I. Если физический мир настолько непредсказуем, почему мы замечаем это далеко не всегда?

На отдаленной ветке генеалогического древа (и на пыльной дальней полке генофонда) находится дядя Луи. Он человек по-своему обаятельный – сыплет солеными шуточками и постоянно просит маленьких детишек дернуть его за палец. Племянники и племянницы дяди Луи заплатили за колледж монетками в четверть доллара, которые он натаскал из ушей. Однако дядя Луи – патологический азартный игрок. Дядя Луи готов заключать пари по поводу чего угодно – чем кончится фильм, кто победит в гонке раков-отшельников, ну и так далее. Поэтому дядя Луи и Дейв прячутся от тети Мейвис в туалете и играют там в старую добрую игру – бросают монетку. Ну что в этом плохого, скажите на милость, если только монетка не крапленая?

Чтобы понять суть игры, надо объяснить, что значит «некрапленая монетка». Если монетку кидали миллион раз, то решка будет выпадать примерно в половине раз. Чем дольше бросают монетку, тем ближе к 50 % будет частота решек. Кроме того, монетка «некрапленая», если каждый следующий бросок не зависит от предыдущего. Неважно, что выпало только что – орел или решка: в следующий раз с той же вероятностью в 50 % выпадет орел или решка.

Но вот в чем загвоздка. Хотя мы ожидаем, что после миллиона бросков дядя Луи и Дейв будут идти примерно ноздря в ноздрю, мы имеем в виду именно дроби.

Технический уголок дяди Дейва. Немного статистики

В начале книги мы пообещали вам следить, чтобы количество формул не превышало абсолютного минимума. Вот уже некоторое время мы придерживаемся правила «без формул», но при чтении такой математикоемкой главы, как эта, наверняка найдутся мазохисты, которые потребуют еще. «Откуда взялись эти числа?» – слышится ваш вопль. Поэтому вот вам еще капелька математики.

Когда дядя Луи бросает некрапленую монетку, существует, как мы упоминали, достаточно высокая вероятность, что решка будет выпадать примерно в половине раз. Насколько точно? Есть полезное правило: разброс результатов будет примерно равен квадратному корню из удвоенного ожидаемого количества решек (то есть «побед»). Для простоты мы немного сжульничали, но основную картину это не меняет. Так что если вы бросаете монетку миллион раз, то, скорее всего, получите решку полмиллиона раз плюс-минус 1000 раз.

Если Луи с Дейвом бросают монетку миллион раз, Луи может и выиграть много денег, и проиграть много денег, зато утешением ему станет мысль о том, что все равно он выигрывал почти 50 % раз. Если он выиграет 501 тысячу раз (на тысячу выигрышей больше половины), то все равно окажется, что он выигрывал всего 50,1 % раз. Это и в самом деле напрасная трата времени и не слишком надежный способ сорвать приличный куш (или проиграться в дым).

В полновесных долларах картина будет иной. После миллиона бросков весьма вероятно, что Дейв или дядя Луи выиграют примерно на тысячу раз больше половины и сорвут приличный куш (или наоборот). Если вам интересно, откуда взялось это число – 1000, – рекомендуем посетить «Технический уголок дяди Дейва». Если неинтересно, ничего страшного. Это не входит в обязательную литературу по предмету.

Нас должно радовать, что в наших силах предсказать вероятность едва ли не любого исхода. Например, в игре в миллион подбрасываний Луи (или Дейв) вправе ожидать различных результатов игры со следующими вероятностями:

Чем выше кривая, тем вероятнее такой исход. Самый вероятный результат – это что они будут квиты, но Луи может выиграть (или проиграть) одну-две тысячи и при этом не слишком удивляться своему (не)везению. Хвостики по обеим сторонам графика означают, что крайне маловероятно, чтобы Дейв или дядя Луи выигрывали в подавляющем большинстве случаев. Однако, строго говоря, не исключено, что Луи бросит монетку миллион раз и каждый раз будет выпадать решка. С другой стороны, вероятность такого исхода так мала, что слово «микроскопический» рядом с ней кажется наглым преувеличением.

