Тайна земных катастроф

"Пророческий" сон

...Людмиле Вермишевой, молодому физику, предложили поехать на далекий незнакомый Памир, в знаменитую экспедицию, изучающую землетрясения. Накануне отъезда Люсе приснился сон...

Людмила — в незнакомой ей пустынной стране с дикими скалами и быстрыми шумливыми реками. Внезапно она слышит рокот мотора и видит вертолет, который опускается недалеко от нее. Из машины выходит высокий седоватый человек. Он направляется прямо к Люсе, здоровается, спрашивает о работе, о планах. Услышав слово "Гарм" (вблизи этого таджикского города будет работать Люся), он кивает головой:

— Знаю. Это там, где 10 сентября будет землетрясение.

— Землетрясение?!

— Да... Впрочем, вы об этом еще узнаете. — Человек как будто смущен, похоже, он проговорился о том, чего говорить был не должен. Пробормотав слова прощания, он направляется к вертолету.

Люся приехала в Гарм и шутки ради рассказала о своем "пророческом" сне новым сослуживцам. Сейсмологи посмеялись, но, странное дело, когда наступило 10 сентября, все, кто слышал о сне, будто чего-то ждали: все-таки прогноз, пусть и ненаучный... 10 сентября землетрясения, конечно, не было. Оно было 13 сентября. Задрожали, запели пружины в диване, звякнула ложечка в стакане на столе, с тонким звуком лопнуло плохо вставленное оконное стекло. Люся выбежала на крыльцо. Над красными обрывами противоположного берега реки дымилось розовое облачко пыли — небольшой обвал от землетрясения, среднего: 11,5-го энергетического класса по шкале, придуманной когда-то сотрудницей экспедиции Татьяной Глебовной Раутиан. Это значит: энергия толчка 10^11'5 джоулей[3]. Часты ли такие землетрясения в Гармском районе? Когда как. В среднем такое землетрясение происходит один-два раза в год, то есть не так уж часто. И точность в три дня для сейсмического прогноза — это еще не достигнутая мечта.

Прошел год. Так получилось, что инженер Вермишева в ходе одной работы должна была построить кривую, дающую, по теории, характерный упреждающий изгиб, если приближается сильное землетрясение. Она начала с мая 1973 года и увидела, что могла бы предсказать землетрясение, случившееся 13 сентября, не только во сне...

За предвестниками в Ташкент

Это было в раскаленном от жары Ташкенте в начале лета 1974 года. Японские кинематографисты продемонстрировали сейсмологам, участникам Международного симпозиума по поискам предвестников землетрясений, красивое и поучительное зрелище — гибель и погружение в мантию в результате "зловредной" подрывной деятельности мобилизма (возрожденной теории дрейфа материков) всей страны Восходящего Солнца. О зловредном мобилизме несколько дальше. Здесь же — важный момент из этого фильма. Главную катастрофу — погружение материка японские ученые, руководствуясь опять-таки строгой и стройной теорией тектоники плит, предсказывают и тем спасают народ от гибели. А вот разрушительные землетрясения, предшествующие катастрофе, не предсказывают, не могут... и это в фантастическом фильме! С тем большим рвением мы, участники симпозиума предсказателей (так нас иногда для краткости величали администраторы гостиниц), после просмотра фильма отдались выяснению того, что же в этом направлении делается и можно ли наконец предсказать землетрясение.

Рис. 1. Схема-ключ к пониманию разницы между баллами интенсивности, разрушительности землетрясения в данном месте и магнитудой (М), энергией самого толчка. Сила сотрясения убывает с увеличением расстояния до очага землетрясения в среднем по закону, учтенному составителями этой номограммы. Расстояние до очага определяется по формуле Пифагора, где катеты — глубина очага и расстояние по поверхности до эпицентра землетрясения (по Н. В. Шебалину)

Снова и снова вспоминаются кадры гибели Токио, которые были очень похожи на документальные. Это правдоподобие, конечно, не случайно: в титрах мы увидели имя научного консультанта, профессора Такеучи, крупного сейсмолога. Дело в том, что катастрофа в Токио неизбежна (это статистический, а следовательно, безупречный прогноз!), и ученые все время прикидывают, что будет, когда она грянет. Бесстрастные ЭВМ смоделировали картину катастрофы, дали прогноз возможных потерь. 26 тысяч пожаров должно вспыхнуть в первую же минуту. Какая пожарная команда справится с этой стихией, тем более что толчка могут не выдержать и трубы водопровода? И чем дальше уходит в прошлое страшный 1923 год, год прошлого Токийского землетрясения, тем чаще его вспоминают, ибо неотвратимо приближается его повторение.

Вот только когда?

Почему-то, когда говорят о возможном предсказании землетрясений, прежде всего часто вспоминают какую-нибудь душещипательную историю: о собаке, за минуты до толчка вынесшей из дома ребенка, о рыбках, своим метанием в аквариуме предупредивших жителей деревни, и т. п. Но на Ташкентском симпозиуме биометоды предсказания не заняли сколько-нибудь серьезного места. Похоже, всем историям, живописующим инстинктивный прогноз животными сильных толчков, недостает достоверности, точности, воспроизводимости в эксперименте. В разговоре со мной собкор "Известий" по Ташкенту Г. Димов по этому поводу говорил вот что:

— Я лежал, как и тысячи прочих ташкентцев, на раскладушке в саду, смотрел в звездное небо и ждал очередного толчка. Почему-то тогда, в 1966 году, они происходили ночью. Лежал и думал: вот если сейчас толчок, почуют ли его собаки заранее? Как нарочно, раздался гул, после этого загремели крыши, на глазах качнулись стены, дома... и только тогда по всему городу взвыли собаки.

Животные в этом описании — простые участники паники, не более того... Нет, похоже, в решении проблемы прогноза человеку надеяться не на кого. Все дастся не вдруг, а обычно, путем кропотливого собирания фактов, осмысления, эксперимента...

...О настоящей сейсмической катастрофе помнят сотни лет, она оставляет след в культуре целых стран и поколений. Позволю себе еще одну цитату. Иоганн Вольфганг Гёте так вспоминал о катастрофе, которая произошла, когда ему было всего шесть лет, за сотни километров от Германии:

Да, это была настоящая катастрофа. Таких землетрясений за всю историю человечества насчитывается два-три, не больше. Тринадцатая часть всей поверхности Земли была охвачена Лиссабонским землетрясением.

В длинной цитате из Гёте современного ученого привлечет не только художественность, но и точность описания симптомов, например: "...перестали бить... источники, главным образом целебные" (то есть минеральные). На Ташкентском симпозиуме проблема участия (или неучастия) воды в подготовке землетрясения обсуждалась широко и подчас остро, а известное открытие советских ученых, обнаруживших изменения химического состава минеральных источников перед Ташкентским землетрясением 1966 года, оказалось важным для самых разных районов Земли.

Вот вкратце история этого открытия. Медики из Института курортологии и физиотерапии имени Н. А. Семашко вскоре после Ташкентского землетрясения сообщили, что содержание радона в целебных источниках местных курортов до и после толчка закономерно менялось. Начиная с 1957 года оно стало медленно расти. С 1960 по 1965 год рост был постоянным. Потом кривая круто взметнулась вверх, и к началу 1966 года содержание радона в лечебной воде втрое превысило первоначальное. Потом кривая снова стала пологой, как бы заколебалась. Тут и грянуло землетрясение. После него уровень содержания радона стал стремительно падать, пока не достиг прежнего уровня.

Вскоре, во время Сарыкамышского землетрясения 1970 года, которое тоже произошло в районе, славящемся своими целебными водами (на западе озера Иссык-Куль), эффект "предупреждения водой" был снова отмечен. Медики курорта Джетыогуз жаловались, что стало трудно следить за содержанием радона в одной скважине курорта (оно заколебалось за три месяца до толчка), а в другой всегда холодная вода стала вдруг за два месяца до события быстро нагреваться. В третьей же скважине вроде ничего особенного не произошло, только необычно резко возрос напор — за месяц до толчка...

Так подмеченная закономерность стала открытием. Жаль только, что это случилось так поздно. Ведь еще в трудах академика Б. Б. Голицына, который, как говорят, все начал и обо всем сказал, указывалось на связь между сильным землетрясением и режимом минеральных источников. Более 60 лет назад Российская сейсмическая комиссия "постановила организовать правильные параллельные наблюдения как над температурой, пульсацией и дебитом Екатерининского источника в Боржоме, так и над одним из Ессентукских источников Пятигорской минеральной группы, одновременно с наблюдениями над различными сейсмическими явлениями". В этом постановлении особо отмечалась необходимость следить за содержанием редких газов. Открытие запоздало лет на пятьдесят... Но нет худа без добра. Задержалось открытие и объяснение прогностических эффектов. Зато это происходит сейчас, бурно и широким фронтом. Прямо на глазах. И я не могу не радоваться, что приобщился к сейсмологии именно в этот момент.

