Читать книгу "Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…"

И лучшими «семенами» служат кристаллы льда: льдинки внутри облака притягивают к себе множество находящихся вокруг капель (вот почему сухой лед вызывал скручивание облаков – он превращал переохлажденную воду в кристаллы льда). Частицы пыли тоже являются прекрасными «семенами», как и находящиеся в воздухе микробы. На самом деле многие снежинки начинают существование как ледяные гробницы бактерий (вспомните об этом, когда в следующий раз будете ловить снег языком).

Итак, частицы пыли и бактерии прекрасно играют роль «семян». Но Ленгмюр понимал, что еще лучше справиться с задачей могут химические реагенты. В частности, химические реагенты с молекулярной структурой, имитирующей структуру льда, которые притягивали бы капельки воды. Он поручил другому коллеге из General Electric, Бернарду Воннегуту, найти такое вещество. Воннегут провел несколько недель в библиотеке за изучением книг по кристаллографии и выбрал три молекулы, среди которых был йодид серебра. По химическим свойствам йодид серебра нисколько не напоминает воду, но этот чуть желтоватый порошок образует гексагональные кристаллы, похожие на кристаллы льда. Эксперименты в морозильной камере показали, что йодид серебра действительно способен обманывать переохлажденную воду, вызывая цепную реакцию образования льда. Если это сработает с настоящими облаками, они в буквальном смысле станут серебряными, и Ленгмюр сможет ими управлять.

Заметим, что открытие цепной реакции образования льда привело к неожиданным последствиям. Брат Бернарда Воннегута работал в отделе рекламы General Electric и слышал историю о том, как однажды лабораторию Ленгмюра посетил писатель-фантаст Герберт Уэллс. Ленгмюр рассказал Уэллсу об одном ученом, который изобрел особую форму льда, кристаллизующуюся при комнатной температуре и способную превратить в лед весь Мировой океан. Уэллсу идея не понравилась, зато понравилась младшему брату Бернарда Курту Воннегуту, который позднее использовал ее в романе «Колыбель для кошки».

Поскольку юристы из General Electric все еще колебались, Ленгмюр решил найти нового спонсора для реализации своих планов. В 1947 г. он организовал с американскими военными проект «Циррус» (от англ. cirrus – перистое облако). Проект преследовал несколько целей, в частности предотвращение засухи. Но в первую очередь спонсоров интересовала нейтрализация ураганов – самых мощных природных разрушителей. В преследовании этой цели Ленгмюр показал себя с самой лучшей и с самой худшей стороны.

План по нейтрализации ураганов предполагал серию наблюдений и последовательных умозаключений. Начинать следовало с наблюдений за структурой урагана, который представляет собой сильное завихрение воздуха вокруг так называемого глаза. Обычно в области глаза наблюдается затишье, но средняя часть между глазом и краями урагана, называемая «стеной глаза», обладает наивысшей разрушительной силой. Скорость ветра в этой зоне может превышать 200 км/ч. Это невероятная величина, и, казалось бы, вихрь должен рассыпаться сам собой. Все вращающиеся тела «ощущают» на себе выталкивающую центробежную силу: это та же сила, что вытолкнет вас с карусели, если вы не пристегнетесь. Ураганы не исключение, и их эта мощная сила тоже готова разорвать на части. Однако существует еще одна сила, основанная на перепаде давлений. В области стены глаза давление воздуха высокое, а в области самого глаза – низкое. А поскольку воздух стремится перейти из области высокого давления в область низкого, эта вторая сила давит внутрь, уравновешивая центробежную силу и не позволяя урагану рассыпаться. Другими словами, хотя внутри урагана бушуют мощные ветра, структура остается цельной из-за равновесия двух сил. Таким образом, задача проекта «Циррус» была проста: нарушить это равновесие. Самый простой путь, как считал Ленгмюр, заключался в изменении температуры урагана – остальное сделает волшебный закон идеального газа*. Он предложил такой план. Пилоты на прочных самолетах должны спикировать в область стены глаза и высыпать там сухой лед или йодид серебра. В соответствии с представленной выше схемой эти вещества сыграют роль затравки и заставят переохлажденную воду превратиться в кристаллы льда. В облаке такое превращение заканчивается дождем, но в случае урагана Ленгмюра больше интересовал побочный эффект образования льда – выделение тепла.

