Что любит и чего не любит природа?

"Природа боится пустоты", - говорили древние. Потом оказалось, что это не так, вернее, не совсем так: например, трубка над столбиком ртути в барометре остается пустой. Но в общем вещество и энергия действительно как бы стремятся рассасываться, переходить из насыщенных ими областей пространства в "пустые" (если этому не мешают какие-то другие силы). Тонкая мембрана между насыщенным раствором соли и пресной водой испытывает сильнейшее давление со стороны раствора: осмотическое давление... Но осмотическое давление можно уравновесить противоположно направленной силой. И вот главные процессы жизненного обмена основаны на явлении "обратного осмоса". Живое борется с косными уравнительными законами природы и концентрирует в себе только нужные вещества.

Сразу после сильного землетрясения рой вторичных толчков, как облако после взрыва, окутывает точку эпицентра. Но идет время, и волна вторичных толчков идет от центра в "пустые" области сейсмического пространства, искривляясь на разломах и других неоднородностях. При этом процесс в целом затихает. Сгусток энергии рассасывается почти полностью.

Во всем этом и во многом другом чувствуется что-то общее в основе. И когда заколебался принцип "природа боится пустоты" как не отражающий самой сути явления, на смену ему пришел принцип "наименьшего действия".

Рождение этого принципа знаменовалось растроганными охами и ахами по поводу "мудрости" и "рачительности" провидения, осуществляющего во всем сущем режим строжайшей экономии. Например, в Пруссии, где этот принцип впервые получил огласку и поддержку, он явно находился в гармонии с идеалом уютного бюргерства.

Мопертюи, огласивший этот принцип в ближайшем окружении Фридриха II, был столь жестоко осмеян Вольтером, что разразился скандал, привлекший внимание всей культурной Европы. Мопертюи потребовал: или я, или он. И просвещенный монарх, любивший посмеяться шуткам Вольтера, сделал выбор в полном согласии с принципом наименьшего действия. Вольтера очень вежливо и с почестями выпроводили.

Принцип наименьшего действия без телеологических восторгов был сформулирован в 1743 году Леонардом Эйлером. В согласии с ним тела, если на них не действует посторонняя сила, дойдут "до цели" наикратчайшим путем, а если действует, "выберут" свой путь так, что ахают математики: им рассчитать столь точно самый "выгодный путь" в усложненных условиях часто оказывается не по силам. Принцип наименьшего действия предопределяет и "цель", к которой стремится тело. В каждой данной системе оно стремится занять место с минимальнейшим из возможных уровнем потенциальной энергии.

В системе, изучаемой физической географией, геоморфологией, этот минимум соответствует положению самого низкого центра тяжести. И вот каждая низина на Земле непрерывно заполняется, а каждый хребет - разрушается, и так было бы до тех пор (если бы эта "геоморфологическая" система не находилась сама в рамках более широкой "тектонической" системы), пока вея поверхность не выровнялась бы. Надо сказать, полное равновесие этой системы (круглая Земля, покрытая ровной трехкилометровой толщей океана) достижимо в какие-нибудь миллионы лет (доли процента от всей жизни-планеты).

В "геоморфологической" системе в целом торжествует "уравниловка", необратимое рассеяние вещества. Что же мешает этой системе успокоиться навечно?

Мы уже говорили об этом: мешает то, что в каменной пучине нашей планеты действует иная, "тектоническая" система, где уровня с наименьшей потенциальной энергией ищут две противоборствующие силы. Тепло земных недр стремится из раскаленных глубинных слоев наружу, наверх. Сила же тяжести увлекает вещество вниз. Пока продолжается эта борьба, планета будет "жить". Одно равновесие будет нарушать другое. И в циклах все новых повторений, как отдаленный результат процесса, растут под гул землетрясений горы, выделяются континенты из океанического однообразия, создаются скопления почти чистых веществ - руд и месторождений полезных ископаемых, развивается биосфера. Накопление информации и структуры возможно там, где наинизшего для себя уровня потенциальной энергии ищет не одна, а две системы или больше.

Но убирает ли такое рассуждение оттенок загадочности в том, что развитие целого ряда систем вокруг нас (а одна из них - все живое) идет как будто целенаправленно?

"Если даже природа и обладает чем-то подобным цели, находящей свое выражение в принципе наименьшего действия, то, во всяком случае, это не может идти ни в какое сравнение с целью предпринимателя. Представление о том, что в законах природы выражена цель или стремление к экономии, есть антропоморфная нелепость, пережиток той эпохи, когда в естествознании господствовало метафизическое мышление". Так писал Макс Борн.

И когда мы говорим о целенаправленном развитии, скажем, железорудных месторождении в докембрийскую эпоху или о таком развитии приматов, которое как будто имело поставленную цель, мы подразумеваем: такое развитие было оптимальным выходом системы из сложных положений, в каких она оказывалась на пересечении многих процессов, каждый из которых стремился к своему состоянию равновесия.

Прибегая опять-таки к антропоморфным неточностям, можно сказать, что "система высшего ранга" в ситуации, сложившейся в какую-то эпоху, нашла энергетически самый оптимальный путь для примирения противоположных стремлений к равновесию. И в результате появились железорудные месторождения или человек, великий нарушитель всех равновесий.