Соленый хребет

Мы идем по соленой тропе. Соль блестит кристаллами на гладкой поверхности валунов, выступает корочками в трещинах старых камней. Кое-где попадаются красивые розовые полосатые камни — мягкие, они рассыпаются от нажатия пальцами. Это тоже соль, гипс. Гипсы из отложений каких-то древних юрских лагун или озер... Гипса так много, что даже вода относительно пресных речек и ключей хребта Петра Первого отдает сырой штукатуркой и не мылится.

Но не нравится эта соленая вода, видимо, только нам. Дорогу то и дело пересекает кабаний след — к водопою. А вот и еще один, не кабаний. Я оборачиваюсь, зову свою спутницу, показываю.

— Снежный человек? — без особого волнения спрашивает она.

— Медведь! И большой.

После этого известия спутница уже несколько взволнована, но медведь (даром что вокруг изобилие всяческих, больших и малых, медвежьих следов) к нам выйти не пожелал. Жизнь вокруг поистине кипит. Ущелье Руноу в этом месте все поросло облепихой, колючей, непролазной, усыпанной целебными ягодами. В городе это большая ценность, а здесь колючки и ярко-красные пятна, оставляемые облепихой на одежде, только заставляют чертыхаться. Над соленой бурлящей рекой высятся стройные деревья арчи, памирского можжевельника с хвоей, напоминающей запахом весну, завязи помидоров. Но сейчас осень, и над соленым болотцем начинают желтеть и осыпаться коричнево-бархатные с верхушки камышины-рогозины. Под ногами хрустит местами ледок, и вертикальная стена хребта, которая маячит перед нами, как будто не приближаясь и не удаляясь, сахарно-бела не от соли, а от свежего снега.

Почему насквозь просолен хребет Петра Первого, неясно. Может быть, дело тут не только в отложениях солей из высыхающих лагун исчезнувшего океана Тетис, как это принято считать. В глубине души я больше верю в глубинный, подкоровый источник рассолов, пропитавших этот весь раздробленный разломами хребет. Но то, что он просолен, сослужило науке о сейсмическом прогнозе неоценимую службу.

Семь лет назад Олег Михайлович Барсуков, заведующий лабораторией электромагнитного прогноза Института физики Земли, вместе с группой сотрудников установил на северном склоне хребта Петра Первого, вблизи кишлака Газор-Чашма-Боло, небольшую дизельную электростанцию, весь ток которой... уходил в электроды, заземленные на расстоянии километра один от другого. Через пятнадцать секунд полюсы генератора менялись местами и подавался новый импульс. На осциллограмме получалась прямоугольная гармошка из тридцати — сорока импульсов. В течение дня серия повторялась несколько раз.

Эти импульсы принимались на нескольких приемных станциях, отнесенных от Газор-Чашмы на четыре, шесть и десять километров. На каждой в течение этого дня устанавливалось с большой точностью электрическое сопротивление массы горных пород, расположенных между передающей и принимающей станциями. Замысел состоял в том, чтобы измерять это сопротивление изо дня в день год и дольше и попытаться уловить, не меняется ли оно заметно и не связаны ли эти изменения с землетрясениями.

Вся эта система заработала летом 1967 года. И сразу же заинтриговала, показав резкое падение сопротивления горных пород на участке передатчик — приемная станция "Высота".

— Этот день, 30 июня 1967 года, мы приняли за эталон, — сказал мне Олег Михайлович.

Это была наша первая встреча в июле 1973 года; была невероятная жара, и ущелье Руноу, голое и черное в том месте, где расположились лагерем барсуковцы, напоминало своим видом паровозную топку изнутри. Барсуков нарисовал на бумажке угол, поставил черточку и цифру "сто".

— Мы решили считать, что сопротивление горных пород, отмеченное тогда приборами, равно ста процентам, и начали измерения. За два с лишним месяца это так называемое эффективное сопротивление упало на двенадцать процентов!

Из-под карандаша Барсукова от цифры "сто" поползла кривая, спустилась вниз...

— А 7 сентября в районе станции "Высота" произошло землетрясение! И кривая на графике сопротивления тут же поползла вверх. — Барсуков изобразил на графике число: 7 сентября — и нарисовал кривую, идущую вверх.

— Станция "Высота" — это и впрямь высоко, 3400 метров над уровнем моря. Зимой там снег выше головы, торма — снежные лавины, обвалы. Мы и не думали вначале, что оставим ее действовать на зиму. Но после столь обнадеживающего начала оставили. Зимой на снегоступах, невзирая на погоду, ребята из специального отряда регулярно забирались на станцию проконтролировать работу аппаратуры, сменить ленту самописца, провести сеанс наблюдений.

Здесь я прерву Олега Михайловича, чтобы предоставить слово Володе Шелопутову, возглавлявшему тогда команду отчаянных ребят, обеспечивших успех зимних наблюдений.

— Все обошлось. Но порой действительно было тяжело. Холодно, снег! На тропе торма за тормой. Один раз, точно, могло плохо кончиться. С утра туман. А идти надо, ленточка на приборе там, наверху, кончается. Собрались дураки сгоряча, пошли. И вдруг, откуда ни возьмись, таджики на конях. Кричат, ругаются, плетками размахивают. Не пускают, и все. Мы уже и ругались с ними, и просили — ни в какую. Потом благодарили их: они свои горы лучше знают. В тот туман шансов дойти благополучно у нас не было.

Ребята старались не зря.

После Нового года кривая снова поползла вниз. И снова на минимуме, 29 февраля 1968 года, на этот раз между "Высотой" и передающей станцией, произошло землетрясение еще более сильное.

Барсуков продлил карандашную кривую, поставил число, когда было землетрясение, и стрелку.

С тех пор обнаруженная закономерность подтверждалась много раз. Последний раз в апреле 1973 года, когда кривая резко пошла вниз.

— Меня уже спрашивали, — бросив карандаш на складной; походный стол, говорит Олег Михайлович, — ну что, какое землетрясение будет? Да, говорю, не ниже десятого класса, осторожность соблюдаю, а сам думаю: ой, долго снижается, ведь весь двенадцатый наберется. Ударило — и точно, двенадцатый. Конечно, трудно пока заранее предвидеть точно и силу и время, но уже чутье какое-то появилось. Уже знаешь: если завтра толчок, то он примерно десятого класса будет, слабый то есть, а если через три недели (кривая-то все вниз и вниз), то весь двенадцатый, тринадцатый. Тут нужны дополнительные исследования, чтобы научиться улавливать приближающийся перелом в ходе кривой и за день точно сказать (а лучше за неделю): ударит тогда-то, столько-то баллов.

Что же, новый прогностический признак? Но признак, полученный вслепую, без знания природы явления, не может удовлетворить настоящего ученого. В чем причина падения сопротивления (или, что то же, повышения электропроводности пород) в зоне подготовки подземного толчка?

Скептики (люди в науке неизбежные и необходимые), заметив, что кривые Барсукова за каждый год в какой-то мере повторяют друг друга, высказывали мысль, что совпадения с землетрясениями — чистая случайность, что все явление в целом отражает сезонные изменения в верхнем слое: таяние снегов, паводки. Это возражение можно было опровергнуть только одним способом: доказать, что сопротивление падает не за счет верхних слоев почвы, действительно подверженных сезонным воздействиям. Глубину проникновения электрического поля в кору проверил аспирант Барсукова Олег Сорокин. Проверил простым и изящным способом. Известно: чем выше частота переменного тока, тем на меньшую глубину в проводник он проникает. На этом принципе, между прочим, основана поверхностная закалка деталей токами высокой частоты. Эксперименты с переменным током, рассчитанным на глубины до 800 метров — полутора километров, не показали никаких связей электропроводности верхних слоев Земли с ходом кривых Барсукова и с землетрясениями. Этот результат сразу и надежно все расставил по местам: барсуковские кривые отражают обстановку в глубоких слоях коры, там, где готовятся и происходят землетрясения.

Напрашивалось еще одно объяснение необычайному эффекту. Из лабораторных опытов известно, что проводимость твердых тел заметно зависит от давления: чем сильнее сжат образец, тем меньше его электрическое сопротивление. Не здесь ли зарыта собака?

Это объяснение и приняли барсуковцы на первое время в качестве рабочей гипотезы. Но реальное падение электрического сопротивления перед землетрясениями было гораздо больше того, которое еще можно было бы объяснить сухим сжатием горных пород.

Вода! Именно к ней снова и снова обращаются геофизики, пытающиеся узнать механизм возникновения землетрясений. Кажется странным, что земные недра, которые уже на глубине двух-трех километров представляют собой сплошной каменный массив, сжатый к тому же колоссальным давлением, пропитаны водой и растворами различных солей. Но это так, это геологический факт. Этот геологический факт положили в основу своих работ по прогнозу землетрясений американские сейсмологи. С этой точки зрения именно вода, водные растворы, нагнетаемые под давлением в трещины и разломы земной коры, образуют смазку, благодаря которой эти в сухом состоянии намертво сжатые трещины превращаются в "зеркала скольжения" между мелкими, средними и огромными блоками земной коры. Благодаря этой смазке, говорят, и возможны многочисленные подвижки — толчки на контактах различных геологических структур. С другой стороны, не будь этой постоянной смазки, неуклонное накопление напряжений рано или поздно приводило бы, вероятно, к грандиозным сухим разрушениям земной коры, горообразовательным катастрофам такой силы, рядом с которыми величайшие землетрясения "мокрой" Земли показались бы ничтожными скрипами[4].

