Хаос. Создание новой науки

Оба исследователя помнили о своей научной задаче, решение которой вскоре будет вознаграждено традиционными аплодисментами и быстро предано забвению. Суинни и Голлаб намеревались подтвердить идею Ландау о возникновении турбулентности, и у них не было ни малейшего повода в ней сомневаться. К тому же было известно, что физики, занимавшиеся гидродинамикой, с доверием относятся к соображениям Ландау. Суинни и Голлаб, будучи физиками, тоже симпатизировали этой теории, потому что она соответствовала общей картине фазовых переходов. Ландау выработал достаточно эффективную схему для их изучения, основываясь на убеждении, что подобные явления должны подчиняться универсальным законам и что они не связаны со спецификой конкретных веществ. Когда Гарри Суинни изучал критическую точку конденсации углекислого газа, он, как и Ландау, был убежден, что его открытия можно будет применить к критической точке конденсации ксенона, и оказался прав. Действительно, почему бы турбулентности не быть устойчивым ансамблем сталкивающихся волн в движущейся жидкости?

Движение жидкости между вращающимися цилиндрами. Движение жидкости между двумя цилиндрами, образующее особый рисунок, дало Гарри Суинни и Джерри Голлабу возможность изучить, как именно возникает турбулентность. По мере того как скорость вращения цилиндра увеличивается, поведение жидкости становится все более сложным. Сначала в ней образуются характерные завитки, похожие на слои лент, а затем они покрываются рябью. Чтобы измерять изменения в скорости течения жидкости в момент появления каждой новой неустойчивости, физики использовали лазер.

Для того чтобы справиться с бурным движением жидкости, Суинни и Голлаб заготовили целый арсенал искусных методов, отточенных за годы изучения фазовых переходов при весьма непростых обстоятельствах. У них имелись такая методика исследований и такие измерительные приборы, о которых рядовой специалист в области гидродинамики не мог и мечтать. Для изучения кружащихся потоков они применяли лазер. Луч, светящий сквозь воду, преломлялся или рассеивался, что поддавалось измерению методом лазерной доплеровской интерферометрии. Полученную информацию хранили и обрабатывали с помощью компьютера, который тогда, в 1975 году, был большой редкостью на столах экспериментаторов.

Ландау отмечал, что по мере возрастания потока возникают новые частоты, одна за одной. «Мы знали об этом, – вспоминал позже Суинни, – и решили, что будем наблюдать за переходами, чтобы заметить, где именно появятся такие частоты. И мы наблюдали – в полной уверенности, что переход определен вполне ясно. Мы проходили фазовый переход в обе стороны, то увеличивая, то уменьшая скорость вращения цилиндра. Задача была очень четко поставлена»[191].

Отчитываясь о результатах проделанной работы, Суинни и Голлаб столкнулись с тем, что между сферой чистой физики и областью гидродинамики существовала некая, весьма живая и подвижная, граница[192]

. Она, в частности, определяла, какой отдел Национального научного фонда должен финансировать исследования. К началу 1980-х годов эксперимент с течением Куэтта – Тейлора вновь вошел в область физики, однако в 1973 году его считали принадлежащим исключительно гидродинамике, а специалистам в этой сфере первые результаты, полученные двумя физиками в небольшой лаборатории, показались подозрительно ясными. Им просто не поверили. Ведь те, кто всю жизнь посвятил гидродинамике, совсем не привыкли к столь точным опытам, какие были приняты в физике фазовых переходов. Более того, с позиций гидродинамики уяснить теоретическую подоплеку опытов представлялось весьма сложным. Обратившись в очередной раз в Национальный научный фонд с просьбой о финансировании, Суинни и Голлаб получили отказ. Некоторые из экспертов просто не зачли их результаты, а другие посчитали, что в результатах отсутствует какая-либо новизна.

Но работа ни на минуту не прекращалась. «Налицо был отчетливо определяемый переход, – говорил Суинни, – и мы сочли это необыкновенной удачей. А затем вновь двинулись вперед, искать следующий»[193].

И вдруг последовательность, о которой писал Ландау, разрушилась. Эксперимент не подтвердил теорию[194]. При следующем переходе поток «перепрыгнул» к состоянию беспорядочности, не обнаружив сколько-нибудь заметных циклов: ни новых частот, ни постепенного увеличения беспорядочных фрагментов. «Все, что мы обнаружили, – это то, что он внезапно стал хаотичным». Несколько месяцев спустя на пороге лаборатории появился худощавый, обаятельный бельгиец.