«Жизнь — это противостояние хаосу»
Почему мы так и не научились предсказывать погоду и почему ни в одном обществе не удалось распределить ресурсы равномерно? С точки зрения науки это вопросы примерно об одном и том же. Чем нам в извечном поединке с хаосом может помочь физика? «Огонек» поговорил об этом с одним из самых цитируемых сегодня российских ученых и ведущим мировым специалистом в области теории нелинейных волн Владимиром Захаровым
— Владимир Евгеньевич, вы одновременно и физик-теоретик, и математик, и океанолог — как я понимаю, именно сочетание этих трех дисциплин и принесло вам медаль Дирака, которую еще называют «Нобелевской премией для физиков-теоретиков». Можете очертить круг ваших научных интересов и объяснить, как все это связывается?
— В той области знаний, где занят я, физики-теоретики строят математические модели природных явлений. Какие именно это природные явления — зависит от личного вкуса ученого. Меня интересуют те, где участвуют волны, в том числе волны, вызывающие катастрофы. Сейчас мое рабочее время делится между двумя направлениями. Первое — это волны на поверхности жидкости, а второе — волны в оптических линиях. Эти два направления не столь уж противоположны, потому что описываются схожими математическими уравнениями. Если подробнее, то я много занимаюсь вопросами ветрового волнения океана и возможностями предсказания этих волнений. В частности, речь об изучении волн-убийц.
— Насколько я понимаю, речь не о цунами?
— Да, это довольно редкое катастрофическое явление. Такая волна высотой до 20 метров возникает за 2–3 минуты из сравнительно спокойного моря, то есть как бы из ничего. Среагировать и спасти судно капитан в этом случае часто не успевает. Долгое время ученые вообще не верили в существование этих гигантских волн, считая их выдумкой моряков. Но с тех пор, как в море появились нефтяные платформы, круглосуточно фиксирующие волнение, волны-убийцы и впрямь замечены. И сейчас тема у всех на слуху. Есть фотоподборка пострадавших судов — например, огромный танкер разломан пополам. Волна-убийца подошла под днище, он «встал» на эту волну, но так как конструкция судна не рассчитана на то, чтобы быть поднятой в одной точке, оно ломается надвое.
— Что сегодня известно о природе этих явлений?
— В природе это явление достаточно частое. Называется коллапс: самопроизвольная концентрация энергии в одном месте. Самый простой пример — молния. Энергия распределена между облаками, а потом возникает такая зона, где все концентрируется и выделяется в виде тепла и света.
Если вы, например, пустите достаточно интенсивный лазерный луч по кристаллу, то он сфокусируется в точку, и там произойдет разрушение. Это явление самофокусировки. Фокусировка знакома каждому, кто выжигал с помощью лупы. А в природе лупу устраивает сама природа, в том числе в океане: сначала энергия волн распределена равномерно, а потом в силу некоторых причин собирается в одном месте.
Если говорить еще более широко, то все это связано с таким всеобщим явлением, как неустойчивость. В мире много неустойчивого. Скажем, гравитационная неустойчивость приводит к образованию звезд: была равномерная материя, но равномерное распределение неустойчиво, вот энергия и концентрируется в отдельных местах. Так, собственно, и начали собираться звезды.
В этом смысле разделение общества на богатых и бедных — следствие довольно общих законов природы. Человеческое общество тоже ведь неустойчиво. Если вы устроите равномерное распределение денег по всем, пройдет некоторое время и все будет наоборот: у некоторых будет много, у других мало. Эволюция подчиняется таким же законам неустойчивости.
— С эволюцией совсем уже непонятно.
— Смотрите. Одна и та же математическая теория описывает выделение богатых людей из массы бедных и процесс сепарации видов. Почему в природе не существует промежуточных видов? Например, есть собака, лиса, кошка, а между ними «смешанных» животных нет. Почему гены распределились столь неравномерно? Потому что есть определенное количество экологических ниш, и в каждой из них выживает свой набор живых существ.