Не умолкавший в течение тысячелетий спор, начатый некогда еще древнегреческими философами, о первенстве огня и воды в образовании руд, росте гор и сейсмических катастрофах то и дело вспыхивает с новой силой и по сей день, сейчас — в связи с проблемой "смазки".

Американские сейсмологи пустили в оборот словечко "дилатенсия", мгновенно подхваченное многими на Ташкентском симпозиуме по поискам предвестников землетрясении, хотя само явление давно известно экспериментаторам, создающим условия "землетрясения" в сжимаемых под прессом образцах оргстекла, парафина, гранита. Явление это удивительно тем, что входит в противоречие с нашим обыденным здравым смыслом: в какой-то момент сжимаемое твердое вещество не уплотняется, а раз уплотняется, увеличивается в объеме с расширением старых мельчайших пор и трещин и образованием новых. Это расширение, увеличение объема, измерено в опыте, оно достигает 0,1 процента (представьте себе, что на одну десятую процента увеличивается объем миллионов кубических метров горных пород!). При этом вода и ее растворы, конечно, перераспределяются в порах и трещинах, изменяется давление в жидкостях, заполняющих эти поры и трещины. Из глубоких слоев коры по трещинам быстрее поступает радиоактивный радон, предупреждающий об опасности. Самое важное — явление дилатенсии неотвратимо и непосредственно предшествует в лабораторных условиях разрушению образца, то есть самому землетрясению! Это ли не основа для прогноза?

На симпозиуме американские ученые рисовали перед нами кривые, вроде бы подтверждающие: да, давление воды в порах сдавливаемых образцов меняется по характерной седлообразной кривой. И это "седло" проявляет себя во всех изучаемых учеными предвестниках землетрясений. Главная их мысль была: дилатенсия — основа, на которой можно построить прогноз сильных землетрясений, дилатенсия — это не случайный, а закономерный спутник сейсмического процесса. Спутник? Но вот поднимается с места один из участников совещания и задает доктору Шольцу (тот докладывает) такой, казалось бы, странный вопрос:

— Доктор Шольц! Может ли вот такая водная дилатенсия быть не спутником, а причиной сильного землетрясения?

Это опять-таки намек на механизм "смазки". Сейчас все больше ученых думает, что землетрясение может начинаться не только от повышения напряжений в неизменных во всем остальном недрах, но и просто от изменения водного режима при постоянных условиях сжатия.

Джинн из бутылки

В апреле 1972 года я в составе бригады журналистов приехал на строительство Нурекской ГЭС. То все вместе, то порознь выступали мы перед строителями, рассказывали о том, могли или не могли прилетать на Землю пришельцы из других миров, о подвигах полярных исследователей, о психологических экспериментах, которые мы ставили когда-то у себя в редакции, об охране природы. На последнюю тему как раз выступал я, и называлась она "Ответственность за геологическое будущее". То, о чем я рассказал бетонщикам, тогда мало еще обсуждалось даже в среде специалистов. Речь шла об еще одном виде загрязнения окружающей среды. Только загрязнение на этот раз было совсем необычным — загрязнение землетрясениями!

Вот о чем примерно шла речь. В 1967 году на Деканском плато в Индии произошло сильное землетрясение (с магнитудой более 6). Несколько деревень было разрушено, погибли 200 человек. Специалисты, прибывшие на место катастрофы, были обескуражены: таких сильных землетрясений в этом месте никогда не было, и никто их не ожидал. Когда нарисовали линии равной силы разрушений от толчка (изосейсты), они стянулись вокруг недавно заполненного водохранилища на реке Койна. Проведенные позднее работы показали, что разрушения и жертвы были вызваны искусственным землетрясением: толчок спровоцировало водохранилище, где уровень воды достиг к этому времени стометровой отметки!

Землетрясения с жертвами и разрушениями произошли после заполнения грандиозных водохранилищ — Кариба на реке Замбези в Африке и Кремаста в Греции. Помимо этих тяжелых случаев, обративших на плотинные землетрясения внимание общественности, ученые зарегистрировали уже десятки тысяч рукотворных толчков разной силы во Франции, Италии, Алжире, США, Японии, Югославии, Пакистане и других странах.

А между тем все дорогостоящие гидротехнические сооружения всегда возводятся с сейсмологическим обоснованием. Это самый настоящий прогноз, давно, казалось бы, освоенный. Строителям не обязательно знать, когда именно грянет под высотной плотиной сильное землетрясение. Им нужна простая гарантия, что в выбранной для великой стройки точке вообще не будет землетрясения сильнее такого, на какое рассчитана плотина.

И тут в дело вмешивается фактор, ранее неучитываемый. Само водохранилище может вызвать землетрясение! Но может ли это землетрясение по своей силе превзойти верхний предсказанный сейсмологами предел?

...В этом месте, признаюсь, мои слушатели (строители, бетонировавшие один из участков возводимой плотины), не удовлетворившись чисто теоретическим изложением научной проблемы, потребовали от меня четкого ответа на мной же поставленный риторический вопрос. Вопросы были трезвые, деловые, в корень.

Первый: будут ли плотинные землетрясения в районе Нурекской ГЭС после заполнения водохранилища? Второй: будут ли эти землетрясения опасными для самой плотины? Не разрушит ли их детище самое себя, вызвав ужасную катастрофу?

Надо сказать, точного ответа на эти вопросы тогда никто не смог бы дать. Я ответил приблизительно и в том духе, что, насколько мне известно, искусственные толчки почти неизбежно регистрируются около тех плотин, где бывают и обычные землетрясения, ибо человек только выпускает на волю те тектонические напряжения, которые уже накоплены. Значит, скорее всего в Нуреке, где землетрясения бывают до 8-9 баллов (на такой толчок плотина рассчитана и должна его выдержать), искусственные толчки тоже будут. Но поскольку сейсмической энергии не может выделиться больше, чем ее накоплено, то скорее всего и искусственные толчки останутся в рамках, отведенных для естественных землетрясений.

Потом оказалось, что сориентировался я интуитивно правильно. Сейчас принято толковать плотинные землетрясения именно как "провокацию", спущенные своевременно напряжения, которые все равно нашли бы себе позднее выход в толчке, заведомо более разрушительном, чем "провокация".

Именно так греческие сейсмологи отвели обвинения их в том, что они-де не предусмотрели разрушительных последствий строительства плотины в Кремасте. Они заявили, что, если бы не водохранилище, толчок был бы позже, но намного сильнее. Получается, они даже спасли своей "непредусмотрительностью" сотни жизней. Конечно, был в таком повороте логики элемент самого обычного самооправдания. Но в чем-то, возможно, греческие сейсмологи были правы.

Нурекское водохранилище начали заполнять осенью того же 1972 года. Сейсмологи сразу же отметили повышение сейсмической активности по берегам водохранилища и под ним. Когда уровень водохранилища перевалил за стометровый рубеж (а это какой-то критический рубеж — большинство серьезных толчков по берегам водохранилищ происходит после стометровой отметки), по берегам Нурекского водохранилища отмечалась сейсмическая активность, несколько превышающая "доплотинный" уровень! Некоторые из толчков были довольно серьезными (12-й класс по нашей экспедиционной шкале), но, по счастью, на сравнительно большом удалении от водохранилища и ниже предусмотренного сейсмическим прогнозом уровня балльности.

Вызвав неизвестного науке джинна — плотинные землетрясения бутылки технического прогресса, человек, когда прошел первый испуг, впервые оказался перед фактом возможности непосредственного вмешательства в сейсмотектонический процесс. Может быть, сильные землетрясения надо не предсказывать, а предотвращать?

Дирижер землетрясений

И вот перед нами молодой человек с модной бородой, небольшого роста — доктор Дитерих из геологической службы штата Калифорния.

— Передо мной стоит несколько странная задача, — смущенно начинает он, — рассказать вам об опытах по предотвращению землетрясений...

...Начало этой истории опять-таки связано с проблемой охраны природы. В США давно и остро стоит проблема сточных вод. Реки не справляются с возрастающим количеством загрязнений от разных производств. Кому-то пришло в голову закачивать сточные воды в скважины выработанных нефтяных месторождений. И вот с 1962 года в скважину Арсенал, что под Денвером в штате Колорадо, стали поступать первые кубометры стоков. Надо сказать, сейчас специалисты резко возражают против загрязнения грунтовых вод: это НЗ чистой воды для человечества. Но тогда все, казалось, шло хорошо, Да и для сейсмологии, как выяснилось потом, этот опыт сослужил-таки хорошую службу.