Действительно, превращение воды в лед всегда сопровождается выделением тепла. Это может показаться странным – лед ведь холодный! – но если разобраться, все логично. Представьте, что вы держите в руке кусочек льда. Почему он плавится? Потому что поглощает тепло из окружающей среды. А вы ощущаете холод, поскольку лед вытягивает тепло из ваших пальцев. А теперь представьте обратный процесс: вода превращается в лед. Если плавящийся лед поглощает тепло, по симметричному закону физики замерзающая вода должна – должна! – высвобождать тепло. По-другому быть не может. На самом деле лед образуется по следующей причине: прежде чем превратиться в лед, молекулы воды замедляют движение, но они не могут этого сделать, если не отдадут тепло в окружающую среду. Какая связь с ураганом? Вот какая. Когда в стене глаза образуется лед, окружающий воздух поглощает выделяющееся при этом тепло. Поглощение тепла заставляет этот воздух расширяться в соответствии с газовыми законами. А при расширении этой зоны давление в ней падает, поскольку расстояние между молекулами увеличивается. А это, в свою очередь, уменьшает разность давлений между глазом и стеной глаза. После этого центростремительная сила, удерживающая структуру урагана, ослабеет, выталкивающая центробежная сила начнет преобладать и разрушит ураган. Приблизительно так. Расширение глаза не может уничтожить ураган, он слишком силен, но может его ослабить. Дело в том, что скорость вращения объекта зависит от ширины этого объекта. Если это непонятно, вспомните своего любимого фигуриста. Когда он вращается с прижатыми к телу руками, он вращается быстро, а когда разводит руки в стороны, скорость вращения замедляется. То же самое верно и для урагана: расширение глаза приводит к снижению скорости вращения. Следовательно, расширение глаза имеет критическое значение, поскольку разрушительная сила урагана пропорциональна квадрату скорости ветра. Таким образом, снижение скорости ветра на 10 % уменьшит разрушения почти на 20 %, а снижение скорости ветра на четверть уменьшит разрушения на 40 %.

Подведем итог. Ленгмюр предположил, что введение в зону урагана твердых частиц вызовет образование льда и выделение тепла, что в свою очередь приведет к расширению глаза и снизит разрушительную силу урагана. Эта красивая идея требовала подтверждения, и здесь-то и начались проблемы.

Тринадцатого октября 1947 г. ураган средней силы по имени Кинг вылетел из Майами и начал перемещаться к северо-востоку, в Атлантический океан. Поскольку казалось, что Кинг все равно затихает, руководители проекта «Циррус» приняли решение погасить его на следующий день. Самолет B-17 отправился на место и рассыпал над стеной глаза 80 кг гранул сухого льда. И все стали ждать, когда глаз расширится и ураган затихнет. Но вместо этого ураган начал усиливаться. К всеобщему ужасу, он повернул на 135⁰ и стал возвращаться к берегу. Через несколько часов вышедший из под контроля ураган обрушился на город Саванна в Джорджии, нанеся материальный ущерб в размере 3 млн долларов (32 млн в современном эквиваленте) и убив одного человека.

Ученые молились, чтобы никто ничего не заметил, но один метеоролог из Майами что-то заподозрил и поднял скандал. Вскоре газеты раззвонили о «подлой американской хитрости» и требовали призвать Ленгмюра к ответу. Ленгмюр попал в тяжелое положение. С одной стороны, он хотел доказать, что может управлять ураганами, с другой – данная история возлагала на него огромную ответственность. И ему, кроме всего прочего, пришлось бы признать, что он не совсем понимал, что делает, поскольку ураган от него сбежал. Игры с Богом давались тяжело.

