Безумные идеи. Как не упустить кажущиеся бредовыми идеи, способные выигрывать войны, искоренять болезни и менять целые отрасли

При приближении часа пик плотность автомобилей на дороге нарастает до некого критического порогового значения. Если на каком-то участке дороги этот порог превышен хотя бы на несколько машин (например, вследствие скопления их за медленно движущимся грузовиком), создается предпосылка для образования пробки.

Заторы, возникающие, казалось бы, без всяких видимых причин, называются фантомными. Их образование подтверждается не только тщательными наблюдениями за дорожной обстановкой, но и экспериментально. В 2013 году японские исследователи запустили на бейсбольный стадион в Нагое группу автомобилей, выстроив их друг за другом по кругу. Как и предполагалось, когда количество машин превысило критический порог, сразу же стали возникать спонтанные задержки движения.

Эксперимент, проведенный на стадионе в Нагое с целью изучения фазовых переходов в транспортных потоках

За последние два десятилетия исследователи добавили много вариаций в базовую модель дорожного движения, представленную еще в 1990-е годы. Ими были изучены такие факторы, как большее и меньшее количество агрессивных водителей, скорость реакции, доля грузовиков и легковых автомобилей в общем количестве машин и т. п. Во всех случаях наблюдались все те же фазовые переходы. Когда плотность движения превышала критическое пороговое значение, система резко переключалась с беспрепятственного транспортного потока на образование заторов.

Фазовые переходы случаются повсюду.

* * *

Чтобы понять, как фазовые переходы способны помочь нам в более эффективном вызревании безумных идей, необходимо знать всего две вещи:

В основе любого фазового перехода лежит противоборство двух соперничающих сил.

Непосредственной причиной, вызывающей фазовый переход, является постепенное накопление неких свойственных системе качеств (например, плотности или температуры), в результате чего нарушается баланс обеих сил.

Вот, собственно, и все.

Чтобы проиллюстрировать оба положения, давайте на некоторое время отвлечемся от дорожного движения, для которого характерны различные осложняющие факторы, и обратимся к более простым вещам, в частности к женитьбе.

Джейн Остин как физик

Холостяк, если он обладает солидным состоянием, должен настоятельно нуждаться в жене – такова общепризнанная истина.

Джейн Остин. Гордость и предубеждение

Мисс Остин исходит из того, что поведение холостяка определяют две противоборствующие силы. Молодые люди, еще не накопившие состояние, ведут активный образ жизни и путешествуют в поисках славы, богатства и признания. Обозначим эту силу как «энтропия».

Холостяки в годах, обладающие значительным богатством, испытывают тягу к оседлой жизни рука об руку с партнершей. Им нужны семья, стабильность и кабельное телевидение. Назовем это «упорядочивающей энергией».

Физик Ричард Фейнман как-то сказал: «Учитесь, пытаясь понять простые вещи через какие-то иные аналогии, и делайте это всегда прямо и честно». Его ученик Ленни Сасскинд, который был моим научным руководителем в годы учебы, с большой серьезностью относился к этой рекомендации. Однажды, объясняя мне сложную тему из области топологии поверхностей, Ленни сказал: «Представь себе слона. А теперь сдвинь всю кожу с его туловища в сторону задницы. Это и даст тебе искомую поверхность».

Продолжим в том же духе: представьте себе очень большой поддон для яиц. Точнее говоря, квадратный поддон, содержащий 20×20 ячеек, то есть рассчитанный на 400 яиц. Давайте поместим его в стеклянную коробку, позволяющую заглядывать внутрь и наблюдать, что происходит в ячейках. Ввиду того что с поддоном будут производиться всевозможные манипуляции, мы не будем заполнять ячейки яйцами, так как в этом случае разведем слишком много грязи. Вместо этого поместим в них маленькие шарики, которые будут символизировать мужчин Джейн Остин. Эти шарики спокойно лежат на дне углублений. Они счастливо женаты и воспитывают детей.

А теперь слегка потрясем поддон. Шарики подскакивают внутри своих углублений, но не выпадают из них. Увеличим интенсивность тряски. Шарики начинают подпрыгивать все выше и выше, и в какой-то момент высота подскока превышает глубину ячейки. Тут начинается полный хаос. Шарики покидают свои ячейки и перескакивают в соседние. Они сталкиваются с другими шариками и разлетаются в разные стороны. Вместо того чтобы спокойно оставаться на своих местах, они скачут по всему поддону в самых произвольных направлениях.

Перед вами картина холостяцкого бара на Манхэттене.

Если говорить на языке физики, мы вызвали переход шариков из «твердой» фазы в «жидкую».