Скважина Арсенал глубокая, около 3,7 километра. Закачка шла в кристаллические горные породы, подстилающие в этом месте толщу более рыхлых осадочных пород. И вот в абсолютно тихом для сейсмолога месте начались землетрясения. Кривые, показывающие соответствие (корреляцию) между закачиваемыми миллионами галлонов воды и количеством землетрясений, сейчас известны каждому сейсмологу. Никаких сомнений в том, что землетрясения вызывались воздействием человека, нет. Интересно, что гипоцентры, очаги землетрясений, лежали намного ниже уровня скважины, на десятикилометровой глубине.

Денверские землетрясения стали очень веским аргументом в разгоревшемся было споре сейсмологов по поводу плотинных землетрясений. Дело в том, что многие считали: плотинные землетрясения вызваны просто весом водохранилища, механической нагрузкой. Другие (и, пожалуй, именно они сейчас одерживают верх) считают, что главное в действии водохранилищ — это "смазка" поверхностей скольжения при возрастании давления воды в порах и трещинах земной коры. Денверские землетрясения были явно вызваны не весом воды, а самим фактом смачивания, "смазки" недр.

Доктор Дж. Дитерих рассказал нам о буднях "дирижеров землетрясений". Уже выяснилось, что толчки начинаются только тогда, когда давление воды в скважине превышает то, которое было раньше. Иногда давления не хватало, срочно добавляли насосов, и толчки снова начинались. Убирают насосы — в два дня всякие толчки прекращаются.

Конечно, сейсмологи пока далеки от мысли ликвидировать все сильные землетрясения в Калифорнии. Да и вообще с бухты-барахты эту задачу не решить. Но что, если ограничить силу будущего землетрясения на том или ином участке разлома (а в Калифорнии сильные толчки привязаны к нескольким известным протяженным разломам)?

Калифорнийские сейсмологи уже провели успешные опыты на модели: закачивали воду в блок гранитных пород, сдавливаемый, пересеченный специально оставленной трещиной-разломом. Закачивая и откачивая воду через отверстия вдоль трещины, ученые по-своему регулировали "сейсмичность". Начинаются эксперименты и на "живом", настоящем разломе. Мысль была такая: ограничить защищаемое место с двух сторон скважинами. В самом защищаемом объекте тоже пробурить к разлому несколько скважин. Теперь представьте: откачиваем воду из крайних скважин и тем самым "запираем" разлом с двух сторон. В середине накачиваем воду. Здесь происходит несколько слабых толчков за счет сохранившихся и после запирания разлома напряжений. Теперь запираем центральную часть защищаемого отрезка, откачав оттуда воду, и закачиваем воду по краям. Там тоже происходит несколько толчков, напряжения снимаются и как бы переносятся частично снова на центральный участок. Потом снова запираются края, высвобождаются напряжения в центре и т. д.

Так, попеременно закачивая и откачивая воду то в центр, то в края, закончил доктор Дитерих, мы потихоньку выпускаем "пар из котла". Объект (город, завод) все время под защитой, и вблизи него все время спускаются опасные напряжения — через слабые искусственные толчки. Так что, если и грянет в районе опасное землетрясение, самым своим эпицентром оно должно обойти наш объект.

С водой или без воды?

Управление землетрясениями! Мы засыпали мистера Дитериха вопросами. Разговор шел в конференц-зале нашей Гармской экспедиции. Здесь продолжались разговоры и контакты, начавшиеся в Ташкенте. Вот это цель! Может быть, прогноз землетрясений вообще не понадобится? Некоторые сейсмологи отчаявшиеся найти эффективные методы прогноза землетрясений, видят в искусственном спускании накапливающихся напряжений единственный выход из положения. Широко известен, например, такой факт. В штате Невада, где до сих пор продолжаются подземные ядерные испытания, очень заметно снизилась естественная сейсмическая активность. Накапливающиеся в коре естественные напряжения реализуются во время взрыва, добавляя к его силе толику энергии, и сразу после него — в сериях слабых толчков, обычно сопровождающих испытания.

Но и на этом пути исследователей ждут немалые сложности. Сразу после мистера Дитериха выступил "наш человек", Геннадий Александрович Соболев. И развернул перед нами другие опыты, другие графики и формулы. И вроде бы получилось, что все те же предвестники землетрясений отлично находят свое объяснение и без воды. А сухое разрушение оказалось ничуть не менее изящной моделью естественного процесса, чем "мокрое"...

Я вспоминаю и сопоставляю: сцена землетрясения в японском фильме — и вот эти кривые на белом экране в затененном зале... Толпы обезумевших людей между рушащимися стенами, крики, сталкивающиеся, вспыхивающие машины, пламя пожаров до облаков, зыбкая земля, готовая сбить с ног, поглотить... И как-то трудно вообразить, что эта художественно поставленная, но отвечающая возможной реальности сцена из "Гибели Японии" с хорошим, как говорят геофизики-экспериментаторы, коэффициентом подобия может быть отображена в элементарном лабораторном эксперименте. Брусок плексигласа, сдавливаемый под прессом, появление, расширение трещин и "крак!" в конце — все это по сути то же землетрясение, только меньшего масштаба...

То же землетрясение? Но нет, и это не бесспорно. В 1910 году, изучив большое Калифорнийское землетрясение 1906 года, американский исследователь Рид предложил свою знаменитую теорию упругой отдачи для объяснения механизма землетрясения. Эта теория и по сей день заслуженно господствует в сейсмологии. У Рида ясно и недвусмысленно было сказано: землетрясение — это упругая отдача горных пород, разрушающихся по достижении предела прочности этих пород.

Но, сказав такое, физик подводит явление под определенные законы, выражаемые более или менее сложными формулами. Пределы прочности всех пород земной коры инженерам хорошо известны. Если подставить в формулы, описывающие геологическое разрушение, землетрясение, эти величины и сопоставить их, например, с размерами очага землетрясения, то есть самой необратимо раздробленной зоны в недрах земли, то... ничего не выйдет. Получается, что либо сила землетрясения должна быть во много раз больше, чем это было на самом деле, либо реальная прочность земных недр... ну, почти никакая.

До сих пор сами сейсмологи не очень разобрались во всем этом. Недра планеты, конечно, можно уподобить сдавливаемому в тисках образцу, но это подобие далеко не идеально. При сейсмическом разрушении дробится не монолит, а масса разных веществ, сплошь пересеченных всякими трещинами, трещинками, разрывами от прошлых землетрясений, жилками слабых пород. А тут еще и вода. Так вот, спор апологетов "сухой" и "мокрой" дилатенсии как раз о том, чем именно земные недра все-таки отличаются от куска плексигласа в тисках. Только ли вода, только ли трещины повинны в этом?

...Уже несколько лет в нашем институте развивается "трещинология" — так несколько шутливо называют это направление. Трещины в горных породах есть всегда, они зарождаются при всяких внутренних напряжениях: остывании, нагреве, от внешних нагрузок. Трещины — это запись всего, что было с породой за всю ее историю. Трещины смыкаются, расходятся при той же дилатенсии (но без всякой воды). Трещины соединяются друг с другом, растут. Этот рост с какого-то момента может стать безудержным и кончиться сдвигом по грандиозной трещине — поверхности разрыва сильного землетрясения. И вот мы смотрим на черную доску, где белый мелок в руках Соболева шаг за шагом как бы отвечает на наши вопросы и как будто все расставляет по местам. Простота и ясность, только что блеснувшие после доклада Дитериха, меркнут, становится понятным, что... надо работать. Впрочем, это и так ясно. И прогноз нужен. Хотя бы для того, чтобы знать, где и когда привести в действие меры предупреждения землетрясений, если они действительно к тому времени будут разработаны.

Ну а насчет того, какая дилатенсия действует в природе... Может быть, обе: и "сухая", и "мокрая"?

Бог Сейсмос, придуманный Гёте как действующее лицо в "Фаусте", был морским, водяным богом. Нептунист Гёте склонен был винить в землетрясениях именно водную стихию земных недр. Похоже, что, хотя бы отчасти, для неглубоких землетрясений вклад "мокрой" дилатенсии в механизм толчков совсем не ничтожен. "Мокрая" дилатенсия действительно повторяет все те же прогностические закономерности, что выявляются и при сухой модели очага, но она как бы усиливает, подчеркивает их... И я верю: насквозь пропитанный водными рассолами хребет Петра Первого позволит решить на себе не дну загадку сейсмологии, и, возможно, здесь когда-нибудь поставят опыты по предотвращению землетрясений...

Плазма в горах

Осенью 1973 года в газете "Неделя" был опубликован небольшой очерк о проблеме прогноза землетрясений и о том, как собираются решать эту проблему барсуковцы. Статья, написанная не без подъема, заканчивалась так:

Крупных землетрясений мало бывает на южном берегу Сурхоба, в хребте Петра Первого, но множество мелких. Почему? В этом ущелье Руноу прошел первую проверку МГД-генератор, загнавший в недра ток неимоверной силы. Измеряя электросопротивление недр, можно уловить моменты подготовки сильных толчков.

