Эндрю Смарт - О пользе лени. Инструкция по продуктивному ничегонеделанию

Возможно, тем утром на тропе возле замка порывы ветра усилили слабый сигнал, отдаленную мысль Рильке: «Кто бы мой крик одинокий услышал?»

Рильке записал эту строчку в блокнот, который всегда носил при себе, и вернулся в комнату. К вечеру первая элегия была готова. Он работал яростно, стремясь запечатлеть весь поток слов, наполнявший теперь его сознание; словно у него в голове прорвало плотину.

Мы почти всегда считаем, что шум вреден. Что он мешает. Досаждает. Его избыток может привести к глухоте. Инженеры-электрики стремятся избавиться от шума в проектируемых системах, начиная с изобретения телефона и компьютера. Изготовители реактивных двигателей сегодня вынуждены подчиняться строгим предписаниям о допустимом уровне шума возле аэропортов. Современные гражданские самолеты примерно вполовину тише тех, что были разработаны всего двадцать лет назад.

Нейт Сильвер в замечательной книге «Сигнал и шум» (The Signal and the Noise) пишет: «Сигнал — это истина. Шум — то, что отвлекает нас от истины». И хотя определения, данные Сильвером, отражают наши обыденные представления, в действительности очень часто уместный уровень шума усиливает сигнал.

Учитывая постоянное присутствие шума в мозге и во внешнем мире, неудивительно, что эволюция наделила биологические системы способностью использовать шум для нахождения сигнала. По сути, без элемента случайности мозг не мог бы функционировать.

Человеческий мозг хорош тем, что в процессе эволюции он научился распознавать сигналы и подлинную информацию без особых усилий с нашей стороны. Да и вообще, он лучше определяет истину, когда мы бездействуем.

За последние 30 лет стохастический резонанс (СР) стал важной областью исследований. И вот оно, откровение: в нелинейных системах добавление оптимального уровня шума увеличивает долю сигнала в пропорции сигнал-шум. Иными словами, подавая шум вместе со слабым сигналом, мы усиливаем сигнал.

Итальянский физик из Международного института климатологии НАТО Роберто Бенци ввел понятие СР в начале 80-х годов прошлого века, чтобы объяснить повторяющиеся каждые 100 000 лет ледниковые периоды Земли. Этот интервал также соответствует циклу эксцентриситета земной орбиты. Идея очень проста: есть два «энергетических колодца», или двойной колодец, который представляет собой два состояния климата: холодный и теплый, между которыми колеблется планета.

Когда Земля находится на одной стороне колодца, средние климатические температуры значительно выше, когда на другой — значительно ниже. Бенци предположил, что определенное сочетание случайных, или «стохастических», колебаний на орбите в добавление к ее эксцентриситету формирует климатический цикл. Иными словами, все дело в шуме. Поэтому Бенци назвал совмещение эксцентриситета и шума «стохастическим резонансом» [44] Резонанс (лат. «дающий отзвук») — усиление колебаний в системе под влиянием внешнего воздействия, часто при условии совпадения частоты колебаний внешней силы с частотой собственных колебаний системы. Стохастический (от греч. «догадка») — вероятностный, случайный. То есть буквально СР — это «нечаянный отзвук». — Прим. пер. . Для Земли источником шума являются случайные колебания эксцентриситета орбиты, которые отклоняют состояния климата в ту или иную сторону.

Взгляните на эти диаграммы.

Представьте, что черный шарик на рисунках обозначает состояние климата в заданный момент времени.

Волнистая линия, на которой покоится шарик, — орбита Земли. Когда климат попадает в один из колодцев (+1 или –1), у нас либо потепление, либо ледниковый период. Когда время t = 0, как на левом верхнем графике, вероятность того, что климат совершит скачок в свою противоположность, крайне низка.

Представьте теперь, что мы оживляем эти рисунки и волнистая линия движется вверх-вниз, а также начинает случайно колебаться. Что позволит шарику перекатиться из одного провала в другой? Это случится, когда шум совпадет в колебаниях с орбитой: возникнет отзвук — резонанс, и шарик перепрыгнет порог.

Самый знаменитый пример СР в зоологии относится к 90-м годам XX века, когда группа исследователей под руководством Фрэнка Мосса из Университета Миссури в Сент-Луисе доказала, что веслоносые рыбы определяют местонахождение добычи в грязной речной воде по электрическому шуму. Веслоносы живут в североамериканских реках и кормятся мельчайшими организмами — планктоном. Вода там бурная и мутная, а потому и видимость почти нулевая. Так вот, «весло» веслоносов, по сути, — электрочувствительная антенна, которая улавливает низкочастотные электрические поля, исходящие от планктона.