Марк Твен ходит кругами

В 1950-х годах, в связи с созданием атомных подводных лодок, способных оставаться в подводном положении месяцами подряд, возникла навигационная задача совершенно нового рода. Хотя к тому времени навигация по небесным телам давно была доведена до совершенства, а также существовали различные способы определения местоположения по радиосигналам, все эти средства нельзя было использовать на судах, патрулирующих на больших глубинах под поверхностью моря.

Эта задача была решена при помощи навигационной системы, регистрирующей ускорение в трех измерениях – другими словами, изменения скорости и ориентации судна, – при помощи набора гироскопов. Интегрируя данные, поступающие от этих инерциальных датчиков, бортовой компьютер может отслеживать все маневры, которые совершает подводная лодка, и точно определять ее положение на любой момент. При этом, однако, необходимо учитывать вращение самой Земли, а кроме того, данные системы нужно время от времени обновлять, потому что в противном случае они постепенно «дрейфуют». Этот метод, который называют инерциальной навигацией, широко применяется в ракетах, авиалайнерах и даже космических кораблях.

Интересно отметить, что человек, как и многие другие позвоночные, использует похожий механизм под названием вестибулярный аппарат. Внутреннее ухо, подобно гироскопам на борту подводной лодки, способно регистрировать ускорение, хотя работает оно по другому принципу. Внутри полукружных каналов внутреннего уха имеются мелкие камешки, называемые отолитами; они оказывают давление на чувствительные волоски, которые посылают сигналы в мозг, а тот обрабатывает эти сигналы и получает информацию о направлении и скорости движения организма. Но это еще не все. Одновременно с этим поступают ценные сигналы обратной связи от суставов и мышц. Например, подсчитав число сделанных шагов, можно оценить пройденное расстояние, а по ощущению наклона почвы и усилиям, затрачиваемым на перемещение, можно судить о том, идем ли мы вверх или вниз по склону.

В принципе объединение информации об этих элементах «собственного движения» позволяет организму отслеживать свое собственное местоположение. Однако на практике, как ни печально, эта система работает не слишком хорошо, что иллюстрирует следующая история.

После метели мир кажется совершенно иным. Многие из ориентиров, которые обычно использует путешественник, оказываются скрыты, и без хорошего знания местности – или навыков охотника-иннуита – легко попасть в беду.

Именно это и случилось со знаменитым американским писателем Марком Твеном (1835–1910) и его попутчиками в середине XIX века, когда они направлялись в город Карсон-Сити в Неваде.

Твен описывает в автобиографической книге «Налегке», как он и его спутники, в число которых входили прусский всезнайка Оллендорф и некий персонаж по имени Баллу, чуть было не замерзли насмерть. Дорогу скрывал толстый слой снега, а поскольку видимость была плохой, сориентироваться при выборе пути по дальнему горному хребту путешественники тоже не могли.

Дело явно принимало рискованный оборот, но Оллендорф сказал, что его чутье вернее всякого компаса и что он берется вывести нас к Карсон-Сити «как по струнке», самым прямым путем. Он уверял, что, случись ему отклониться хотя бы на пядь в ту или другую сторону, чутье станет язвить его, как нечистая совесть. Он поехал вперед, и мы, успокоенные его словами, бодро пустились вслед за ним. Сначала мы двигались довольно осторожно, но через полчаса мы увидели ямки от копыт в снегу, и торжествующий Оллендорф закричал:

– Говорил я вам, что мне можно верить, как компасу. Вот чьи-то свежие следы, и мы без всяких хлопот найдем по ним дорогу. Поедем побыстрей, догоним этих путников!

Твен и его товарищи пустили своих коней рысью и, видя, что следы, оставленные их предшественниками, становятся все более четкими, заключили, что постепенно догоняют их. Час спустя следы становились «все глубже и свежей», причем, к некоторому их удивлению, казалось, что всадников, едущих где-то впереди, становится все больше.

Зачем такое множество путников скачет по снежной пустыне, да еще в самую вьюгу? Наконец мы решили, что это эскадрон из форта, и пришпорили коней, чтобы поскорей догнать его. Но следов становилось все больше и больше, – эскадрон каким-то чудом превратился в полк! По мнению Баллу, верховых уже было никак не меньше пятисот! Вдруг он осадил лошадь и сказал:

– Да это наши следы, ребята! Вот уже добрых два часа, как мы кружим на одном месте в этой проклятой пустыне. Ну и ну! Просто гидравлика какая-то!

В литературе и фольклоре полно подобных историй, и они подтверждаются научными исследованиями, хотя причины их вызвали немало споров.

В 1920-х годах ученый по имени А. А. Шеффер считал, что у человека есть странная, врожденная «тенденция к движению по спирали», которая автоматически включается, когда мы не видим, куда идем. Именно она, утверждал он, заставляет нас «ходить кругами». Другие, однако, представляли доводы в пользу того, что вклад в сбои нашей навигационной системы могут вносить разная длина ног, изменения осанки, отвлекающие факторы или ошибки постановки ног (и это лишь несколько примеров).

