Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский

Среди моих учеников была весьма неординарная личность – Юрий Михаилович Свирежев. Он окончил физтех и учился в той знаменитой группе на кафедре Лаврентьева, из которой вышло много талантливых ученых, в том числе и Володя Александров. После успешной защиты своей кандидатской диссетртации, где я был его руководителем, Свирежев стал работать в Обнинске у знаменитого биолога и генетика Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского. Свирежев занялся биологией и постепенно превратился вероятно в квалифицированного математического биолога. Мне трудно судить сколь высока была, им обретенная новая квалификация, но всякими терминами он разбрасывался столь небрежно, что вызывал, не только у меня, но и многих других, невольную зависть своей эрудицией. Во всяком случае в Пущине он вполне успешно защитил уже докторскую диссертацию по математическим вопросам биологии. Ему я и обязан знакомством с Николаем Владимировичем.

О Тимофееве-Ресовском и его неординарной деятельности в последние годы писалось довольно много, и о его непростой судьбе, и о его весьма странном характере, его научных заслугах и т.д. В этих писаниях перед читателем является некоторая весьма экзотическая личность, которая не очень соответствует моим впечатлениям. Конечно он был зубром – сильным, умным, способным увлекать людей, как и многие настоящие большие ученые, как тот же П.Л.Капица или А.Н.Крылов. Но никакой экзотики я в нем не почувствовал. Он был очень русским, с болью переживал малую востребованность нашего научного потенциала, понимал наши возможности. Он был таким же ругателем, как и все мы технари, что нас очень роднило. Он так же старался работать на благо нашей страны и также как и мы говорил о том, что брежневы приходят и уходят, а Россия остаётся. И самое главное -ДЕЛО! Одним словом, он никогда не был диссидентом. А нормальным думающим очень смелым исследователем и мыслителем, что не одно и тоже. Одним словом, он был очень НАШ!

Иногда, приезжая в Москву, и оставался ночевать в городе, Тимофеев-Ресовский звонил мне и предлагал устроить небольшой семинар. Я приглашал несколько человек, которым может быть интересен разговор и вечером в моем кабинете в Вычислительном Центре бывали очень содержательные обсуждения. Пожалуй слово «обсуждение» не совсем точно отражает то, что там в действительности происходило. Говорил в основном Тимофеев. Он рассказывал о русском естествознании, его истории, его идеях, его философии. А, самое главное, о людях русского естествознания. Особое расположение он питал к Вернадскому и Сукачеву. Впрочем много хорошего рассказывал и о Вавилове, Шмальгаузене, Четверикове и других представителях Великого Русского естествознания. Он нам действительно сумел показать, сколь велико это русское естествознание и заставлял нас чувствовать, что мы не иваны, родства непомнящие, а наследники великой культуры, за которую еще и в ответе.

Я не помню, чтобы мы когда либо говорили о Лысенко и лысенковщине. Он просто считал эту тему недостойной ученых, да и вообще серьезных людей.

На самом деле эти семинары – они были весьма редки и их было немного – можно пересчитать по пальцам, представляли собой довольно продуманный природоведческий ликбез, который Тимофеев-Ресовский устроил нам, машинным математикам. И не без задней мысли. Дело в том, что Николай Владимирович был глубоко убеждён в том, что пришло время, когда естествознание, также как и физика потребует для своего развития всей мощи современной математики. Он понимал, что самим биологам и естествоиспытателям с такой задачей не справится и старался привлечь внимание и интерес профессиональных математиков, прежде всего тех, кто интересовался методами компьютерного моделирования. И его выбор нашей компании был совсем не случайным, также, как и выбор материала для обсуждения. И я думаю, что он добился определенного успеха – мы начали серьезно изучать работы Вернадского, подружились с очень интересным почвоведом Виктором Абрамовичем Ковдой и начали искать свой собственный путь в науках о природе.

Пару раз мне не удалось собрать семинар и тогда мы встречались вдвоем. Оба эти разговора имели для меня важные последствия.