Теперь за работой с ураганами велось строгое наблюдение, и Ленгмюр перенес проект в пустыню Нью-Мексико, где разрушать было нечего и где он собирался сконцентрироваться исключительно на работе с дождевыми облаками. Может показаться, что Ленгмюр пытался просто сбежать, но у этого человека не было ни жалости к себе, ни неуверенности в своих силах. Однако приходившие из Нью-Мексико новости были еще более фантастическими, чем заверения в способности управлять ураганами.

Один раз Ленгмюр заявил, что с помощью всего лишь 50 г йодида серебра (стоимостью не больше доллара) ему удалось извлечь из нескольких облаков несколько триллионов литров дождя. На вопрос о том, как это возможно – как небольшое количество исходного материала смогло вызвать такой невероятный ответ, – Ленгмюр сказал, что произвел цепную реакцию и сравнил свою работу с еще одним научным чудом – Манхэттенским проектом. Более того, «его» цепная реакция, возможно, была даже мощнее. Америка получила нового «Короля гроз», который постепенно стал брать на себя ответственность за грозы не только в Нью-Мексико, но и в других частях страны, и даже в Европе. В дневнике Ленгмюр называл эту работу важнейшей частью своей научной карьеры. И это лауреат Нобелевской премии! Ленгмюр даже уволился из компании General Electric, чтобы иметь возможность полностью посвятить себя «экспериментальной метеорологии».

Тем временем настоящие метеорологи внимательно приглядывались к его экспериментам, и то, что они обнаружили, вызывало некоторые сомнения. В частности, невероятный дождь, который Ленгмюр приписывал своему вмешательству, мог объясняться совсем иной причиной. Триллионы литров дождя, вылившиеся на Нью-Мексико, могли быть вызваны перемещением воздушных фронтов из Мексиканского залива. Хуже того, в экспериментах Ленгмюра отсутствовал контроль, и он, по-видимому, выбирал облака, которые в любом случае готовы были пролиться дождем. Когда метеорологи провели независимые испытания с контролем и случайной выборкой облаков, они не обнаружили никакого «дополнительного» дождя.

Такой же критике подверглась и охота на ураганы. Ураганы по своей воле меняют размер и направление движения, то усиливаясь, то затихая. Поэтому невозможно утверждать, что Ленгмюр вызвал какие-то изменения в поведении урагана, а это не было совпадением. На самом деле обвинений в адрес проекта «Циррус» за случившееся в Саванне не последовало по той причине, что метеорологи подняли старые отчеты за 1906 г. об урагане, который совершил точно такой же необычный поворот в Атлантике.

Споры относительно достоверности результатов проекта «Циррус» продолжались еще почти 10 лет. Метеорологи придирчиво критиковали работу Ленгмюра, но у него всегда находились отговорки, а Нобелевская премия давала ему перевес в спорах с оппонентами. Он защищал свои идеи и на публичных лекциях об управлении погодой, а лектором он был, судя по всему, великолепным и сочетал в себе очаровательное добродушие и научный авторитет. Хотя проект «Циррус» прекратил существование в 1952 г., а в 1957 г. умер сам Ленгмюр, ученый вложил в идею управления погодой столько энтузиазма, что американское правительство в 1962 г. учредило проект «Яростная буря» (Stormfury) с теми же задачами.