Если бы за везением Луи или Дейва в ходе игры следил математик, он бы описал их прогресс как «случайное блуждание». Чтобы понять, что это такое, найдите какой-нибудь неподвижный предмет, например фонарный столб. Теперь встаньте рядом с ним и бросьте монетку. Если выпадет решка, сделайте шаг на запад, а если выпадет орел – на восток. С течением времени вы с равной вероятностью окажетесь к востоку или к западу от столба, но при этом в среднем будете от него удаляться.

Вместо того чтобы просто описывать везение дяди Луи, мы докажем свою точку зрения тем, что просто сядем и подбросим монетку миллион раз. Ну, как дела у Луи?

Только поглядите! Он выиграл у своего бедного, изнуренного интеллектуальным трудом племянника-студента целых 2000 долларов! Если вы посмотрите на то, как фортуна улыбалась Луи и как она от него отворачивалась, то наверняка заметите тенденции. Возможно, примерно в середине игры у Луи выдалась череда выигрышей. Дело не в том, что у него «крапленая» монетка, в которую со стороны решки впаян кусочек свинца, дело не в том, что Луи – закоренелый шулер. Это просто результат того, что ваш мозг видит закономерности там, где их нет. Если вы когда-нибудь вкладывали деньги в ценные бумаги, то, вероятно, наблюдали такие же закономерности, когда индекс промышленных акций Доу-Джонса вдруг в течение двух месяцев кряду держался выше среднего. Главное, что следует усвоить, – это что нельзя пытаться покорять рынок ценных бумаг, предсказывая случайные взлеты и падения. Как всегда говорил наш мудрый дядюшка Мортимер, «покупай и храни».

Мы дали вам маленький урок статистики, поскольку собираемся разъяснить некоторые загадки, про которые вы даже не подозревали, что это загадки. Вернемся к кузену Герману, который уверен, что вся Вселенная против него. Разумеется, ему не под силу представить себе все, что способна сделать с ним Вселенная, дай ей волю, поэтому Дейв из чистой вредности дает Герману еще один повод не спать по ночам. «Представь себе, – говорит он, – что ты сидишь себе в гостиной, спокойно пишешь, приглядываешь за невидимками, которые живут у тебя в стенах, и вдруг весь воздух раз – и вылетает в кухню, а ты задыхаешься!» Ужас, правда? И, строго говоря, такое событие не лишено вероятности.

«Подумай об этом!» – советует Дейв и выбегает, оставив Германа в комнате одного.

Воздух состоит из молекул кислорода, азота, углекислого газа и еще всякой всячины, и все эти молекулы летают себе и почти никогда не натыкаются друг на друга. Это всем понятно, но на самом деле означает, что когда молекулы накручивают зигзаги по гостиной, их не волнует, чем заняты другие молекулы. Так что шансы на то, где находится молекула – в гостиной или в кухне, – примерно равны.

Если бы вы были олицетворением вселенной случайностей – этаким «космическим генератором случайных чисел» – и если бы вашей задачей было «решать», где будет находиться каждая конкретная молекула в каждый конкретный момент, вы могли бы для этого бросать монетку. Орел – и молекула в гостиной, решка – и она в кухне. Так вот, способен ли космический генератор случайных чисел хотя бы в принципе создать в комнате вакуум?

В принципе в вашей гостиной может создаться спонтанный вакуум, но мы вправе с уверенностью сказать, что Вселенная никогда такого не сделает. Вот почему можно не беспокоиться. Представьте себе, что в обеих комнатах находится «всего» один миллион молекул. На самом деле молекул невообразимо больше, но поскольку мы до сих пор во всем исходили из миллиона, давайте и дальше придерживаться этой линии. В среднем, половина молекул будет в гостиной и половина – в кухне (для простоты предположим, что эти помещения одинакового размера). Большую часть времени ни там, ни там не будет больше 50,1 % и меньше 49,9 % молекул. Эти числа вам уже знакомы, вы их уже видели, когда Дейв с дядей Луи бросали в туалете монетку.

