее отвергают. Это потому, что это требует от них изменить то, как они видят мир. Гораздо проще просто придерживаться статус-кво. Но иногда новые идеи слишком хороши, чтобы их игнорировать. Идея теории хаоса часто вызывает враждебность, потому что требует от людей реорганизации их картины мира. Теория идет вразрез с тем, чему людей учили веками. Людям трудно признать, что мир непредсказуем. Но, как мы видели, теорию хаоса можно использовать для понимания окружающего нас мира.
«Вы ничего не видите, пока у вас нет подходящей метафоры, которая позволит вам это воспринять».
Допустим, вы рисуете картину. Вы не видите картину до тех пор, пока у вас не появится правильная метафора, которая позволит вам ее воспринять. Вам нужно использовать правильные цвета, правильную композицию и правильное освещение, чтобы создать идеальную картину. То же самое и с теорией хаоса.
«Природа формирует узоры. Одни упорядочены в пространстве, но беспорядочны во времени, другие упорядочены во времени, но беспорядочны в пространстве.
Некоторые узоры являются фрактальными, демонстрируя структуры, самоподобные по масштабу. Другие порождают стационарные или колебательные состояния. Формирование узоров стало разделом физики и материаловедения, позволяющим ученым моделировать агрегацию частиц в кластеры, распространение электрических разрядов по трещинам и рост кристаллов во льду и металлических сплавах. Динамика кажется такой простой — формы меняются в пространстве и времени — но только сейчас появились инструменты, чтобы понять их».
Теория хаоса — очень простая теория, но ее динамика кажется такой простой — формы меняются в пространстве и времени — но только сейчас появились инструменты, позволяющие их понять. Только с развитием технологий мы смогли увидеть закономерности, которые предсказывает теория хаоса.
«Из всех возможных путей беспорядка природа предпочитает лишь некоторые». В природе есть определенные модели, которым отдается предпочтение перед другими. Паттерны, упорядоченные в пространстве, но неупорядоченные во времени, паттерны, упорядоченные во времени, но неупорядоченные в пространстве, и фракталы (паттерны, демонстрирующие структуры, самоподобные по масштабу).
Эти паттерны называются паттернами теории хаоса.
«Наука была построена против множества бессмыслиц», Наука была построена против множества бессмыслиц, потому что это был единственный способ понять мир. Теория хаоса бросает вызов нашему пониманию мира, показывая нам, что мир не так упорядочен, как мы думали. Невозможно предсказать будущее без понимания теории хаоса. Теория хаоса была создана как ответ на предсказуемость классической физики. Классическая физика изучает то, как вещи движутся предсказуемым образом. Это физика прошлого. Теория хаоса — это физика настоящего.
«В конце концов, когда Вселенная приближается к своему окончательному равновесию в невыразительной ванне с максимальной энтропией, ей удается создавать интересные структуры». Вселенная постоянно расширяется и сжимается. Расширяясь, он создает новые структуры. Эти структуры являются строительными блоками Вселенной. Это галактики, звезды и планеты. Это то, что мы видим каждый день в наши телескопы. Но теория хаоса говорит нам, что они не так просты, как кажутся.
На самом деле они являются результатом очень сложного и хаотичного процесса. Теория хаоса — это теория, созданная для объяснения того, как объекты изменяются во времени.
«Мне показалось, что это действенный способ определения свободы воли, позволяющий примирить свободную волю с детерминизмом. Система детерминирована, но нельзя сказать, что она будет делать дальше». Теория хаоса говорит нам, что Вселенная детерминирована, но нельзя сказать, что она собирается делать дальше. Вот почему так важно понимать теорию хаоса. Это позволяет нам понять вселенную и наше место в ней. Это позволяет нам увидеть закономерности, существующие во Вселенной, и то, как они могут формировать наше будущее.
«Хаос — это наука скорее о процессе, чем о состоянии, о становлении, а не о бытии». Хаос — это наука скорее о процессе, чем о состоянии, о становлении, а не о бытии. В этом разница между теорией хаоса и классической физикой. В классической физике все определяется своим состоянием.
«Хаос — создатель информации — еще один очевидный парадокс».
Хаос — создатель информации. Это второй парадокс теории хаоса. Первый парадокс заключается в том, что хаос является разрушителем информации. В классической физике информация — это то, что существует вне физического мира. Это нечто неизменное в физическом мире. Но в теории хаоса информация — это то, что создается физическим миром. Это результат хаотических процессов.
Второй парадокс теории хаоса заключается в том, что она является создателем информации. Хаос — это разрушитель информации, но он же и создатель информации.
Краткое изложение книги «Chaos», автор Джеймс Глейк
Хотите лучше узнать идеи из «Хаоса»? Прочтите краткое изложение книги №1 в мире «Хаос» Джеймса Глейка здесь.
Прочтите краткий обзор на 1 странице или посмотрите видеообзоры, подготовленные нашей командой экспертов. Примечание: это руководство по книге не связано и не одобрено издателем или автором, и мы всегда рекомендуем вам приобрести и прочитать полную книгу.
Мы просмотрели в Интернете самые лучшие видеоролики о Хаосе, от высококачественных обзоров видео до интервью или комментариев Джеймса Глейка.
Введение
На протяжении веков ученые предполагали, что мир природы управляется основными принципами причинности. Люди могут наблюдать за событиями и понимать их, потому что они обладают способностью различать причинно-следственные связи в природе. Это предположение легло в основу эпохи Просвещения, которая изменила то, как люди понимают себя и свой мир.
Однако концепция причинно-следственной связи была поставлена под сомнение новой силой, которую ученым пришлось учитывать.
Исчезновение ньютоновской достоверности
Сэр Исаак Ньютон написал книгу под названием Principia Mathematica в 1687 году. В книге описаны основные принципы классической механики, управляющие деятельностью физических объектов. Например, Ньютон утверждал, что если объект движется, он будет продолжать двигаться, пока его что-то не остановит, и что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Эти основные законы заставили его поверить в то, что все происходит не просто так, и в результате события носят предсказуемый характер.
Взгляд Ньютона на мир был причинным. Он считал, что если исключить все внешние влияния, система вернется в свое естественное состояние. Маятник будет колебаться взад-вперед по регулярной схеме. Если бы хищники были завезены в пруд с золотыми рыбками, они бы съели популяцию до тех пор, пока их не осталось бы достаточно, чтобы выжить.
Точно так же сложный результат должен исходить от сложной причины. Например, популяция животного в дикой природе зависит от нескольких различных факторов: погоды и хищников, болезней и конкуренции за ресурсы.
Поэтому, если вы хотите объяснить, почему львов стало меньше, чем раньше, рассмотрите все возможные причины — может быть, стало меньше еды или больше болезней, убивающих львов.
Большинство ученых считали, что разные системы ведут себя по-разному. Например, колебания популяции животных не имеют ничего общего с поведением маятника или погодными условиями. Согласно этой точке зрения, каждая дисциплина имеет свои собственные переменные и причины изменений.
Однако в начале 20 века наука обнаружила, что законы Ньютона не являются абсолютными. Такие вещи, как время и пространство, не постоянны, а изменчивы. Первым открытием стала общая теория относительности Эйнштейна, которая показала, что время и пространство не являются постоянными, а могут изменяться другими объектами во Вселенной.
Законы Ньютона были поставлены под сомнение, когда было обнаружено, что субатомные частицы не подчиняются тем же правилам, что и законы Ньютона. В отличие от предсказуемых колебаний маятника, кварки и нейтрино ведут себя непредсказуемо.