Для реализации нового проекта потребовался многомиллионный бюджет и несколько самолетов. Как следует из выразительного названия, суть проекта заключалась в разработке новых способов атаковать облака. Вместо того чтобы разбрасывать «семена» вручную, пилоты засыпали йодид серебра в алюминиевые канистры и распыляли с помощью пулемета Гатлинга. Тра-та-та-та-та. И чтобы не полагаться на случай, ураган окружали одновременно 10 самолетов и расстреливали его в течение часа. Кроме этого, американские военные решили вложить средства еще в один проект по управлению погодой и превратить результаты этого проекта в новое оружие. Идея «погодного оружия» выросла из военного проекта, реализованного во Вьетнаме. К 1966 г. военные потратили миллионы долларов на уничтожение леса в Индокитае, чтобы увеличить видимость для бомбардировок. Некоторые генералы предпочитали использовать для этой цели агент «Оранж», но другие полагали, что старый добрый огонь работает лучше. Однако во влажных местных лесах огонь сопровождался большим количеством дыма. И, как мог бы предсказать Джеймс Эспи, за дымом часто следует дождь. Конечно же это был Вьетнам, территория дождевых лесов, где дожди не были редкостью. Так что никто не занимался статистическим анализом, чтобы проверить наличие корреляции. Однако в условиях постоянной сырости в головах некоторых офицеров начала прорастать одна мысль. Каждый год с мая по сентябрь во Вьетнаме устанавливался сезон дождей, причем иногда за месяц выпадало до 40 см осадков. От дождя в грязевое месиво превращались все местные дороги, включая Тропу Хо Ши Мина, которая была жизненно важным путем для Национального фронта освобождения Вьетнама и проходила по территории нескольких государств. Американцы считали, что, если дождей будет еще больше, они смогут полностью останавливать любые передвижения врага ежегодно на несколько месяцев. Они назвали эту схему операцией «Попай» (Popeye).

Когда президенту Линдону Джонсону изложили этот план, он пришел в полный восторг, и проект стартовал в 1967 г. На Северный Вьетнам и Лаос посыпались «семена». Вновь избранный президент Ричард Никсон расширил программу в 1969 г., обеспечив ей поддержку со стороны обеих партий.

По неясным причинам ВВС осуществляли полеты на самолетах, которые прежде предполагалось использовать для перевозки мусора. В целом за время проведения операции американские пилоты совершили 2602 вылета и выпустили 47 409 зарядов с йодидом серебра. Честно говоря, задача этих заклинателей дождя была гораздо скромнее, чем задача Ирвинга Ленгмюра, который верил, что сможет навсегда покончить с ураганами и превратить пустыню Нью-Мексико в цветущий сад. Военные просто хотели продлить муссоны на несколько недель и усилить дожди. В результате дороги раскисли бы еще сильнее, смыло бы некоторые мосты и, возможно, случилось бы несколько стратегически важных оползней. Военные даже поздравляли друг друга с выбором более гуманных способов ведения войны, поскольку поливать врага водой, безусловно, гуманнее, чем жечь напалмом. Даже лозунг всей операции звучал так: «Грязь, а не война». Кроме того, оружие это было скрытым: без анализа дождевой воды ничего нельзя было заподозрить. Однако завеса секретности над операцией начала таять в 1971 г., когда Washington Post обнародовала некие докладные записки. Ссылки на эту операцию были и в «Документах Пентагона», утечка которых произошла в том же году. В июле 1972 г.[40]40
  «Документы Пентагона» – сокращенное название сборника «Американо-вьетнамские отношения, 1945–1967: Исследование», предназначенного для внутреннего использования в Министерстве обороны США.


[Закрыть] New York Times опубликовала статью о «погодном оружии». Через два дня ВВС США приостановили заклинание дождя в Юго-Восточной Азии. Несмотря на многократные запросы со стороны Конгресса и прессы, Пентагон отказывался комментировать этот вопрос (появилась даже шутка, что наконец ситуация в корне изменилась: хоть кто-то занимается погодой, но при этом никто о ней не говорит).