Нетрудно быть пророком и предсказать: если человек научится сам находиться в состоянии равновесия с естественной природой и созданной им "природой вещей", он может действительно стать хозяином бытия, природой, себя познавшей. Но отсюда не следует, что в том состояла цель природы, чтобы создать человека и через него осознать себя (а так иногда в понятном восторге перед мощью разума пытаются рассуждать). Сказать так будет такой же ошибкой, как, наблюдая сложный и красивый кристалл, подумать: он был целью процесса, а не результатом оптимального сочетания и длительной устойчивости двух процессов: выпадения из раствора молекул вещества на грани нерастворимости и последующего взаимодействия этих молекул. Эволюция живого и появление человека - явления закономерные, но философского успокоения в самом этом факте нет. То, что результат оказался столь блестящим, - факт все же удивительный. Возможно, во Вселенной, имеющей в целом определенный возраст, мы одни из первых такие умные, а потому нам с еще большим уважением нужно относиться к миллиардам лет эволюции, трудившейся над нашим созданием.

Возвращаясь к проблеме прогноза, мы можем теперь сформулировать главное. Конечно, сильное землетрясение не есть "цель" какого бы то ни было процесса, но оно и не следствие всей свиты предшествующих ему прогностических предвестников.

Сильное землетрясение есть просто эпизод (причем не главный) в некоем едином, цельном, хотя и сложном явлении, имеющем протяженность как в пространстве, так и во времени. По данным выдающегося деятеля сейсмологии В. И. Кейлис-Борока, самые сильные землетрясения с магнитудой М = 8,5 - проявления каких-то планетарных процессов, они готовятся на пространстве в десяток миллионов квадратных километров, и начало готовящегося процесса улавливается порой за 15 лет до катастрофы! Оказывается, почти всегда перед сильным толчком в сейсмическом регионе "проигрывается" репетиция будущей трагедии. В течение какого-то года (какого именно, зависит от силы будущего толчка: чем сильнее, тем более заблаговременно) в регионе через землетрясения более низких энергий (на один - три порядка ниже главного толчка) выделяется примерно столько же сейсмической энергии, сколько освободится потом в главном толчке. Потом резкий спад, затишье, которое позволяет уже сделать более точный прогноз. И после затишья удар!

Рис. 11. 'Выход' сейсмической энергии в районах сильнейших землетрясений (по В. И. Кейлис-Бороку): а - перед Хаитским землетрясением 10 июля 1949 года и после него. Область подготовки землетрясения - весь Памир, Гиндукуш, Тянь-Шань; б - перед землетрясением в Эгейском море 26 июня 1926 года и после него. Область подготовки землетрясения - Восточное Средиземноморье; в - перед Ассамским землетрясением 15 августа 1950 года. Область подготовки - Гималаи. Стрелка с цифрой - момент землетрясения с магниту-дой главного толчка. Во всех трех случаях перед сильнейшими землетрясениями предупреждение (за 5-15 лет) в виде волны повышенного выхода энергии через землетрясения, на три порядка менее сильные, чем прогнозируемый толчок. Во всех трех случаях после такого всплеска следует быстрое падение, затишье, непосредственно предваряющее толчок

Такая волнообразная структура процесса пробуждает надежды на возможность заблаговременного (за годы!) предсказания сильного землетрясения. И это не будет ни мистическим пророчеством, ни механистической, детерминистской, вопреки принципу неопределенности, дерзкой вылазкой на другой конец цепочки причин-следствий. Просто процесс, с которым мы имеем дело, столь велик и медлен по сравнению с нашими мерками, что у нас есть время распознать его начало. Землетрясение как процесс начинается за годы до катастрофы!

Но долгосрочный прогноз - это всегда оценка вероятности близящейся катастрофы. Дальше нужен краткосрочный прогноз. И он-то должен быть абсолютным, жесткодетерминированным прогнозом.

Краткосрочный абсолютный прогноз не миф... Это достойная цель. Все ближе к этому идеалу прогноз цунами - огромных волн в океане, порождаемых землетрясениями на морском дне. В принципе возможен стопроцентной точности краткосрочный (за десятки минут, часы) прогноз цунами. Казалось бы, абсолютная точность предвидения исключена эффектом неопределенности, вносящим свои поправки в причинно-следственную цепочку событий. Но тут особый случай. Когда вы видите вырвавшееся из дула пушки плотное облако, вы со стопроцентной вероятностью успеете предсказать, что скоро ваши барабанные перепонки подвергнутся неприятному испытанию. Современная физика связывает принцип причинности со скоростью передачи сигнала. Здесь же два сигнала, идущие с разной скоростью.

Такая же лазейка из тисков между причинностью и неопределенностью есть и в случае с цунами. Скорость распространения этих волн 800 километров в час. Скорость сейсмических волн от землетрясений (первопричины цунами) в десятки раз

больше. Можно к тому же установить в океане систему заякоренных приборов, которая точно отметит время прохода, направление и энергию волны. А радио (скорость радиосигнала в десятки тысяч раз выше скорости сейсмической волны и в сотни тысяч раз выше скорости волны цунами) заблаговременно принесет весть о неминуемой катастрофе на берега, отмеченные судьбой на этот раз.

Подобная снисходительность природы может простираться и на процесс зарождения, подготовки и реализации сейсмической катастрофы, если изучить фазы процесса и считать их моментами прихода сигналов разной степени оперативности, из которых сам толчок -один из последних и, может быть, не главный сигнал о землетрясении как о большом геотектоническом процессе,.

Принцип же наименьшего действия послужит нам гарантией, что природа не обманет и не будет изощряться в "придумывании" другой, неведомой нам последовательности событий и пойдет прежним, удобнейшим для этой системы путем.