Это было первое упоминание в прессе о действительно масштабном и впечатляющем эксперименте, бывшем тогда уже на финише подготовительных работ. С тех пор читателя много раз оповещали о ходе эксперимента многие органы печати вплоть до "Правды". Так что я опущу здесь подробности. Все так и было. Осенью 1973 года в Руноу, а осенью 1974 года на старом месте, в Газор-Чашме, электрический импульс неимоверной силы от машины, еще недавно казавшийся фантастикой, прошил насквозь десятки километров хребта Петра Первого. Для чего? А вот для чего. Большие, действительно опасные землетрясения готовятся на большой площади. Измеряя падение сопротивления на таких больших расстояниях, мы как бы получаем электрокардиограмму, рассказывающую о самочувствии целого хребта, одного из важнейших в системе Памиро-Тянь-Шаня.

Правда, "струя голубой плазмы" оказалась не такой яркой, что-то вроде небольшой искры...

Современные оракулы

Когда я приехал в Гарм, там еще живы были воззрения одного давно уволившегося и неизвестно куда уехавшего скептика, уверявшего: сейсмический прогноз в принципе невозможен, Ведь ещё совсем недавно сейсмологи думали, что в последовательности и распределении в пространстве толчков господствует принцип случайности. И в этом смысле объект сейсмологии иной раз можно уподобить объекту изучения физики элементарных частиц. Мы знаем, что некий объем радия уменьшится вдвое, распавшись за такое-то количество лет (статистика!), но мы не знаем, когда именно распадается тот или иной конкретный атом. Идя аналогичным путем в сейсмологии, мы можем установить статистические закономерности, повторяемость землетрясений на той или иной площадке. Но достаточно ли нам такого статистического знания? Мы находимся внутри системы, исследуемой нами. Если бы мы находились, внутри атома радия, нам неинтересен был бы период полураспада этого элемента, а по понятным причинам хотелось бы непременно выяснить, когда распадется именно этот атом. Не статистический, а детерминированный прогноз. Возможен ли он в сейсмологии?

Чтобы понять это, нам придется обратиться к принципам причинности в классической и нынешней науке...

Постичь исток причин исконных...

Изгнав Мефистофеля натурфилософии, пытавшейся проникнуть в суть вещей с помощью логики, дедукции и чистого умозрения, по существу без эксперимента, наука в философском смысле подпала на целое столетие под влияние механистического детерминизма. Теперь факт, опыт решали все и порой пытались все собой заменить. Вселенная состояла из винтиков и деталей, взаимодействующих, как части машины. Затмения Солнца предсказывали еще египетские жрецы, а сейчас они предсказываются за сотни лет вперед с точностью до долей секунды. Французский физик и астроном Лаплас вслед за гордым архимедовским "дайте мне рычаг, и я переверну мир" провозгласил, что, если знать все состояния, скорости всех атомов мира, можно будет дать абсолютный прогноз — последовательность всех грядущих событий. Это был мысленный эксперимент, а поскольку Лаплас чувствовал риторичность подобного эксперимента (он в те времена не мог даже вообразить подступов к поставленному им условию), он придумал достаточно всемогущего демона, способного справиться с этой работой. (Демоны были излюбленным приемом в мысленных экспериментах ученых; взять хотя бы еще демона Максвелла, о котором речь впереди).

Демон Лапласа выдавал начальные условия, и Лаплас (при условии наличия неограниченного времени и, по-видимому, штата вычислителей: ЭВМ еще не было) брался выдавать любой требуемый прогноз. Он вообще был большим оптимистом, Лаплас, он хотел создать универсальную (одну!) формулу, обобщающую сразу все законы!

"Этот вид детерминизма, — писал выдающийся физик, один из основателей квантовой механики, Макс Борн, рассматривался физиками прошлого столетия как единственно разумное истолкование причинности, а применяя его, как они хвастливо заявляли, они избавляют физику от последних остатков метафизики" (В данном случае — умозрительного, отвлеченно-философского подхода к миру). Прошло немало времени, прежде чем это ослепление могуществом опытного знания в сочетании с вычислительными методами не кончилось.

Читатель, вероятно, хорошо знает, что произошло это в момент рождения квантовой механики. Одна из основных формул этого учения выглядела так, что выходило: если мы хотим, точно определить время и место появления элементарной частицы, мы должны необыкновенно расширить временные и пространственные рамки, в которых с гарантией находилась бы эта частица. Казалось бы, местная и поправимая неувязочка (так это и воспринял, кстати, А. Эйнштейн, до конца жизни не отказавшийся от мечты об абсолютном знании причинно-следственных связей в физике). Но с появлением принципа неопределенности Гейзенберга у ученых как будто пелена начала падать с глаз. Они увидели закон неопределенности всюду вокруг себя, и везде — в действии.

В кинетической теории газов, старой и почтенной отрасли физики, например, давным-давно пользовались статистическими методами, сходными со статистическим аппаратом квантовой механики. Просто в основе теории газов лежит оправдательное рассуждение: в принципе результат строго определен последовательностью событий (соударений молекул), только рассмотрение явления надо вести статистически, не индивидуализируя молекулы, поскольку мы "еще не научились" узнавать точное начальное состояние (скорость, место) каждой из них. Но ведь именно такими словами защищали принцип строгой индивидуальной причинности для микрочастиц противники квантовой физики. "Не научились", вот повысим точность измерений, и тогда...

Движение молекул в газе или жидкости часто сравнивают с игрой в бильярд. Хороший бильярдист сильным и точным ударом может заставить шар через два-три отскока от стенки и от других шаров попасть точно в лузу. Прежний, лапласовский детерминизм подразумевал, что при хорошем математическом расчете и идеальном глазомере (и отсутствии трения) можно также попадать в лузу и через двадцать, и через тридцать, и через тысячу отскоков. Но основатели квантовой механики прикинули: не получается! Неопределенность остается и здесь! И дело тут не в несовершенстве измерений и "глазомера", а в принципиальной недостижимости полной, стопроцентной точности в определении угла и отскока скоростей.

"Лучшие измерения, — писал Макс Борн, — дают сегодня 6 или 7 десятичных знаков. Сначала кажется, что это не слишком вредит. Ведь демон (Лапласа. — А. Г.) — это лишь отдаленный идеал, и если каждое поколение будет повышать точность измерений, то к этому идеалу можно приблизиться. Так думали всегда. Однако это неверно... Абсолютно точное измерение было бы демонической, но не человеческой работой". Иначе говоря, строгий механический детерминизм оборачивается мистикой! Короче, чем дальше от нас прогнозируемый момент, тем больше прогноз должен становиться вероятностным, статистическим, неопределенным.

Явное родство с принципом неопределенности квантовой механики обнаруживает и такая наука, как генетика, причем в своем главном аспекте — теории наследственности. По сей день некоторые биологи ломают головы: как в такой точной системе, какой является генетический механизм наследственности, могут появляться ошибки? Иногда даже говорят, что это специально запланировано так, чтобы поставлять материал — мутации — для естественного отбора. Конечно, если бы не было ошибок, не было бы эволюции. Недаром говорят, что у самых древних позвоночных на Земле — двоякодышащих рыб невероятно длинная ДНК. С таким запасом дублирующей информации, что никакая ошибка не в состоянии сбить их с круга тупого самовоспроизводства без прогресса. И это только подтверждает тот факт, что ошибки в считывании кода наследственности в этом преимущественно физико-химическом процессе — неизбежная дань всеобщему закону неопределенности. Природа может нейтрализовать действие этого закона, лишь до бесконечности удлиняя нити ДНК или стабилизируя все ошибки посредством естественного отбора нормы, а все остальное уничтожая. Значит, принципу неопределенности мы обязаны как своим высоким положением на лестнице эволюции, так и плохо излечимым пока болезням из-за генетических ошибок.

Надо сказать, баталии, еще не отгремевшие окончательно и в мире новой физики, только начинаются в прикладной физике, задача которой — практический прогноз. Мне не раз доводилось быть свидетелем, а потом и участником яростных споров.

— Что вы мне все проценты, вероятности! — кричит один. Зачем они мне? Вы мне точный, детерминированный прогноз дайте!

— Но ведь невозможно, данные не позволяют...

— А кто виноват? Вон вас здесь сколько! Собрались бы, перепроверили бы все эпицентры лет за десять (это, между прочим, тысяч пятнадцать землетрясений! — А. Г.). Как вы можете работать с таким материалом?

— Ну улучшим на пять процентов, что изменится?

— И хорошо. Нужно, чтобы каждому параметру можно было верить...

— Но ведь все равно нельзя полностью верить... Есть закономерные отскоки, дисперсия. Все равно статистика нужна.

— Статистике не верю! Вы мне факты дайте!

И повторяется все сначала.

Как-то пришлось мне читать статью о долгосрочном месячном метеорологическом прогнозе на февраль 1974 года. Метеорологи, как говорится, оскандалились. Февраль на огромных пространствах выдался намного теплее и нормы, и предсказанного подекадного хода температуры.