Наконец в 1974 г. упрямый сенатор от Род-Айленда Клейборн Пелл вызвал нескольких официальных представителей Пентагона на слушания. Пелл соглашался, что заливать людей водой более гуманно, чем бомбить, но метод «осеменения» облаков был настолько грубым, что от оползней и наводнений в равной степени могли пострадать и гражданские лица, и военные. Пелл указал на серию наводнений, разрушивших Северный Вьетнам в 1971 г. Были ли к этому причастны военные? Представители Пентагона отрицали свою вину, утверждая, что никогда не вызывали столько дождя, чтобы спровоцировать наводнение. За таким ответом последовал новый вопрос: сколько же дождя вызвали военные? Несколько сантиметров в месяц, не больше, утверждали представители Пентагона. На самом деле они даже сомневались, что вьетнамцы заметили их усилия: довольно трудно определить разницу между 50 и 55 см осадков в месяц. Так почему же, настаивал Пелл, военные потратили 21,6 млн долларов (130 млн в сегодняшнем эквиваленте), если программа не работала? «Сэр, мы пытались сделать хоть что-нибудь», – был ответ.

Понятно, что, когда эта информация выплыла на свет, правительство прекратило финансировать проекты по управлению погодой (но ни на минуту раньше: вскоре стало известно, что Пентагон уже вынашивал планы расширения программы создания погодного оружия до невероятных масштабов глобального «климатического оружия»; в частности, предполагалось проделывать озоновые дыры в небе над вражескими державами или вызывать землетрясения на расстоянии). Технически шумиха вокруг операции «Попай» не должна была повлиять на финансирование проекта «Яростная буря», не имевшего военной цели. Ученые хотели только найти способы борьбы с засухой и научиться ослаблять силу ураганов – весьма достойные задачи. Но проект попал под ту же волну запретов и заработал дурную славу. Не улучшало ситуацию и то, что зарождавшееся в 1970-х гг. движение по защите окружающей среды объявляло влияние на климат высокомерным и чуть ли не аморальным: за миллиарды лет практики мать-природа, наверное, лучше нас поняла, что ей делать.

Следует заметить, что проекты по управлению погодой были остановлены не только по политическим соображениям, но и по той причине, что они, в сущности, не давали результатов. Безусловно, ученые верили, что научились делать такие скромные вещи, как разгонять туман в аэропорту или выжимать из некоторых облаков дополнительные капли дождя. И в научном плане вся проделанная работа не была напрасной. К сожалению, выяснялось, что многие результаты экспериментов подрывали исходные теоретические предпосылки. В частности, при усмирении ураганов ученые рассчитывали на взаимодействие йодида серебра с переохлажденной водой, происходящее с выделением тепла. Но результаты показывали, что в ураганах почти нет переохлажденной воды. Следовательно, нет и исходного материала для цепной реакции. И странные результаты, которые порой наблюдались после обработки урагана йодидом серебра, скорее всего, были просто совпадениями.

Однако за прошедшие десятилетия мечты об управлении погодой не увяли окончательно. В 1986 г. в СССР «осеменению» подвергали все облака, проплывавшие над Чернобылем, чтобы слить из них воду до того, как они подберутся к Москве и окропят радиоактивным дождем население столицы. Аналогичным образом, китайская метеорологическая служба уничтожала все облака над Пекином летом 2008 г., чтобы обеспечить безоблачное небо Олимпийским играм. Однако большинство метеорологов по-прежнему сомневаются в эффективности подобных мер. В частности, они категорически не верят в возможность ослабления ураганов и других сильных штормов. Принять эту жестокую истину трудно, поскольку это означает согласиться с нашей беззащитностью и беспомощностью перед силами природы. Мы оказались неспособны обмануть природу: атмосфера намного сильнее, чем нам казалось раньше.

Ирвинг Ленгмюр много и красноречиво говорил о необходимости контролировать природу, и ему поверили многие. Лично мне кажется, что глубочайшая истина, открывшаяся нам в результате многолетних попыток контролировать погоду, была сформулирована одним пилотом, участвовавшим в операции «Яростная буря». Через много лет после операции он сказал следующее: «Мы были разочарованы, осознав, что толком ничего не можем сделать. Но ведь ураганы были такими большими, а мы такими маленькими».

