В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики - Дэниел Ергин

Фон Нейман умел молниеносно выполнять сложные вычисления в уме. В шестилетнем возрасте он, увидев, как его мать мечтательно глядит в небо, спросил: «А что ты считаешь?» Взрослым он мог даже во сне решать математические задачи и, проснувшись в 3.00, выдавать готовый ответ. У него была способность видеть вещи в совершенно новом свете. Математик Станислав Улам отмечал, что в мыслительном процессе фон Нейман задействует очень много аналогий. Улам, один из его близких друзей, обменивался с ним соображениями относительно математических задач и рассказывал ему еврейские анекдоты. Улам подтрунивал над излишней практичностью фон Неймана и попытками использовать математику в самых разных практических аспектах. Как-то он сказал фон Нейману: «Что касается использования математики в стоматологии, вам, наверное, лучше остановиться».

По словам лауреата Нобелевской премии экономиста Пола Самуэльсона, у фон Неймана был «самый быстрый ум» среди всех, кого он встречал когда-либо. Глава Национальной физической лаборатории Великобритании назвал его «самым умным человеком в мире». Один из коллег фон Неймана так обобщил мнения многих, кому довелось работать с ним: «Несомненно, он заслуживает звания гения больше всех, кого я встречал»²⁷.

Та случайная встреча на платформе железнодорожной станции в августе 1944 г. позволила фон Нейману стать «отцом вычислительной машины». Фон Нейману нужен был механический компьютер для огромного объема расчетов, связанных с разработкой атомной бомбы, которой он и его коллеги занимались во время Второй мировой войны. Размышляя над тем, как превратить теоретическую концепцию цепной реакции в грозное оружие, они «изобрели современное математическое моделирование». Но для его практической реализации нужны были вычислительные машины²⁸.

Вскоре после той встречи на платформе фон Нейман, воспользовавшись влиянием, которое он имел как ведущий научный советник министерства обороны, приобщился к проекту создания вычислительной машины. К июню 1945 г. он написал 101-страничную работу, которая стала «технологической основой для мировой вычислительной индустрии». Затем фон Нейман приступил к проектированию и созданию опытного образца вычислительной машины в Институте перспективных исследований.

Но где использовать этот новый инструмент? Фон Нейман выделил «первую большую научную тему», при работе над которой он хотел бы использовать новые вычислительные возможности, – «феномен турбулентности», или, проще говоря, прогнозирование погоды. Он понимал, что моделирование ядерных взрывов и составление прогнозов погоды во многом схоже – и то, и другое были нелинейными задачами гидродинамики, в процессе работы над которыми необходимо выполнять огромные объемы вычислений с молниеносной скоростью²⁹.

Сложность погоды обуславливала потребность в скрупулезном математическом анализе, который фон Нейман обожал и который был возможен только при использовании вычислительной машины. Стратегическая важность вопроса делала его безотлагательным. Он опасался, что Советский Союз научится изменять погоду и развяжет «климатологическую войну» против США.

Стремясь получить финансирование для своего проекта по созданию вычислительной машины и для исследования климата, он подчеркивал, что скоростные вычисления «позволят составлять прогнозы погоды на неделю или даже больше». Впоследствии он руководил проектом по созданию машины MANIAC (математический анализатор, числовой интегратор и компьютер). Газета The New York Times назвала ее «гигантским электронным мозгом»³⁰.

К 1948 г. реализация проекта «Цифровая метеорология» уже шла полным ходом. Поиском математических формул, которые позволяли связать моделирование климата с новыми вычислительными возможностями, ведал Джул Чарни, математик и метеоролог. Он и его специалисты представляли законы физики, определяющие динамику переноса тепла и влаги в атмосфере, в виде последовательности математических алгоритмов для вычислительной машины. В начале 1950-х гг. группа Чарни получила первые модели климата, созданные при помощи вычислительной машины³¹.

Стремление фон Неймана получить полное представление о циркуляции и турбулентности в атмосфере привело к созданию все более сложных моделей функционирования атмосферы планеты, т. е. моделей движения воздуха в мире. Они получили известность как модели общей циркуляции. Такие модели должны были иметь глобальный характер, потому как у Земли только одна атмосфера. Разработчики стремились сделать свои модели как можно более реалистичными, т. е. как можно более сложными, чтобы получить более четкое представление о том, как функционирует мир.

Моделирование климата было делом очень сложным, трудоемким и определенно новаторским. «Вычислительная техника в то время была такой маломощной», – вспоминал Сюкуро Манабе, один из ведущих специалистов по разработке климатических моделей, пришедший в GFDL из Токийского университета. – Если мы вводили всю информацию сразу, вычислительная машина не могла ее обработать. Она зависала, и приходилось все начинать сначала».

Но уже в 1967 г. Сюкуро Манабе и Ричард Везерольд, сотрудники принстонской лаборатории, в своей научной работе, впоследствии получившей широкую известность, высказали предположение, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфере вызовет рост температуры на планете на три-четыре градуса. К этой теме они обратились совершенно случайно. «Я хотел поглядеть, насколько чувствительна модель к облачности, водяному пару, озону и углекислому газу, – сказал Манабе. – Поэтому я стал изменять содержание парниковых газов, облачность – короче говоря, игрался. Стало ясно, что углекислый газ имеет важное значение, как оказалось, я изменил именно ту переменную, что нужно, и сорвал джекпот. В то время никого особо не беспокоило глобальное потепление… Некоторые даже считали, что приближается ледниковый период».

И хотя Манабе считал, что «это его лучшая научная работа», в середине 1970-х гг. он совершил еще несколько прорывов в области моделирования. Все эти годы точность моделей, которые становились все более сложными, все еще тестировалась на данных, полученных со спутников. И тем не менее гипотеза о том, что удвоение содержания углекислого газа вызовет рост средней температуры на планете на три-четыре градуса, стала постоянным атрибутом дискуссии о глобальном потеплении. А также запалом³².