Теорию самоорганизации, которую иногда называют теорией сложности, создали во многом те же люди, которые работали над теорией хаоса. Теория самоорганизации объясняет фундаментальные вопросы: откуда берется порядок? как идея порядка соотносится со вторым законом термодинамики, который утверждает, что все стремится к еще большему беспорядку? Теория сложности в некотором смысле является продолжением хода мыслей, породивших теорию хаоса; о ней иногда говорят, что она существует «на границе хаоса». (Кроме того, звучали возражения против соединения двух теорий — сложности и хаоса, — а также против использования слова сложность.) У этих теорий одинаковый постулат, формулируемый следующим образом: «Изменения, дезорганизация и серьезные последствия как результат тривиальных на первый взгляд событий. Эти изменения объясняются существованием где-то глубоко-глубоко определенного закона». Теория сложности — смелая попытка объяснить сразу все, и в определенных вопросах ей это удалось лучше, чем теории относительности Эйнштейна или квантовой механике Нильса Бора.
Альпинисты на пике Маунт-Худ испытали на себе страшные последствия вынутого изо льда ледоруба страховки. Подобные чрезвычайные происшествия — часть способности природного механизма создавать самоорганизующиеся системы в пограничных областях, то есть опасных зонах. Альпинисты не понимали, что стали частью системы, вышедшей на критический уровень — на котором, по всей вероятности, она находилась всегда, — и что в подобной ситуации малейший дисбаланс может вывести ее из равновесия.
Датский физик Пер Бак в 1980-х годах провел эксперимент, который на визуальном уровне убедительно продемонстрировал — хотя конкретно этой цели ученый перед собой не ставил, — как в природных условиях происходят несчастные случаи. Бак хотел показать, как функционируют самоорганизующиеся системы. Он взял кучу песка (или создал компьютерную модель этой кучи) и механизм наподобие песочных часов, сыплющий сверху песок. Куча песка росла и при достижении определенной высоты разваливалась. Она не становилась ни выше, ни ниже. Куча продолжала равномерно расти и периодически разваливаться. Митчелл Уолдроп замечает в книге «Сложность»: «Куча песка является самоорганизующейся. Она сама достигает стабильной формы без посторонней помощи». Никто не программировал, что куча песка начнет разваливаться. Такая характеристика — это особенность простой системы. Куча песка находилась в состоянии, которое некоторые ученые называют «критическим», хотя по поводу использования этого термина есть много спорных вопросов. Уолдроп пишет: «Критическое состояние кучи песка напоминает критическую массу плутония, в котором вещество хотя и находится на грани начала цепной реакции, но сама реакция все-таки не начинается». Песок падает и время от времени сползает. Периодически возникает большая лавина, от которой разрушается вся куча, но может подолгу ничего и не происходить.
В самой природе диоксида кремния нет ничего, что могло бы определить поведение кучи песка. Можно до бесконечности применять законы физики и исследовать химический состав песчинки, но так никогда и не найти ответ на вопрос, почему куча песка разваливается. Тем не менее этот эффект кучи — прекрасный пример того, что происходит во всей природе. Кроме прочего он объясняет, почему Перроу считает катастрофы обычной характеристикой определенных систем. Названные им тесно связанные и сложные системы являются также системами самоорганизующимися. Несчастные случаи — это, если угодно, коллапсы в технологических кучах песка, коими являются ядерные реакторы и авиалайнеры. Подобные системы пребывают в состоянии потенциального и перманентного сбоя того или иного оборудования. Большинство коллапсов микроскопические, такие как сломанный выключатель, перегоревшая лампа, треснувшая резиновая прокладка или сбой системы, который, по нашему мнению, скоро пройдет. Однако эти мелочи, точно так же как и периодические незначительные колебания земной коры в зоне повышенной сейсмической активности, напоминают о большом коллапсе, который рано или поздно произойдет.
