Знание-сила, 2005 № 03 (933)

Б. Гейтс назвал глобальную систему телекоммуникаций "информационной нервной системой". Без нее сейчас немыслимо существование фондовых рынков. Но у этой системы есть свои болезни. В России это особенно понятно, поскольку в последнее время большинство наших сограждан стали как минимум втрое беднее. Мы живем в посткатастрофическом мире.

Ну и что? Казалось бы, это техническая, в лучшем случае прикладная задача. Но это не так. На Физтехе первокурсникам объясняют, что все проблемы делятся на научные и технические. Технические заведомо имеют решение. Дело только в том, сколько оно стоит, кем и как оно будет получено. А научные проблемы могут как иметь решение, так и не иметь. Так вот будущее нашей технологической цивилизации стало научной проблемой. Мы вступили в далекую закритическую область параметров, где еще никогда не бывали.

Да, человек смертен, но это было бы еще полбеды. Плохо то, что он иногда внезапно смертен, вот в чем фокус!

М.А. Булгаков. "Мастер и Маргарита"

Лет 30 назад Фейнмана спросили: "Если бы завтра все живущие ныне физики погибли и от всех них в будущее можно было бы передать только одну фразу, что бы вы сказали?" Ответ был таков: "Весь мир состоит из атомов и пустоты. Остальное они додумают".

Если бы такой же вопрос сейчас был задан всем ученым, а не только физикам, вероятно, фраза оказалась бы иной: "Научитесь управлять рисками". Управление рисками—одна из важнейших технологий нашей цивилизации. Это магистральный путь прогресса — менять одни угрозы и опасности на другие. Например, опасность голодать и мерзнуть — на риск пожинать плоды заражения воды, земли, воздуха, связанные с работой тепловых или атомных станций. Возможность знать и видеть происходящее за тысячи километров, о чем не раз мечтали в сказках, оказалась связана с жизнью посреди информационного шума, среди рекламно-информационной свалки, океана лжи, слухов, домыслов.

Не надо думать, что здесь можно только плыть по течению, что "иного не дано", как еще недавно твердили нам политики. Иное дано. Швеция приняла решение отказаться от атомной энергетики как от слишком опасной технологии. В то же время во Франции, где более 70% электроэнергии производится на АЭС, многие рассматривают форсированное развитие этой отрасли как важнейший способ сохранения окружающей среды. Ставки в этой игре весьма высоки, и свобода маневра достаточно велика.

Глубокая связь между идеями нелинейной динамики и управлением рисками стала ясна недавно. Осознать ее помогла парадоксальная статистика аварий. Вспомним "Титаник", "Челленджер", Чернобыль, Тримайл, Бхопал... Каждая из этих крупнейших катастроф XX века связана с длинной цепью причинно-следственных связей с "неблагоприятным стечением многих маловероятных случайных обстоятельств", как часто пишут в актах государственных комиссий. И в самом деле, вздумай злоумышленник специально сделать что-то подобное, ему пришлось бы трудно. При знакомстве с бедствиями не оставляет чувство, что нам просто очень не везет.

Что же является математическим образом этого "невезения"? Выше уже звучало слово "случайность". "Король математиков", как его называли современники, К. [аусс установил, что сумма независимых, одинаково распределенных случайных величин подчиняется вполне определенному закону (рис. 2). Видно, что кривая быстро спадает, большие отклонения в соответствии с этим законом очень редки. Настолько, что ими можно пренебречь.

Простой пример: по этому закону распределен рост людей. Не знаю, как читателю, а мне трехметровых гигантов встречать не приходилось. Поэтому вероятностью такой встречи я с легким сердцем пренебрегаю.

Но есть и другой класс законов, которые называют степенными (пунктирная кривая на том же рисунке). Здесь "хвост" убывает гораздо медленнее, поэтому такие законы часто называют "распределениями с тяжелыми хвостами", и большими отклонениями тут пренебречь нельзя. Если бы по такому закону был распределен рост, то это был бы уже мир восточных сказок с 30-метровыми джиннами, ифритами, дэвами, которые вполне могли встретиться в жизни простых смертных.

Рис. 2

Классическим, привычным является гауссово распределение

Именно в мире восточных сказок мы обычно и оказываемся, сталкиваясь с бедствиями, катастрофами, авариями. Такова статистика землетрясений, наводнений, ураганов, инцидентов с хранением ядерного оружия, биржевых крахов, ущерба от утечки конфиденциальной информации, многих других невзгод. И защищаться от них нужно совсем иначе, чем от обычных "гауссовых аварий". При "степенных бедствиях" надо рассчитывать на худшее. Думая о землетрясениях, нужно не надеяться на авось, а вести сейсмостойкое строительство.

Чтобы представить масштаб редких катастрофических событий, достаточно напомнить несколько эпизодов из истории XX века. При наводнении 1931 года на реке Янцзы в Китае погибли 1,3 миллиона человек, при Тянь-Шаньском землетрясении в 1976 году — около 650 тысяч, при наводнении в Бангладеш в 1970 — более 500 тысяч, а без крова остались 28 миллионов человек.

Откуда же берутся степенные законы и грозный мир восточных сказок? Американские исследователи П. Бак, Ц. Танг и К. Вайзенфельд в 1978 году высказали простую гипотезу: случайные воздействия на взаимодействующие динамические системы могут привести к лавине, то есть позволить одним костяшкам домино повалить другие.

Опасность в том, что динамические закономерности осложняются привносимой извне случайностью. Как сейчас говорят, эти явления происходят "на кромке хаоса". Это и стало основой теории самоорганизованной критичности — новой звезды нелинейной динамики. Среди ее приложений — описание поведения фондовых рынков, биологической эволюции, землетрясений, движения по автобанам, трафика сообщений через компьютерные сети и многое другое.

Теория управления рисками поставила перед специалистами по хаосу, компьютерному моделированию, работе с большими массивами данных еще одну интересную задачу. Условно ее можно назвать анализом длинных причинно-следственных связей.

Все помнят историю с фреонами. Отказаться от них решили в Монреале в 1992 году. И обойтись это должно более чем в 12 миллиардов американских долларов. За незнание длинных причинно-следственных связей приходится платить очень дорого.

А есть и другие, гораздо более опасные связи. Мы оперируем сейчас такими временными и пространственными масштабами, с которыми никогда не имели дела раньше. Нужна техника, более того — даже индустрия компьютерного анализа, на выходе которого должно быть предупреждение о будущих угрозах. Чтобы дальше царствовать спокойно, нужен золотой петушок.