— Давайте вернемся к волнам. Пару недель назад в Саутгемптонском университете заявили, что волны-убийцы виноваты в исчезновении кораблей в Бермудском треугольнике…
— Волны-убийцы могут возникнуть практически везде, они фиксировались и вблизи Швеции, и у Марселя, и у нас в Геленджике. Не так давно от таких волн пострадал круизный лайнер «Louis Majesty» в Средиземном море. Судно не затонуло, хотя волна захлестнула капитанский мостик, разбила стекла. Больше десятка человек пострадали, двое погибли.
Но на Земле действительно есть особо опасные зоны. Самое нехорошее — не Бермуды, а южное побережье Африки: от Кейптауна до города Дурбан. О том, что именно это место представляет собой особую опасность, было известно, когда природу подобных явлений еще не понимали: страховая компания Ллойда ведет подсчет морских катастроф с XIX века, они и выявили, что у южного побережья Африки происходит самое большое число загадочных катастроф — суда просто исчезают.
Если же обратиться к геофизике, мы увидим, что там довольно быстрое — порядка 8 км/ч — течение Агульяс (его еще называют течение мыса Игольного.— «О»), капитаны судов используют это для экономии топлива. Но, к сожалению, получается так, что именно там они встречаются с волнами-убийцами. Большие волны идут оттуда. Дальше они могут перераспределиться, фокусироваться на океанских течениях и создавать опасные зоны.
— Я так поняла, что волны-убийцы не связаны с силой ветра и погодными условиями…
— Сами по себе волны-убийцы с ветром не связаны. Но в Южном океане, что между Африкой и Антарктидой, постоянно происходят штормы. Зыбь от них идет далеко. Эти волны, практически не затухая, могут не раз обогнуть земной шар. Затем они натыкаются на то самое течение Агульяс, которое играет роль своего рода линзы для волн со стороны Антарктики.
— Насколько успешно физики-теоретики моделируют подобные катастрофы? Их можно предсказывать?
— Мы строим математические модели этого процесса, набираем статистику, пытаемся оценить функцию рождения вероятности таких явлений. Однако индивидуально такие события очень трудно предсказуемы. Если говорить о волнах-убийцах, то там спектр волнения должен подчиняться некоторым условиям. В частности, должен быть спектрально узким, чтобы достаточно близко подходить к периодической монохроматической волне (особая волна, в спектр которой входит всего одна составляющая по частоте.— «О»).
Грубо говоря, это можно сфотографировать и увидеть из космоса. Но и здесь не все просто: на основании анализа спектра волнения моря можно предсказать, что это событие произойдет с известной вероятностью. А вот произойдет ли оно в реальности или нет — неизвестно. Поэтому, например, мы можем дать капитану судна указание не заходить в тот или иной район. Но сказать, где именно возникнет такая волна, практически невозможно.
— А можно ли как-то гасить эти волны? Например, академик Сахаров предлагал в свое время использовать подземные термоядерные взрывы для предотвращения катастрофических землетрясений…
— Это невозможно. Когда мы говорим о катастрофических геофизических явлениях, там очень большая энергия. По сравнению с теми процессами, которые происходят в ураганах, взрыв атомной бомбы — явление среднего плана. Погасить их невозможно. Единственный путь — уйти из зоны, где они могут появиться.
— Создание моделей каких природных явлений наиболее актуально для человечества?
— В планы нашей научной группы входит создание теории возникновения ураганов. Было бы очень важно узнать, как именно происходят эти явления, описать их математически. Интересно понять, по каким траекториям они движутся. Сегодня известно, что траектории ураганов крайне неустойчивы, и может оказаться, что небольшое воздействие сможет направить ураган в сторону. То есть самто ураган ликвидировать нельзя, но, возможно, когда-то мы научимся управлять его движением. Чтобы он ушел куда-то, скажем, в Южный океан, и ураганил там. Пока я боюсь делать далеко идущие обещания, здесь легко ошибиться.