Хаос. Создание новой науки

Мерцание сердца не прекратится само по себе. Этот тип хаоса устойчив. Лишь электрический разряд дефибриллятора – толчок, который любой занимающийся динамикой ученый посчитает возмущением значительной степени, – может вернуть сердце к стабильному состоянию. В целом дефибрилляторы действуют довольно эффективно, хотя их создатели, подобно конструкторам искусственных сердечных клапанов, долго блуждали в потемках. «Сила и форма разряда были установлены чисто эмпирическим путем, – вспоминал Артур Уинфри, биолог-теоретик. – На этот счет просто не существовало никакой теории. Сейчас кажется, что некоторые предположения все же были не совсем верны. Конструкция дефибриллятора может быть коренным образом изменена, что многократно увеличит его эффективность, а следовательно, и шансы на успех»[368]. Точно так же, путем проб и ошибок, был получен целый ряд лекарственных препаратов для лечения расстройств сердечной деятельности – «черная магия», как выразился Уинфри. Предугадывать эффект прописанного лекарства, не имея хорошего теоретического понимания динамики сердца, – весьма неблагодарное занятие. «В течение последних двадцати лет ученые проделали невероятную работу, прояснив многие тонкости физиологии клеточных мембран, хрупкую, точную и невероятно сложную механику разных частей сердца. В итоге ясность внесена в существенную часть процессов. Однако кое-что упущено: мы проглядели глобальную перспективу, общий механизм действия».

В семье Уинфри колледж не посещал никто. Как признавался сам исследователь, он начинал, не имея надлежащего образования. Его отец, поднявшись по карьерной лестнице в страховом бизнесе с самых нижних позиций до вице-президента компании, почти ежегодно переезжал с семьей то на север, то на юг восточного побережья. Артуру пришлось сменить более дюжины учебных заведений, прежде чем он закончил среднюю школу. В нем зрело убеждение, что все интересное в мире связано с биологией и математикой и что ни одно из стандартных сочетаний этих двух предметов не отдает должного тому, что действительно интересно. Поэтому Уинфри решил не идти проторенным путем. Пять лет он постигал инженерную физику в Корнеллском университете, занимаясь прикладной математикой и изучая все практические методы лабораторных исследований. Готовясь к работе в военно-промышленном комплексе, Уинфри получил ученую степень в области биологии. Он пытался по-новому сочетать эксперименты с теорией. Начал свою деятельность молодой ученый в Университете Джонса Хопкинса, вскоре оставив его из-за разногласий на факультете, после этого продолжил работу в Принстоне, откуда ушел по той же причине, и наконец обосновался в Чикагском университете, откуда уже дистанционно получил ученую степень в Принстоне.

Уинфри принадлежал к редкому типу мыслителей-биологов, которые привносят в свои исследования физиологии четкое ощущение геометрических форм[369]. В начале 1970-х годов он начал изучать биодинамику, заинтересовавшись биологическими часами – суточными ритмами. Традиционно в этой области преобладал подход ученых-натуралистов: вот такой ритм встречается у тех-то животных, а вот этот – у тех-то. С точки же зрения Уинфри, проблему суточных ритмов следовало изучать, придерживаясь математического стиля мышления. «Размышляя о нелинейной динамике, я понял, что эту проблему можно и нужно рассматривать на качественном уровне в терминах именно этой науки. Никто не имеет представления о том, каков механизм биологических часов. Таким образом, у нас есть две альтернативы: можно подождать, пока биохимики его выяснят, а затем попытаться вывести определенный тип поведения из уже известного устройства, а можно призвать на помощь теорию сложных систем и нелинейную и топологическую динамику. Я выбрал последнее»[370].

Однажды ученый поставил в своей лаборатории множество контейнеров с комарами. Каждый турист знает, что эти насекомые роятся в прохладном воздухе сумерек. В лаборатории, где днем и ночью температура и освещенность оставались неизменными, суточный цикл комаров сократился с 24 до 23 часов. Каждые 23 часа они начинали жужжать особенно интенсивно.

В природе ориентироваться во времени насекомым помогает вспышка света, что ежедневно на них воздействует, она как бы запускает их внутренние часы.

Меняя уровень освещенности в помещении с комарами, Уинфри добивался сокращения или удлинения их суточного цикла. Ученый сопоставлял эффект с продолжительностью световой вспышки. Затем вместо выяснения биохимической подоплеки процессов он предпринял топологическое исследование, сконцентрировав внимание на качественной, а не количественной стороне полученных данных. Ученый пришел к неожиданному выводу: в геометрии присутствовала некая особенность, точка, отличная от всех других. Изучая ее, Уинфри предположил, что строго определенная по продолжительности вспышка света сбивает ход биологических часов насекомых и любых других живых существ.