Надежды найти способы управлять погодой постепенно увядали, но метеорологи тешили себя мыслью, что они все лучше и лучше предсказывают погоду. Действительно, с появлением в середине XX в. первых компьютеров и метеорологических спутников оснований для оптимизма стало больше. С каждым днем и повсеместно прогнозы погоды становились все точнее. Но метеорологи не знали (и не могли знать), что те самые компьютеры, которые вселяли в них такую надежду, вскоре их предадут, доказав невозможность точных предсказаний погоды.

Впервые метеорологи начали использовать компьютеры в начале XX в., когда слово «компьютер» обозначало «счетовод с логарифмической линейкой, который целыми днями возится с числами» – иными словами, человек, который ведет расчеты. Идея применить компьютеры для предсказаний погоды принадлежит английскому математику Льюису Фраю Ричардсону, предложившему грандиозную схему метеорологического центра будущего. Центр должен был представлять собой гигантское помещение со сферическим куполом высотой в несколько десятков этажей, в котором плотными рядами сидели вычислители. Внутренняя поверхность купола должна была походить на глобус – с Арктикой наверху и Антарктикой внизу, а вычислители должны были целыми днями глядеть в списки чисел и производить расчеты. Для этих расчетов Ричардсон предлагал использовать семь уравнений, моделировавших состояние атмосферы, и каждый вычислитель должен был заниматься одним конкретным аспектом погоды в одной конкретной точке мира, скажем, флуктуациями влажности в Монголии. Периодически все эти расчеты по пневматическим трубкам поступали к контролеру, стоявшему на платформе в самом центре зала и составлявшему из этих данных общий прогноз погоды для всего мира.

По расчетам Ричардсона для осуществления прогнозов в реальном времени требовалось 64 000 вычислителей (представьте стадион Национальной футбольной лиги США, заполненный людьми, которые что-то постоянно подсчитывают и бормочут). Чтобы доказать осмысленность своей идеи, хотя бы в теории, в 1916 г. Ричардсон предпринял пилотный расчет. Он выполнил эту работу в самых неблагоприятных условиях – в качестве водителя санитарной машины во Франции в годы Первой мировой войны. Сорок пять членов его бригады целыми днями занимались тем, что вытаскивали из грязи измученных солдат и развозили по госпиталям, где они все равно умирали. В целом за время войны бригада перевезла 75 000 пациентов. Ричардсон делал метеорологические расчеты, чтобы не сойти с ума. Он раскладывал бумаги на стогу сена и работал, пока не впадал в ступор. Другие шоферы звали его Профессором.

Центр предсказаний погоды Льюиса Фрая Ричардсона был размером со стадион, а расчетами там занимались люди (вычислители)

Ричардсон выполнил свой расчет для 20 мая 1910 г. В тот день сотни метеорологов выпускали воздушные шары и запускали змеев, чтобы собрать данные о погоде на всей Земле. Поэтому у Ричардсона были совершенно точные данные о состоянии погоды в течение всего этого дня, что позволило ему проверить справедливость своих теоретических расчетов. (Кроме того, в тот день вернулась комета Галлея – короче говоря, это был хороший, беззаботный день науки и всеобщего братства, который из французских окопов казался невероятно далеким.) Однако рассчитать данные даже для одного дня оказалось неподъемной задачей, так что Ричардсон ограничился рассмотрением всего одной переменной из семи уравнений и попытался определить давление воздуха между четырьмя и десятью утра на небольшом участке территории Баварии. Эта работа длилась недели, если не месяцы, а однажды Ричардсону пришлось все начать заново, поскольку во время одной из битв в Шампани он потерял записную книжку (позднее кто-то нашел ее под грудой угля). Ну и что же все эти расчеты показали Профессору? Практически ничего. Мало того что его прогноз опоздал на шесть лет, но он и близко не совпадал с действительностью. Из расчетов выходило, что тем утром в Баварии наблюдалось резкое понижение атмосферного давления. Но в реальности ничего этого не было. Нужно отдать должное Ричардсону: он опубликовал полный отчет о своей неудаче в 1922 г.