Как делается перспективный гидрометеорологический прогноз? Взять и высчитать поведение всех параметров в развитии? Никаких ЭВМ, никакой сети станций, включая спутниковую информацию, не хватит, чтобы учесть все возможные флуктуации.

Метеорологи прибегают к старому испытанному способу. Разыскивают среди прошлых годов такой, что по последовательности "погод" наилучшим образом соответствовал бы времени, предваряющему прогнозируемый месяц. Не вдаваясь в детали, почему да как движется тот или иной циклон, они просто как бы прикладывают уже проверенную жизнью последовательность к действительности и ожидают (опять же с какой-то долей вероятности), что она сбудется. И вот осечка! Да какая! Эффект неопределенности часто мстит тем, кто пытается его обойти...

Другая такая осечка произошла в 1972 году. Знаменитая летняя засуха, привлекшая к проблеме перспективного прогноза внимание общественности, В обоих случаях не был предвиден мощный антициклон, неожиданно заполнивший огромные пространства и приостановивший великий западный перенося влаги из северных широт Атлантики. Включилась более редкая меридиональная схема циркуляции с теплыми южными ветрами.

За что же борются прогнозисты? За крохи, доли процента в улучшении прогноза? Но тогда стоит ли игра свеч? Ведь абсолютного прогноза быть не может...

Да, в гидрометеорологии — эта борьба за доли процента! (правда, только спутники дали прибавку точности на пять — десять процентов). В сейсмологии же еще все впереди. Работающего, регулярно публикуемого прогноза у нас все еще нет! Почему? Ответ непрост, и никто, вероятно, не сможет на него исчерпывающе ответить. А потому пока логическая задачка в стихах, которая наверняка покажется читателю давно и хорошо знакомой.

Условие задачи:

Спрашивается:

1. Почему?

Ответ:

2. Можно ли предсказать конец этой печальной истории исходя из одного факта отсутствия в кузнице гвоздя?

Ответ:

Нельзя! Ибо условие задачи неполно и, хотя все логические переходы в нем правильны, эффект неопределенности из-за неучета массы дополнительных обстоятельств на каждом этапе рассуждений возрастает во много раз.

Нечто подобное происходит и в геопрогнозе. Задним числом еще можно иногда сказать, что именно послужило главным толчком, сигналом к катастрофе, но экстраполировать раз подмеченную связь на все случаи жизни нельзя.

Могут сказать: здесь нужен не прогноз, а простая предусмотрительность. Неподкованная лошадь командира — это, конечно, большой непорядок. Предусмотрительность — тоже форма прогноза. Можно не строить в сейсмоопасных местах, например. Но предусмотрительность уместна лишь при наличии чувства меры, иначе она и смешна, и даже невыгодна. В конце концов человек в футляре Чехова стремился избавиться от эффекта неопределенности во всякого рода метеорологических предсказаниях и предчувствиях. Он был просто очень предусмотрительным человеком и все могущие ему грозить в жизни опасности постоянно имел в виду. Ох, и тяжко же ему было жить!

Общество не может стать "обществом в футляре" и все время настороженно ждать неприятностей — как бы чего не вышло. И потому нужен все-таки настоящий, достаточно точный прогноз хотя бы экстремальных, катастрофических событий, то есть таких, которые готовятся задолго и на большом пространстве и которые не могут быть полностью скрыты никаким эффектом неопределенности.

Общество в футляре...

Один из самых любимых и читаемых фантастических романов — "Конец Вечности" Азимова. В этом произведении извечное стремление человечества вырваться из потока времени доведено до логического завершения. Создана "Вечность", наднациональная и надвременная каста людей, обладающих возможностью "свободного проезда" в любой век человеческой истории начиная с XXI века. "Вечность" Азимова — это Абсолютный Прогноз. Вычислители "Службы вечности" из самых благих побуждений время от времени вмешиваются в ход истории, что-то там подправляя хирургическим путем, удаляя целые плети причинно-следственных связей, приводящих к нежелательным, по мнению "Вечности", последствиям.

И что же? Оранжерейно-причесанный мир, живущий под надзором "Службы вечности", страшен своей искусственностью, бесцельностью. Из человечества вынули главное — любопытство, трепетную устремленность вперед. Жизнь перестала быть ездой в незнаемое. Заговор героев романа — это последнее вмешательство надвременных сил в естественный ход событий. Историю поворачивают в сторону от пути, ведущего к открытию коридора времени, "Вечность" бесследно исчезает, разделив судьбу миллионов людей, стертых "Вечностью" во имя "высших интересов". Нормальная история — с морями горя и слез, но и с полной ответственностью человека за будущее — начинается с открытия атомной энергии.

Нынешний прогнозист, похоже, вот-вот окажется перед этическими и социальными проблемами, возникшими под пером фантаста. Все более ясный и верный прогноз неизбежно расширяет щель "отсутствия неожиданности" между нами и будущим. В какой-то мере достаточно полное знание о ненаступившем — это убийство будущего, замена надежды рассчитанным результатом. Можно ли представить себе жизнь без новостей, без неожиданностей?

Как же быть? Остается надеяться на снисходительность природы, поставившей между причинами и следствиями принцип неопределенности. Знание о будущем никогда не будет полным. "Футляр", к счастью, недостижим. И неполнота эта, возможно, будет всегда достаточно велика, чтобы сохранить для нас свежесть завтрашнего утра. Тогда и предвидение катастроф может быть в принципе лишь точно рассчитанным риском и увлекательной борьбой с процессом вызревания беды.

Ничто обо всем или все ни о чем?

Философия детерминизма. Причин и следствий. Сейчас она, несомненно, переживает снова захватывающе интересные времена. На смену демону Лапласа вылез джинн неопределенности из бутылки квантовой механики. Другой джинн, который имеет самое прямое отношение к причинно-следственным связям между наукой и природой, — принцип дополнительности.

Принцип дополнительности первоначально понадобился для того, чтобы ясно сформулировать весьма трудно проникавшую в умы идею дуализма в мире элементарных частиц. Две модели — волновая и корпускулярная — света или электронов не исключают, а дополняют друг друга.

Позднее принцип дополнительности стал еще и отрицанием пропасти между субъектом и объектом исследования и эксперимента. Чем дотошнее и навязчивее будет ученый измерять параметры электрона, тем больше шансов, что своим вмешательством, приборами он неузнаваемо исказит "истинное" его местоположение и скорость. А оказав более "мягкое" вмешательство, он и измерит хуже. Если представить себе "угол познаваемости" в виде прямого угла на этом листе бумаги и отчертить внутри его угол, к примеру, в 30 градусов, соответствующий полноте нашего знания о предмете, то оставшиеся 60 градусов (дополнительный угол к 30) будут характеризовать соответствие изученного предмета тому же предмету до изучения. Ясно, что чем больше один угол, тем меньше другой, и в принципе мы можем (при отношении углов 0:90) не знать ничего о предмете объективно существующем и стопроцентно равном самому себе или (при 90:0) все о предмете, который уже перестал быть самим собой в результате нашего вмешательства... Ясно, что нам придется довольствоваться какой-то половинчатостью. И наше знание предмета всегда будет неполным, статистическим в отличие от классического идеала исследования — стопроцентного изучения и полностью адекватного знания.

И дело тут не только в эфемерности объекта исследования и грубости наших приборов. Корень проблемы лежит намного глубже, он в самой философской неполноценности традиционного представления об активном субъекте и пассивном объекте исследования.

Однажды неожиданно для себя я услышал о принципе дополнительности весной 1971 года на академической базе отдыха "Мозженка" под Москвой, где тогда проходила "школа" для всех желающих заниматься проблемами происхождения жизни. Один из выступавших, цитолог, то есть специалист, изучающий живую клетку, произнес это слово, характеризуя взаимоотношение экспериментатора и клетки. Чем активнее экспериментатор изучает клетку, тем больше вероятность того, что он получает знание не о клетке, а о ее трупе (а это совсем не одно и то же для нынешнего цитолога). И чем аккуратнее он с ней обращается, тем меньше может узнать об истинных процессах, происходящих в ней. Потом я узнал, что этот подход к проблемам биологии давно сформулировали физики школы Нильса Бора.

По мере совершенствования методов исследования все большее число наук, отраслей промышленности и других аспектов человеческой деятельности оказывается в таких отношениях "субъект — объект" (где объект — те или иные области природы), которые подпадают под власть принципа дополнительности. Простейший пример. Все чаще геологи заявляют: "Похоже, к тому времени, когда мы достигнем стопроцентного знания земных недр, это знание станет бесполезным, ибо все доступные источники минеральных богатств будут к тому времени исчерпаны. Мы будем знать все о том, что в хозяйственном смысле станет "ничем"".

Сами основатели квантовой механики неоднократно указывали: принцип дополнительности проливает новый, неожиданный свет на самые разные отрасли человеческой деятельности, позволяет отвечать даже на вечные, "проклятые" вопросы, относящиеся, казалось бы, к сфере чистой социальной психологии.