Гораздо позднее Ян Соуман провел эксперимент, в котором он предлагал своим подопытным перейти с завязанными глазами через большое плоское летное поле. Никаких звуков, которые помогали бы им ориентироваться, не было, и исследователь обнаружил, что испытуемые были не в состоянии идти по прямой – даже на короткие расстояния. Они следовали по извилистым и, по-видимому, случайным траекториям и часто ходили по кругу; среднее максимальное расстояние, которое им удавалось пройти, составляло в целом около 100 метров.

Насколько Соуман мог сказать, в этих ошибках не было никакой систематичности; не было и никаких признаков того, что в деле замешаны какие-либо физические факторы – например, неравная длина или сила ног. Еще до этого другой исследователь проверял, как долго люди могут держать курс на цель после того, как эту цель внезапно спрячут. Оказалось, что эта способность сохраняется всего лишь в течение приблизительно восьми секунд.

Даже при наличии некоторой визуальной информации мы довольно плохо умеем придерживаться прямого курса – если только при этом не светит солнце или луна. Соуман изучал пешее передвижение людей с незавязанными глазами в двух радикально разных местностях, ни в одной из которых не было большого количества пригодных к использованию ориентиров – в лесу в Германии и в тунисской пустыне. Результаты этого исследования были интересны своим разнообразием.

При наличии облачности всем испытуемым было очень трудно идти прямо, но, когда выходило солнце, они показывали гораздо лучшие результаты и часто сохраняли одно и то же направление на поразительно больших расстояниях, даже в загроможденных и запутанных лесных зарослях. Один испытуемый, шедший ночью по тунисской пустыне, также справлялся со своей задачей весьма неплохо, пока ему была видна луна. Но, когда она скрылась за облаками, он несколько раз резко повернул и в конце концов двинулся в обратном направлении – туда, откуда и шел.

Эти результаты заставляют предположить, что люди по большей части могут ориентироваться по солнечному и лунному свету с некими быстрыми и приблизительными поправками на время. Однако наша неспособность придерживаться постоянного курса, опираясь только на внутренние сигналы, информацию о собственном перемещении, далеко не случайна. В этом процессе неизбежно возникают систематические ошибки, и они имеют тенденцию накапливаться. Поэтому направление в конце концов не может не исказиться. Отсюда следует, что животное (любого вида), стремящееся двигаться прямо к цели, непременно должно сверяться по внешним ориентирам, будь то видимые элементы ландшафта или нечто играющее роль компаса. В противном случае его путь рано или поздно примет форму, приближающуюся к спиральной.

Так что, возможно, Шеффер и был прав: может быть, у нас действительно есть врожденная склонность к движению по спирали.

* * *

В 2009 году при помощи трекера был зарегистрирован безостановочный перелет наземной птицы, которую называют малым веретенником, через весь Тихий океан от Аляски до Новой Зеландии. На преодоление расстояния 11 680 километров ей потребовалось всего лишь чуть более восьми суток. Еще несколько птиц проделали перелеты, лишь немногим более короткие, так что этот случай явно не был редким исключением из правила. Для птицы, которой для создания подъемной силы необходимо махать крыльями, – в отличие от птиц, парящих и планирующих, как странствующие альбатросы, – путешествие такой длины кажется почти невероятным. Еще большее впечатление оно производит с учетом того, что веретенник не садится на воду, так как, намокнув, он не сможет снова подняться в воздух.

Такие необычайно длинные перелеты требуют от веретенников огромных физических усилий, и они вынуждены увеличивать уровень метаболизма в состоянии покоя в 8–10 раз, только чтобы оставаться в воздухе. Такие усилия им приходится прилагать на протяжении всего путешествия. Чтобы накопить необходимые для этого запасы энергии, перед отлетом птицы набирают огромное количество жира, а их жизненно важные органы сжимаются, чтобы свести взлетную массу к минимуму. К тому моменту, как они долетают до Новой Зеландии – скорее мертвыми, чем живыми, – они теряют треть массы своего тела. Однако этим птицам также приходится находить дорогу на протяжении тысяч километров открытого моря, да еще и справляться по дороге с воздействием неблагоприятной погоды. Как им это удается, по-прежнему неясно, хотя интересно отметить, что они точно подбирают время отлета с Аляски так, чтобы воспользоваться помощью попутных ветров.

Но почему веретенники предпочитают летать прямо через открытый океан, когда они могли бы следовать вдоль берегов Азиатского континента? По-видимому, этот выбор определяют несколько факторов. Судя по всему, прямой маршрут позволяет птицам не только сэкономить ценное время, но и снизить суммарные затраты энергии. Кроме того, полет над морем помогает им избежать встречи с хищниками, например сапсанами, и уменьшает опасность подхватить паразитов или заболевания. Однако при обратном перелете на север соотношение преимуществ и недостатков, видимо, меняется на обратное: в эту сторону они пролетают бо́льшую часть пути вдоль берега.

Любые перемены сезонных ветров над Тихим океаном, вызванные изменениями климата, приведут к нарушению трансокеанской миграции малого веретенника. Угрожает ей и быстрое исчезновение водно-болотистых территорий в Китае, на которых эти птицы останавливаются для пополнения сил по пути на север.