Какими бы безуспешными ни казались попытки Ричардсона, следующее поколение метеорологов быстро забыло мораль этой истории и бросилось составлять собственные схемы прогнозов. В особое возбуждение они пришли с появлением цифровых компьютеров (настоящих электронных устройств!) в конце 1940-х гг. Не кто иной, как сам Джон фон Нейман, создатель первых электронных компьютеров, заявил, что ЭНИАК (электронный числовой интегратор и вычислитель) и другие подобные устройства идеально подходят для предсказаний погоды. Время пришло!

Одним из первых моделированием погоды занялся Эдвард Лоренц. В 1938 г. Лоренц получил научную степень по математике, но во время Второй мировой войны занимался прогнозированием погоды для американской армии и после войны решил посвятить себя метеорологии. В начале 1960-х гг. его приняли на работу в департамент метеорологии Массачусетского технологического института. Здесь он занялся изучением физических моделей атмосферы, в том числе с помощью так называемых экспериментов «в сосуде». Эти эксперименты заключались в том, что воду в тазу перемешивали с помощью карандаша. Через какое-то время в воде образовывались водовороты и завихрения – это явление называют турбулентностью*. Как ни странно, эксперименты «в сосуде» действительно объяснили кое-что о турбулентном движении погодных фронтов. Но Лоренц надеялся, что компьютеры позволят получить более сложные результаты.

Все знают, что первые вычислительные машины были невероятно громоздкими и медленными и что объем памяти современных кухонных приборов гораздо больше, чем у компьютеров, помогавших Нилу Армстронгу высадиться на Луну. Но мы редко вспоминаем о том, какими шумными и ненадежными были первые компьютеры. Лоренц работал на машине под названием Royal McBee LGP-30, которая грохотала, как целый завод, и ломалась не реже одного раза в неделю. Ее гигантский металлический корпус занимал почти всю лабораторию, а вакуумные трубки испускали чудовищный жар. Когда McBee работал, местный прогноз погоды всегда был один и тот же: жарко и влажно.

Лоренц хотел использовать McBee для предсказаний погоды во всем мире – примерно так же, как предлагал Ричардсон, но только на основании 12 уравнений вместо семи. Однако, в отличие от Ричардсона, Лоренц планировал использовать не реальные погодные данные, а некие вымышленные условия. В частности, он выдумал маленький мир, в котором по собственной воле мог изменять температуру, давление и скорость ветра. Затем он привел этот виртуальный мир в движение и наблюдал, как в нем изменяется погода. Для вас и для меня результаты этой симуляции были бы загадкой. Мы привыкли смотреть прогноз погоды по телевизору, где показывают карты с красными или синими пятнами и рябью облаков. Результаты Лоренца представляли собой распечатки таблиц с цифрами. Однако в уме он мог превратить эти цифры в дождь или яркое солнце – как музыкант, который видит на бумаге точки и палочки, а слышит симфонию.

Однажды зимним утром 1961 г. Лоренц пересмотрел результаты эксперимента, проделанного некоторое время назад. Он обнаружил что-то интересное и хотел продолжить анализ, чтобы посмотреть, что будет дальше. Однако он не стал повторять всю последовательность действий (опасаясь очередной поломки компьютера), а начал с середины. Он выбрал на распечатке какой-то ряд чисел – ему понравился ряд, начинавшийся с 0,506, – ввел данные и, пока McBee работал, отправился выпить кофе.