Однажды Николай Владимирович попросил меня прикинуть – сколько жителей планеты смогут при нынешнем уровне технологического развития вписаться в естественные циклы кругооборота веществ. Я провозился с этой проблемой довольно долго. Месяца три-четыре. Как-то он позвонил мне по телефону и спросил о том, могу ли я сказать ему, хоть что-нибудь по этому вопросу. Я сказал, что очень высок уровень неопределенности, поэтому мой ответ не точен, но по моим расчётам получается что-то между двумя и восмью стами миллионами людей. Он расхохатался и сказал,"почти правильно – 500!" и без всяких расчётов. В самом деле, лишь 10 % энергии используемой людьми, составляет возобновимая энергия, то есть энергия, которая участвует в кругообороте. Все остальное даёт кладовая былых биосфер или запасы радиоактивных материалов, полученные Землей при ее рождении. Значит для того, чтобы не расходовать земных запасов, которые уже нельзя возобновить, чтобы не нарушать естественного круговорота веществ и жить в согласии с Природой, как и все другие живые виды живых существ, человечеству надо, либо поубавить свои аппетиты и найти новые технологические основы своего существования, либо в пойти на десятикратное сокращение числа жителей планеты.

Оказывается, что Тимофеев-Ресовский знал заранее такой ответ и хотел посмотреть, как я до него дойду сам – элементарный розыгрыш в его стиле. Но он заставил меня задуматься над другим вопросом – человечество взаимодействует с Природой как единый вид. Что из этого должно следовать?

А должно следовать многое. В том числе и новое представление о прошлом настоящем и будущем общества. Попытка проследить то, что должно вытекать из этого факта, привела меня к полной перестройке моего представления о диалектике общественного развития.

Другой разговор состоялся значительно позднее, в Обнинске, когда я уже начал серьезно размышлять о биосферных проблемах, внимательно читать Вернадского и думать о том как научиться изучать взаимодействие человека как биологического вида и биосферы, неотделимой частью которой он является. Видя всё бесконечное разнообразие культур, образов жизни, экономики, я старался понять что же может стать отправной позицией для изучения этого взаимодействия. Да и вообще – как можно изнутри системы изучать её всю в целом, когда мы можем располагать только локальной информацией: опыт над биосферой просто невозможен, хотя бы потому, что он бесконечно опасен!

И однажды, после какого то семинара или совещания в городском доме культуры в Обнинске, в ожидании электрички мы и разговаривали с Николаем Владимировичем о всех этих проблемах. Я ему подробно рассказал о своих сомнениях в возможностях эффективного научного анализа и о том, что я не вижу других проблем столь же значимых для человечества. Я сказал и о том, что без машинной имитации глобальных биосферных процессов нам просто не обойтись. Но как к этому подступиться?

Итак, в отличие от обычных, этот разговор начался с моего монолога. Тимофеев долго не перебивал. Когда я кончил, он сказал примерно следующее:"Я вижу, что Вы дозрели. Без моделирования здесь не обойтись, хотя это и невероятно трудно. Но игра стоит свеч. Никто кроме Вас сейчас этим заниматься не сможет, и не станет, а заняться этим необходимо". Вот такое я тогда получил благословение. Очень для меня важное.

Это был мой, по существу последний разговор с Николаем Владимировичем. Вскоре у него скончалась жена и он сам начал очень быстро сдавать. Как то вместе с Ю.М.Свирежевым мы поехали его навестить а Обнинск. Тимофеев был уже другим – исчез блеск в глазах, ко многому он потерял интерес. Николай Владимирович задавал вопросы как бы по инерции, не очень вслушиваясь в ответы. Мне казалось, что у него начала сдавать память.

Через некоторое время я узнал, что он скончался.

Глобальные проблемы: Форрестер, Медоуз и прочее

В начале семидесятых годов термин «глобальные проблемы» стал всё больше и больше использоваться в языке ученых и политиков. Вышло несколько больших публикаций, которые были посвящены этой проблематики. Ей стал заниматься Международный Институт Жизни, созданный профессором Морисом Маруа, знаменитым гистологом, возник Римский Клуб. Наиболее важной из известных мне, была работа профессора MIT Джея Форрестера «Мировая динамика». Эта работа была действительно пионерской. Автор сделал попытку описать основные процессы экономики, демографии, роста загрязнения и их взаимообусловленность в планетарном масштабе, описать с помощью всего лишь пяти переменных. Он разработал специальный язык описания, так называемый «Динамо», способы программирования и анализа получаемых результатов. На меня эта работа произвела большое впечатление. Не своей научностью – большинство используемых зависимостей брались с потолка и не выдерживали даже благожелательной критики. И не своими методами, которые очень напоминали методы плюс-минус факторов, использовавшихся инженерами для расчета электрических схем ещё в двадцатых годах. Особое впечатление на меня произвела смелость автора, поднявшего руку на проблему целостного описания биосферных процессов, вкючающих и активную деятельность человека. Эта работа перекликалась с теми разговорами, которые мы вели с Тимофеевым-Ресовским и была своеобразным ответом на мои сомнения. Я утвердился в необходимости подобной работы, хотя и считал, что она должна быть проведена совсем по иному.