Один из таких вечных вопросов — детерминизм и свобода воли. "Тварь я или право имею?" (Раскольников у Достоевского)Определял Наполеон хоть чуть-чуть ход истории или был чванливым и слепым орудием в её руках (по Л. Толстому)?

Решать или не решать?

Макс Борн: "Все наше сознательное мышление основывается на предположении, что каждый человек может свободно решать. Но каким образом это совместимо с законами природы, со всеобщей причинностью? В соответствии с ними то, что я делаю, это просто замыкающее звено в цепи причин и следствий, за которые меня нельзя заставить нести ответственность. Когда детерминизм (механистический. — А. Г.) пошатнулся, считали, что имеется выход: если в отдельном случае господствует случайность, то воля, рассматриваемая как род духовной сущности, должна играть решающую роль. Однако это не выдерживает никакой критики; демон воли должен был бы тогда всегда быть настороже, как бы не нарушить статистические законы".

Итак, еще один демон. Демон воли. В этой книге нечистой силы накапливается уже многовато. Мефистофель чистого умозрения, демон Лапласа, демон Максвелла, джинны неопределенности и дополнительности. И вот — демон воли. Самостоятелен ли он? Или находится в услужении у джинна дополнительности? И раз уж мы разбираемся в причинно-следственных связях, случайно или закономерно такое нагромождение мифологических фигур в данной теме? Наверное, не случайно, ибо в интуитивном представлении народа-мифотворца как детерминированный ход событий (судьба, рок), так и все отклонения от него, чудеса всегда были одинаково непонятны и прежде всего подлежали поэтическому мифологическому осмыслению. А физики только подхватили эту традицию, верно угадав ее истинный смысл.

Итак, вернемся к примеру, с которого началась эта книга. Вы вышли рано утром на работу, приняв твердое решение. Сейчас вы скажете своему малокомпетентному начальнику все, что о нем думаете. При всех. Последствия могут быть весьма серьезными... или никакими. И для вас, и для начальника. И вот, чем ближе вы подходите к работе, тем больше чувствуете, как слабеет ваша решимость и вечный проклятый вопрос начинает шевелиться в мозгу: "А стоит ли? А что изменится? Что я смогу? А если смогу, какое это будет иметь значение для Мировой справедливости? А если промолчать..." И вы проигрываете и этот вариант, убеждаясь, что он содержит немало заманчивого: и с интересной, неплохо оплачиваемой работы, точно уже, не надо будет уходить (а между прочим, у вас дети). Да и начальник ваш... его и так уберут — разберутся там, "наверху". Правда, до тех пор он еще немало хороших дел испортит... Как же быть?

(Несколько оговорок по ходу дела. Первая. Сама модель такого мысленного эксперимента придумана не мной, а заимствована из одного научно-популярного фильма. Вторая. Эффекты неопределенности и дополнительности в жизни не являются, конечно, прямым проявлением одноименных физических принципов. Но они в общих чертах позволяют иллюстрировать "по аналогии" эти достаточно абстрактные и трудные вещи на простых и близких всем примерах...)

Да, может показаться, что любой наш поступок бессмыслен, ибо обусловлен рядом причин, а потому несвободен. И последствия его быстро затухнут в цепочках причин — следствий из-за принципа неопределенности, а потому его значение в крупном масштабе окажется ничтожным. Спрашивается, есть ли выход из этого заколдованного круга?

Перед такой проблемой оказывались многие. Лучше всего об этом рассказали не ученые, а писатели.

Раскольников (крайний случай) решил проявить свободу воли, "Наполеоном стать", совершив алогичный поступок, который ему лично пользы не приносил, — убив бесполезную и даже вредную старушонку. Он не учел эффекта дополнительности, гениально прочувствованного писателем задолго до появления одноименного (хотя и не тождественного, строго говоря) принципа квантовой механики. Дело не в том, что смешна и бессмысленна попытка стать Наполеоном, казнив старушонку процентщицу. Раскольников хотел стать личностью, "Наполеоном" только внутри себя и славы не искал. Дело в том, что, выскочив как будто из сонного течения жизни таким способом, он ровно настолько же увяз в тине, устилающей самое дно этой жизни. Он казнил частицу своего "я", и боль от этой ампутации привела его на грань безумия. Он не предусмотрел, студент XIX века, обученный по канонам механистического детерминизма... А неученая Сонечка прямо сердцем, без философской школы сразу поняла суть трагедии: "Это что же ты над собой-то сделал!"

Другой литературный герой, Дориан Грей, предусмотрел: зная, что все совершенное личностью остается в этой личности и может отравить любой успех, он отделил свое дополнение от себя в виде "портрета Дориана Грея". Но законов жизни не обошел и должен был в конце концов казнить свое дополнение, а тем самым и себя.

И наконец, сам Наполеон, герой, которым хотел стать Раскольников. Толстой как будто привел к абсурду не новую идею о ходе истории, где герои только пешки, подставные фигуры. Наполеон у него — слабый, посредственный человек. Он не только не в состоянии принимать блестящие решения, как а том гласит молва, он даже не в силах просто уследить за тем, что делается само, без его прямого участия. Кутузов же у Толстого тем и велик, что позволяет событиям развиваться, "как они того хотят", всеми силами отталкивая тех, кто хочет вмешаться. Да и сам Наполеон, разве не сказал он в минуту озарения: "Мой сын не мог бы заменить меня. Я сам не смог бы заменить себя. Я — порождение обстоятельств".

Да, один человек не может изменить ход истории, но он может замедлить или ускорить его. Случайно... А порой и намеренно, если он понял его путем интуиции, озарения, как Цезарь или Наполеон, или с помощью глубокого анализа, как Маркс и Ленин.

Человек обязан решать и исполнять свой долг до конца...

Мысль о сходстве, аналогии эффектов неопределенности и дополнительности в традиционно-философской проблеме свободы и несвободы воли с чисто научными явлениями возникла у самих создателей квантовой механики, И не случайно. Эти физики, на себе испытавшие, что значит недостаточно учесть эффекты неопределенности и дополнительности в реальной жизни (создав великое — атомное пламя, они стали очевидцами того, как это величие низменно, попадая в руки военщины), многое сделали для того, чтобы пробудить в людях бдительность и заботливость к своей маленькой планете. Они вышли — по доброй, свободной воле — из лабораторий на международные конференции, не имеющие никакого отношения к физике. Они боролись за мир, и теперь можно сказать" что не напрасно. Очень много думали они и над правами и обязанностями человеческой личности. Мне кажется не случайным, что любимым писателем Эйнштейна был Ф. М. Достоевский. И отражение духовного родства этих великих людей проглядывает в следующих строках А. Эйнштейна: "Ощущение того, как надо поступать и как не надо, растет и умирает подобно дереву, но никакое удобрение не может в этом сыграть существенной роли. Что должен делать каждый человек — так это давать пример чистоты и иметь мужество серьезно сохранять этические убеждения в обществе циников. С давних пор я стремлюсь поступать таким образом — с переменным успехом".

Когда земля крикнула

Проблема свободы выбора из индивидуальной проблемы совести и даже из проблемы социальной все больше стремится вырасти в нечто глобальное. По существу эта проблема стоит сейчас перед человечеством как целым. Если раньше течение истории статистически складывалось из "броуновского движения" отдельных людей, царей, государств, то теперь мы оказались перед настоятельной необходимостью волевой, осознанной, целеустремленной деятельности человечества как целого — на случай и на авось полагаться больше нельзя. И в проблеме выбора "решать или не решать?" выбора больше нет: решать надо. И едва ли не более всего это относится к проблеме взаимоотношений человека с окружающей его средой. Но правильное решение возможно лишь при достаточно полном знании последствий нашего выбора. То есть при хорошем прогнозе.

"Раньше мы могли сказать: история, мол, рассудит. Но когда приговоренным историей окажется человечество, текст приговора окажется никому не нужным. Значит, без прогноза не обойтись" — Это слова моего друга геолога С. Мейена.

Демографы, социологи, экономисты, экологи, географы и многие другие ученые все чаще прикидывают (с вариантами для научных решений) пути развития человечества на ближайшее десятилетие, четверть века, столетие. Рождается прогностика — всеобъемлющая наука о прогнозе. Она даже имеет уже свою историю, которая показывает, что блестящие научно-технические достижения прогнозируются лучше, чем последующие осложнения.