Вернувшись через час, Лоренц посмотрел на получавшийся прогноз. Он выглядел неожиданно. Поскольку Лоренц повторял часть уже выполненного эксперимента, он полагал, что поначалу увидит те же самые числа. Однако при сравнении двух последовательностей обнаруживались различия. Поначалу они были незначительными, но с каждый шагом усиливались все больше и больше. И вскоре их уже нельзя было игнорировать. Это походило на один из сумасшедших мартовских дней, когда в полдень жарко и светит солнце, а в два часа дня льет дождь со снегом, – так по-разному выглядели два набора данных.

Лоренц задумался. Одни и те же входные данные, одни и те же уравнения, но разные результаты. Это могло означать только одно: сбой программы. И как ворчливому отцу, который вынужден проверять все лампочки в рождественской гирлянде, чтобы найти одну испорченную, Лоренцу с помощником предстояло провести несколько часов за проверкой всех реле и переключателей компьютера.

Однако, прежде чем погрузиться в это неприятное занятие, Лоренц решил немного поразмышлять. И вскоре кое-что понял. Чтобы уменьшить затраты памяти, старые компьютеры часто сокращали числа. В память McBee загружалось шесть цифр после запятой, но при распечатывании он округлял их до трех. Поэтому, в то время как Лоренц ввел в качестве исходного значения число 0,506, на самом деле в этом месте стояло число 0,506127. Могло ли это объяснить расхождение результатов?

Лоренцу это казалось маловероятным. Расхождение всего-то в 0,02 %. Как такое небольшое различие, ошибка округления, могло повлиять на весь ход эксперимента? Но, проанализировав результаты еще раз, Лоренц начал осознавать справедливость своих подозрений. Выходило, что именно это крохотное различие между входными данными в корне изменило конечный результат.

В традиционном понимании это была бессмыслица. В любой действующей по правилам системе практически идентичные входные данные должны приводить к практически идентичным результатам. Допустим, вы видите, как с дерева падает яблоко и скатывается в грязь. Допустим, вы поднимаете его и очищаете перочинным ножом, срезав при этом 0,02 % яблока. Вы же не ждете, что если вы теперь подбросите яблоко, оно повиснет в воздухе? Это ведь почти то же самое яблоко, и вести себя оно должно таким же образом. Однако в мире Лоренца срезанная последовательность 0,000127 изменила абсолютно все. В каком-то месте при прохождении через 12 уравнений эти 0,02 % раздулись до невероятной величины и полностью изменили прогноз. Взаимодействие между всеми уравнениями приводило к хаосу.

Лоренц был заинтригован, но помнил, что это была всего лишь симуляция, которая не имела ничего общего с реальной погодой. Но чем больше он задумывался о произошедшем сбое, тем более важным он ему казался. Тогда метеорологи были уверены, что следующий компьютер или следующий спутник вот-вот позволят делать точные прогнозы. Но, может быть, эти надежды были безосновательны? И введение все новых и новых уточняющих данных не помогало? Может быть, переменных было слишком много? Может быть, турбулентность и непредсказуемость – неотъемлемые свойства атмосферы?

Поначалу Лоренц отметал эти подозрения, просто посмеиваясь вместе с коллегами, что теперь у них есть оправдание для ошибок в шестичасовых прогнозах погоды. Но на самом деле он был чрезвычайно заинтригован и продолжал мыслить в этом направлении. И пришел к некоторым странным выводам. Вообще говоря, теперь он даже не понимал, имеют ли его занятия вообще хоть какое-то отношение к математике или науке. Он не доказывал теорем, как это делают математики. Он просто анализировал столбцы чисел. Но это не были даже реальные числа, а просто компьютерные симуляции. И поскольку работа была такой неопределенной, ее трудно было представить к публикации. Ему приходилось идти на хитрости, например включать в статьи параграфы о предсказании погоды, тогда как в реальности его заботила математика в основе его расчетов. И даже в таком виде он публиковал статьи в странных местах, например в шведском метеорологическом журнале. Необычный выбор для профессора МИТ.