Книга Форрестера была переведена на русский язык под моей редакцией и я написал в качестве послесловия к ней большую статью, в которой, может быть, впервые изложил некоторые мои собственные подходы к построению моделей, имитирующих функционирования биосферы. Года через три, работая в Иельском университете в качестве визитирующего профессора, я сумел прорваться сквозь секретарский кордон и договориться с Форестером о встрече. Несмотря на мое почти полное незнание английского языка и его очень плохой французский мы с ним сумели довольно быстро понять друг друга. Он оказался симпатичным квакером – среди них бывают и такие, очень преданным своему делу, очень скромным в жизни и... весьма мало сведующим во всём кроме своей профессии – он был инженером-электронщиком, со всеми плюсами и минусами своей профессии. Все, что он делал казалось ему гениальным и единственным в своем роде. Сама по себе биосфера его интересовала очень мало. Но вот, использование вычислительной машины для прогностической деятельности и машинной имитации реальных процессов, где бы они не проходили – такие вопросы его очень трогали и он пользовался всякими возможностями, для того чтобы узнать где его технология моделирования может быть использована. Именно ЕГО технология описания – о существовании других подходов к численному анализу сложных динамических систем, он просто ничего не знал. И, как мне казалось, и знать не хотел.

Я ему рассказал о некоторых опытах имитации, которые у нас были проведены. Мне кажется, что он не очень мне поверил, поскольку то, что мы делали было на порядок сложнее и интереснее того, что умел Форестер. Хотя его техника была замечательна своей простотой и доступностью для лиц, не владевших профессионально математикой и физикой. Но уровень настоящей математики и физики ему был просто недоступен.

Глобальными, то есть общепланетарными проблемами стали заниматься и международные организации и, в частности, ЮНЕСКО. По инициативе одного из её чиновников профессора Форти в 1971ом году в Венеции была организована первая конференция по глобальным проблемам. Её основой, если угодно, осью был доклад ученика Форрестера, Дениса Медоуза «Пределы Роста». Книга, изданная после его доклада сделалась бестселлером, была переведена на множество языков и издана фантастическим тиражом. По существу вся конференция была посвящена её изложению, демонстрации техники языка «Динамо» и машинным экспериментам с предлагаемыми моделями.

Я бы сказал, что Медоуз произвел «оглушающий» эффект – своеобразный концерт группы «хеви металл» в чинном научном обществе. Все выступавшие его хвалили и пели дифирамбы ему, его учителю и его коллегам. Единственным диссонирующим выступлением было мое.

Сам Медоуз мне очень понравился: смелый, жизнерадостный мальчишка – таким он был тогда. И модели его были нужны, и паблисити им необходимо было устроить – люди должны знать, что современный образ жизни, чреват множеством опасностей. Широкая общественность должна быть информированна о том, что катастрофа ворвётся неожиданно и у нас не будет времени изменить курс корабля и он сорвется в Мальстрем. Но я категорически отказывал работе Медоуза в научности. Как демонстрация студентам – и только! Беда Медоуза (и его учителя, Джея Форрестера) состояла в том, что они серьёзно полагали, что ими предложен путь исследования реальной динамики, того, что реально происходит на планете. И что такое направление исследований исчерпывает проблему. Он просто не понимал моих сомнений. Ему казалось открытием сам факт экспоненциального роста после потери устойчивости.

На самом деле проблема бесконечно сложнее и труднее, чем это представлялась авторам работ по моделированию с использованием форрестеровской техники. И без настоящего описания процессов взаимодействия в природе и с природой обойтись не удастся. В качестве первого шага я предлагал построить компьютерную систему имитирующую взаимодействие океана, атмосферы и биоты. А деятельность человека – его экономику, в частности, задавать в качестве тех или иных сценариев. Более того, на уровне импровизации, я попытался набросать схему такой вычислительной системы.