Человек как будто овладел миром. Он вырвал себя из статистической эволюции проб и ошибок; лекарства и хирургия свели почти на нет фактор естественного отбора, без которого еще ни один вид в истории жизни на Земле не мог поддерживать свое существование достаточно долго. Принцип неопределенности, с железной необходимостью вмешивающийся в законы наследственности, как в любую ниточку причин-следствий, должен привести к возрастающему от поколения к поколению числу ошибок в наследственном фонде человечества. Ошибки остались, "редактора" убрали. И как неотвратимое возмездие — появившаяся, согласно принципу дополнительности, проблема генной инженерии. Накапливающиеся в хромосомах ошибки, кажется, есть возможность в какой-то мере устранить целенаправленно и сознательно и без варварского "редактирования", осуществлявшегося природой, которая вычеркивает ошибки вместе с существом — носителем этих ошибок. Но и сама генная инженерия несет в себе многие опасности... Как часто, спасая одно, человек своими руками создавал новую опасность! Недавно виднейшие американские биохимики и молекулярные биологи, работающие в области генной инженерии, объявили о добровольном моратории (временном запрете) на исследования в этой области и призвали к тому же ученых других стран. Генная инженерия, заманчивая панацея от наследственных болезней, обещающая создавать искусственные организмы с любыми наперед заданными свойствами, таит в себе страшную опасность, рядом с которой меркнут все опасности, грозившие миру. Достаточно представить себе хотя бы случайно вышедший из-под контроля микроорганизм, к которому нет иммунитета ни у одного летающего, плавающего или прямоходящего жителя Земли... Не говоря уж опять-таки о людях корыстных, способных на все ради достижения каких-то собственных целей.

Любое большое новшество в наше время способно вызвать цепную реакцию "дополнительностей". В спешке спасая одно, мы нечаянно создаем новые опасности.

Вот почему прогноз становится настоятельной задачей всех наук, а не только наук, специально занятых изучением стихийных бедствий.

Читатель мог бы вместе со мной продолжить ряд этих джиннов дополнительности, вылезших из бутылки нашей цивилизации. Оскудение, эрозия почв, засорение рек, озер и морей, загрязнение воздуха и даже... искусственные землетрясения — об этом джинне я говорил выше.

Об охране среды написано уже немало книг, и я не буду специально на этом останавливаться. Здесь важно отметить вот что. Спохватились как будто не поздно. Уже почти удалось справиться с проблемой атомного заражения океана и воздуха. И новые международные соглашения об охране среды (в одном из таких соглашений фигурирует и сотрудничество в области прогноза землетрясений, которому в этой книге уделено немалое место), конечно, многое изменили к лучшему.

И все-таки многое упущено. И в значительной мере из-за застойной механистической уверенности: прогресс всемогущ, как-нибудь само все образуется. И никто не сможет доказать, что уничтожение рыб Великих Американских озер или, по счастью, слабое, но необычайно широкое отравление живого мира пресловутым ДДТ нельзя было предупредить вовремя, предвидеть даже при учете эффекта неопределенности.

И сейчас, начиная опять сознавать истину, понятную некоторым мыслителям минувших веков, о том, что все в мире связано со всем и что за все мы в ответе, мы можем и должны пристально вглядываться в будущее, непрестанно улучшая методы геопрогноза. Какие еще джинны вылезут из бутылки причинно-следственных связей?

Конечно, мы обязаны сохранять заповедники-эталоны естественности в создаваемом нами искусственном мире, ибо пока не можем предсказать, что послужит лекарством человечеству через сто лет. Заповедники, уголки абсолютно дикой природы, — необходимые с точки зрения эффекта дополнительности противовесы урбанизации.

Мы обязаны сохранять леса. Ведь это они, а не водоросли океанов дают, как выяснилось недавно, львиную долю кислорода в природном круговороте СО₂ — О₂. Все это и многое другое мы должны делать, и это уже осознано и частично делается.

Но главное: мы обязаны быть настороже при появлении на свет каждого нового чуда нашей цивилизации. При нынешних темпах совершенствования всех сторон технологии, быта каждое новшество внедряется все быстрее. Нужна постоянно действующая служба прогноза, рассчитывающая все возможные отрицательные последствия даже самого на первый взгляд полезного будущего нововведения.

Скажи мне, кудесник...

Когда что-то делается на твоих глазах и отчасти твоими руками, и это что-то еще в самом начале, хочется заглянуть вперед и узнать: а что будет? Мне хочется узнать: что ждет барсуковские понижения сопротивления и другие прогностические признаки, исследуемые порой с разочарованиями и большими затратами труда, в будущем? Что там правда, а что нет? Что останется для будущего эффективного прогноза, что сгинет без следа? Хочется прогноза о прогнозе.

Разочарования... Они порой таковы, что вызывают мысли о бессмысленности, тщете всех усилий, направленных к решению проблемы. И опасения. А вдруг от прогноза будет больше вреда, чем пользы?

Судьбы прогноза в молодой науке легче понять, проследив некоторые повороты проблемы прогноза в более почтенных науках: в метеорологии и климатологии; в географии, где существуют проблема прогноза и предупреждения оползней, экологических и ландшафтных катастроф; в геологии, где существует проблема прогноза полезных ископаемых; в истории...

Что же такое прогноз? Чем отличается гадалка от настоящего ученого, строящего, исчисляющего еще не совершившиеся события? Если читатель заявит мне, что гадалка просто все врет, я позволю себе с ним не согласиться. Он либо не обращался к гадалке, либо имел дело с человеком, притворяющимся, что он умеет гадать. "Все врет" — не объясняет того, что многие люди, особенно за границей, раз и два попытавшиеся узнать о своем будущем, снова и снова идут к знакомым опытным гадальщикам, которые, конечно же, наживаются на их доверчивости, но делают это порой мастерски.

Тембр голоса, покрасневшие глаза, вспыхивающая в лице, надежда при некоторых поворотах разговора, исчезновение интереса — все это для среднего психолога не бог весть какой ребус. Он и сам человек, и много таких видел, а перечень жизненных ситуаций не бесконечен.

Мне рассказывали, как одна женщина просто из любопытства пошла к бабке-гадалке, уж очень много о ней слышала. Пришла. Та раскинула карты, посмотрела.

— Муж, — говорит, — пить не перестанет, бросай его. Не бросишь — несчастной останешься.

— Но он у меня не пьет, — сказала женщина.

— Значит, изменяет!

— И не изменяет.

— Так чего ж ты пришла, такая-сякая, делать тебе нечего? Уходи!

Когда все хорошо, меньше интересуются будущим, а живут настоящим. Сам факт, что человек пришел к гадалке, — сильнейший факт, козырь в руки "прорицателя".

В древнем античном мире предсказания оракула были важнейшей частью политики и общественной жизни. И оракулы часто оказывались в курсе дел и давали порой неглупые советы, явно имея обширную информацию об испрашивающем прорицания и о его деле. Оракул, питающий прорицание информацией, не просто пустой прихлебатель, это уже прогнозист! Это профессиональный советчик, опытный в своем деле, умеющий собирать и перерабатывать информацию, только обставлено все соответственно: треножник, дым. Туманность же формулировок — не более чем обычная осторожность прогнозиста, не желающего сесть в галошу: "переменная облачность, возможны осадки", желающего сохранить лицо и авторитет и после неудачи своего пророчества.

У Достоевского в "Братьях Карамазовых":

Да, не так-то просто порой провести четкую границу между древним вещуном, предсказывающим попутный ветер мореходу, и нынешним синоптиком. Оба выдают прогноз, питая его информацией, опытом и интуицией. Только уровень всего этого у них разный.

Мне рассказывали, как до сих пор утверждается окончательный прогноз в Гидрометеоцентре и сейсмический экспериментальный текущий прогноз на Камчатке, в Институте вулканологии. Уже после формул, графиков, вычислительных машин окончательный результат... голосуют!

Дело тут не только в том, что один метеорологический или сейсмологический "оракул" больше верит одним данным и расчетам (как правило, тем, к каким сам имеет отношение), а другой — другим, а полной "сходимости" нет. Дело в том, что голосование — это в сущности научный, статистический метод выявить прогноз неосознанный, смутно-интуитивный, какой не оформишь порой четкими доказательствами. Это момент, когда самый неуверенный отбрасывает сомнения и должен своим голосом внести свою лепту в коллективный прогноз, превращая свой мозг в своего рода ячейку сверхмозга.

Иногда высказывается мнение, что метод, "голосования прогноза" надо развивать и совершенствовать. Например, сделать голосование тайным, чтобы никакие соображения престижа (вчера говорил одно, сегодня — другое, как же?) или служебной субординации не влияли на чистый результат, чтобы прогноз шел непосредственно от интуиции, или, как иногда говорят, от подсознания. Порой утверждают, что и тайного голосования тут недостаточно, что коллективный вердикт надо извлекать из мозгов отдельных специалистов-прорицателей каким-то особенным путем, гипнотизируя их, например. Ведь не секрет, что многие наши природные способности, интуитивное мышление приглушены повседневной рутиной, самосознанием, нередко оформленным неправильно в силу воспитания ("Я не умею рисовать! Я не способен к языкам!"). А под гипнозом очень многие оказываются способными прекрасно рисовать и языки выучивают в неделю.

И кто знает, может быть, это должно быть особым профессиональным качеством нынешнего прогнозиста-оракула — способность раскованно, убирая волевым усилием разного рода перегородки, установленные в наших мозгах самим ходом жизни (например, боязнь предсказать неприятное себе и окружающим, катастрофу), выносить решение, находящееся в наименьшем противоречии с имеющимися фактами, прецедентами, опытом и интуицией. И еще — быть бесстрашным и неутомимым в отстаивании своего прогноза перед лицом явного и неявного давления окружающих: ну предскажи чего получше!