Мелкие коллапсы происходят в куче песка постоянно. Крупные коллапсы происходят редко. Коллапсы любых масштабов происходят с неизбежностью, которую можно описать как математически универсальное отношение к степени размера. (А случае с землетрясениями эта степень составляет 3: 2. Интересно, что такое же соотношение используется для вычисления времени, необходимого, чтобы планета сделала полный оборот вокруг солнца: квадратный корень длины орбиты в кубе.) Мелкие автомобильные аварии случаются часто, автокатастрофы с участием шестидесяти машин — редко. Убийства случаются часто, серийные убийства — реже. Альпинисты падают часто, но случаи, когда девять человек падают в расщелину и трое из них погибают, встречаются гораздо реже. Подобная так называемая степенная зависимость присутствует во всей природе. Перроу писал о том же, только другими словами: крупные катастрофы представляют собой явление редкое, но вполне обычное. Поэтому даже не надо пытаться их предотвращать.
Парадокс кучи и теория нормальных катастроф убеждают нас в том, что трагедии, происходящие с космическими шаттлами, во время которых погибают все космонавты, неизбежны, но происходят они с большим временным разрывом. Гибель шаттла «Колумбия» случилась через семнадцать лет, почти день в день после взрыва шаттла «Челленджер». Подобные трагедии — неотъемлемая часть системы. НАСА проведет расследование и объяснит причины аварии, но знание причин не предотвратит следующую. Более того, модернизация мер безопасности, скорее всего, и приведет к новой катастрофе.
Большинство инженеров, с которыми я разговаривал по поводу гибели «Колумбии», высказали предположение, что причиной катастрофы стали панели на днище шаттла, которые должны были поглотить тепловую энергию во время входа в атмосферу и посадки. Дэн Канин из компании Lockheed написал мне по этому поводу большое письмо:
Для создания функциональной системы защиты от перегрева были использованы все средства современной науки и приняты все возможные предосторожности. Об этом риске знали все. Панели мягкие, и каждый космонавт знает, что если некоторые окажутся поврежденными, то шаттл сгорит. Однако шансы, что ничего не будет повреждено, высокие и, учитывая все преимущества, которые дает профессия космонавта, они готовы идти на риск. Более того, космонавты БЬЮТСЯ за то, чтобы им дали шанс полететь в космос — вероятно, так поступили бы многие из нас. Любопытно, как НАСА объяснит все это общественности, которая ожидает, что все риски должны быть максимально приближены к нулю. Посмотрим, как НАСА это сделает и объяснит, что быть смелым не означает сесть за штурвал космического корабля, инженерная конструкция которого сводит риск на нет. Да, случается разное дерьмо, но если мы ограничим себя сферой деятельности, в которой дерьмо гарантированно НЕ происходит, то мы не сможем сделать ничего интересного.
Трагедия вроде той, что случилась на пике Маунт-Худ, была запрограммирована, но никто не мог знать, где, когда, какие альпинисты упадут и с какими последствиями. Точно так же как и в случае с кучей песка, вся система подчинялась законам гравитации, сопротивления и поведения разных материалов, которые нам хорошо известны. Точно так же как песочная куча, связка альпинистов находилась в критическом состоянии на грани хаоса. Точки контакта каждого альпиниста с поверхностью горы имели очень ограниченную площадь (кошки, острие ледоруба): висящих друг над другом на одной веревке людей можно сравнить с лежащими друг на друге песчинками в куче песка, готовыми упасть от самого легкого прикосновения. Каждый шаг предоставлял новую возможность поскользнуться, что могло закончиться коллапсом какого угодно масштаба. Альпинисты скользили, но всего на несколько сантиметров, после чего снова твердо становились на ноги. Ежегодно на Маунт-Худ поднимается десять тысяч человек, а смертельные исходы происходят приблизительно раз в год. Закон степенной зависимости гласит: чем крупнее трагедия, тем реже она происходит.
Мне показалось интересным, как Перроу описывает подобные катастрофы. То, что он писал об атомных электростанциях, можно легко применить к событиям на пике Маунт-Худ:
…Процессы происходят необыкновенно быстро, и их невозможно остановить… Восстановление изначального статус-кво не представляется возможным, последствия сбоя некоторое время распространяются быстро и непоправимо… Все происходящее характеризует то, что изменения не были сознательно заложены в систему.
Перроу описывает самоорганизующееся поведение, примеры которого мы наблюдаем в природе. Некоторые сторонники теории сложности, как, например, британский физик Стивен Вольфрам, считают его возможной причиной появления жизни на Земле.