Мой доклад был принят без всякого энтузиазма и его коментировали весьма критически, полагая саму возможность построения такой системы моделей и необходимого математического обеспечения весьма прорблематичным. Тем не менее я возвращался в Москву с новым пониманием проблемы и глубочайшим убеждением в том, что иного пути исследования глобальных проблем просто нет! Разумеется, одних моделей биосферного взаимодействия недостаточно для глубокого анализа перспектив развития рода человеческого. Но и обойтись без них нельзя – они необходимы. Рождается новое направление фундаментальной науки, бесконечно важное для людей и математические модели займут в нем важнейшее место.

В Москве, на семинаре в Вычмслительном Центре мой доклад собрал необычно большую аудиторию, однако особой поддержки я также не встретил. Особенно резко высказался Дородницин. У нас своих задач достаточно, зачем лезть в те области, где мы ничего не понимаем – таким был лейтмотив его коментариев.

Но неожиданную поддержку я получил в секции наук о Земле. После моего доклада очень активно выступил тогдашний вице-президент Сидоренко и для предлагаемой работы мне было выделено 6 ставок – немало, даже по тем временам, когда на науку ещё тратили деньги. Вместе с ресурсами Вычислительного Центра, это позволило мне организовать две новых лаборатории. Одна из них должна была заниматься проблемами моделирования процессов биотической природы, а другая – динамикой системы океан-атмосфера. Руководить первой было поручено Ю.М.Свирежеву, а второй – В.В.Александрову. Работать они должны были в тесном контакте, по единой программе.

И началась счастливая жизнь.

У Свирежева я честно учился тому что такое биота, ибо выяснилось, что знал я о ней чудовищно мало. Потом начал что-то понимать и мы с Юрием Михаиловичем даже написали несколько совместных статей. однако в конце 70-х годов эта кооперация начала давать трещины. Одной из причин нашего разрыва было то, что Свирежев стремился делать не то, что надо, а то, что он мог, что было относительно легко. А работа требовала концентрации усилий, поисков нового качества. В результате, он начал заниматься какими то своими задачами и я потерял одну из мной созданных лабораторий. Восполнить этот пробел я уже не смог. И он пагубно отразился на всей последующей деятельности.

Зато со второй лабораторией дела шли более чем успешно. И здесь мне было гораздо легче, поскольку я был профессором именно по гидродинамике, то есть понимал предмет, а не был только учеником, а Александров – человеком, лишенным тех амбиций Свирежева, которые помешали нашей совместной работе. Совместно мы трудились с ним вечерами, обсуждая множество деталей. Организовывали семинары, приглашая самых разных специалистов, в том числе и из за рубежа. Самым трудным для нас было обеспечение «равноточности» системы моделей: все её компоненты должны вычисляться с одинаковой точностью. А решить вопрос о том, какие детали следует отбросить, а какие сохратить – всегда очень непростой вопрос. Приходилось много считать.

Одним словом к конуц 70-х годов первый вариант системы моделей был разработан. Это был настоящий совместный труд и совместное обучение: Дородницын в одном был совершенно прав – учиться пришлось многому.

Дальше шел труднейший этап разработки математического обеспечения – выбор алгоритмов, разностных схем и реальное программирование – всё это сделал Александров сам! Мое участие здесь было минимальным. Я выступал скорее в роли критика. Но провести конкретные расчеты с использованием полной модели, мы тогда ещё не смогли. Вычислительный Центр располагал в то время только вычислительной машиной БЭСМ-6, а ей задача была явно не по зубам.

Выручили американцы. Руководитель американской климатологической программы профессор Бирли выделил средства для того, чтобы нашу систему моделей отладить в центре климатологических исследований в городе Боулдер и Александров уехал на восемь месяцев в Штаты. Он не просто отладил программу и провёл множество компьютерных экспериментов, но и снял с дисплея фильм, с которым и вернулся домой. Фильм запечатлел динамику изобар – линий равного давления, рассчитанных по начальным данным на 31 декабря 70 – го года.

Я взял фильм Александрова и полетел в Новосибирск, где Г. И.Марчук, который тогда был председателем Сибирского отделения Академии, собрал группу синоптиков. Когда на экране появился знаменитый сибирский антициклон, то его зразу же узнали и аудитория в один голос сказала: типичный январь! Это была высшая оценка качества модели, ибо стало ясно, что модель правильно отражает основные особенности динамики атмосферы и гидросферы. Ни на что, кроме качественного соответствия реальности расчитывать мы и не могли. Одобрение синоптиков было очень важно – тем самым была доказана возможность использования математического моделирования в этих сложнейших процессах взаимодействия таких биосферных процессов, как перемещение воздушных масс, образование облачности, движение океанических вод и т.д. и их взаимодействие, что было особенно важным.