Эффект, прямо скажем, не слишком осязаемый. Однако не забывайте, что эти числа отражают количество молекул в один конкретный миг. Если Герман в данную секунду жив-здоров, это не значит, что в следующую он не погибнет. Но тревожиться ему не о чем. Он не будет хвататься за горло и отчаянно втягивать воздух, даже если проживет в гостиной всю оставшуюся жизнь. Если мы расширим рамки и рассмотрим более реалистичное количество молекул в комнате, плотность воздуха в комнате, где находится Герман, не будет колебаться больше чем на одну триллионную.

Когда имеешь дело с огромными числами вроде количества молекул в комнате, требования случайности настолько строги, что их спокойно можно назвать законами. Например, воздух будет перемещаться из зоны высокого давления в зону низкого, пока везде не установится равновесие. Но ведь ничто не детерминировано, в конце концов. Все на свете – не более чем самое вероятное из множества событий, которые в принципе могут произойти.

Не хотите – не верьте. Чтобы представить дело более привычным и понятным для вас образом, позвольте познакомить вас с нашим племянником Брайаном. Брайан – очень серьезный молодой человек. Это не просто подросток, который живет в полуподвале родительского дома. Он профессионал комнатных ролевых игр и прекрасно знает, как сделать игральные кости. Он знает, что стандартная кость в виде кубика имеет равные шансы выпасть любой стороной. То есть шестерка выпадает с той же вероятностью, что и пятерка, четверка и так далее до единички. Но что будет, если мы бросим не один кубик, а несколько? Вероятность того, что выпадет одна и та же сумма, будет другой.

Объясним еще понятнее. Джефф согласился играть за варвара-полуорка в последней кампании Брайана. Чтобы создать своего персонажа, он берет набор из трех обычных костей-кубиков. Представим себе, что он бросает их одновременно. Каков наиболее вероятный сценарий? Джефф может получить сумму в три очка, но лишь в том случае, если на всех трех кубиках выпадет по единичке. С другой стороны, гораздо вероятнее, что выпадет, например, 10. Есть множество способов получить 10 очков на трех кубиках: 4–3–3, 6–2–2, 6–3–1 и так далее. Три единицы – это ситуация очень высокого порядка. Такой набор уникален. А вот сумму в 10 или 11 очков, с другой стороны, можно получить таким множеством комбинаций, что это ситуация очень высокого беспорядка.

Скажем по-другому: чашка может быть разбита множеством способов, а цела – только одним; бильярдные шары можно рассыпать по столу гораздо большим количеством способов, чем сложить в треугольник. Поскольку система – молекулы воздуха, дорогая ваза, Вселенная в целом – имеет тенденцию быть скорее в беспорядке, чем в порядке, естественное положение вещей становится все более и более случайным. Этот принцип известен как «Второй закон термодинамики». Его формулировка обнадеживает и звучит как гарантия: с течением времени беспорядок в системе возрастает.

Законы физики следуют из этого основного принципа понятным и естественным образом. Например, тепло от кипящего какао будет перетекать к вам в рот, где температура близка к 36° C. Кажется, что это очевидно, однако из этого следуют леденящие душу (пардон за каламбур) выводы. Например, Солнце и другие звезды постоянно испускают энергию, и их жар выходит во Вселенную в целом. Между тем температура космического вакуума составляет всего три градуса по Кельвину. Это значит, что все во Вселенной – планеты, звезды, галактики, даже Земля – это, фигурально выражаясь, раскаленные докрасна угли, которые постоянно подогревают пространство. Поскольку величайшее состояние беспорядка – это когда материя и жар распространены по всему пространству, наша Вселенная в конце концов насмерть окоченеет.

Однако Герману мы про это не скажем. Ему до сих пор страшно выйти из кухни. Не нужно давать ему еще один повод для размышлений.