Мы понимали, что сделан лишь первый и очень робкий шаг, что впереди предстоит еще понять как научится, в рамках создаваемой системы, описывать динамику биоты, как включить в нее описание активной деятельности человека и найти ответ на множество других труднейших вопросов. Но памятный семинар в Новосибирске, на котором специалисты-синоптики узнали январский климат, для меня был ответом на сомнения, которые меня мучили – не есть ли моя затея с моделированием биосферы, затея, в которую я вовлек уже значительное количество людей и средств результатом моего легкомыслия? Эти сомнения казались тем более основательными, что подобных прецедентов нигде, ни в Штатах, ни в Европе не было. Наша работа носила, действительно, пионерский характер.

Мы нащупали брод. Теперь надо было аккуратно по нему продвигаться. Предстояли годы тяжелой профессионально сложной работы. Несмотря на то, что Свирежев не захотел быть членом команды, работа шла и достаточно успешно.

Карл Саган и первые сценарии ядерной войны

«Проблема ядерной ночи» возникла неожиданно. До марта 83го года мы о ней не думали. Все наши усилия были направлены на создание инструмента для анализа характера возможных взаимоотношений человека и биосферы, не нового варианта форестеровской «Мировой динамики», годной для демонстрации потенциальных опасностей, на уровне студенческих семинаров, а настоящего инструмента научных исследований. О каком либо конкретном его использовании, до поры до времени, речь и не шла. Только А.М.Тарко, активный член нашей команды в конце 70-х годов сделал попытку оценить возможные изменения продуктивности планетарной биоты при удвоении концентрации углекислоты в атмосфере. Я думаю, что это была первая работа такого характера.

Но в марте 83-го года, известный американский астроном Карл Саган публикует ряд сценариев возможной ядерной войны, которая сопровождается обменом ядерными ударами мощностью в тысячи мегатонн. Такая ситуация не могла не иметь глубоких планетарных климатических последствий. Чисто умозрительно Саган и его коллеги создают представление о ядерной ночи, которая должна была бы наступить после грандиозных городских пожаров и той пелены сажи, которая окутала бы планету после ядерных ударов... Как следствие ядерной ночи должна была бы начаться ядерная зима, так как поверхность планеты стала бы недоступной для солнечного света и начала бы быстро остывать.

Когда мы получили эти материалы, то я сказал В.В.Александрову и сотруднику его лаборатории Г.Л.Стенчикову: «Вот шанс, который нельзя упустить. Сегодня только наша система способна проверить справедливость гипотезы астронома!» К этому времени усилиями Александрова и, главным образом, Стенчикова, сама вычислительная система и ее иатематическое обеспечение были доведены до такого уровня совершенства, что мы уже были способны проводить расчёты на нашей старушке БЭСМ – 6.

В июне – июле 83-го года все расчёты и вся иллюстративная графика были сделаны. Когда Стенчиков принес мне первые расчёты, то я не поверил своим глазам и заставил его несколько раз перепроверить вычисления, вариируя разные начальные условия. Но цифры неумолимо показывали одно и тоже. Даже в том случае, если обе враждующих стороны используют лишь 30-40% своих ядерных арсеналов для удара по городам, то в верхние слои атмосферы поднимется такое количество сажи, которое на много месяцев закроет Солнце. Температуры на всей поверхности Земли, за исключением небольших островов в океане – мировой океан окажется превосходным термосом, сделаются отрицательными. А в некоторых районах Земного шара, как например, в Саудовской Аравии температуры понизятся до 30 и более градусов ниже нуля. Лишь к концу года начнётся постепенное повышение температуры.

Но планета не вернется к первоначальному состоянию. Биота не выдержит такого удара. Тропические леса погибнут, а вместе с ними и всё то, что в них живёт. Судьба северных лесов будет зависеть от того в какое время года произойдет ядерная катастрофа. Если она случится зимой, то повидимому леса смогут выжить, а если летом, то и тайгу постигнет судьба тропических джунглей. Океанической биоте будет легче выдержать удар. Однако и ей предстоит катастрофическая перестройка.