Теория и эксперимент - две древние и могучие силы в процессе познания природы человеком. Не всегда они действовали сообща: то логика отказывалась от опыта, и философы верили, что вдвое более тяжелый камень падает вдвое быстрее; то опыт тонул в частностях и не видел логики в единстве притягивающих свойств янтаря и магнита. И только союз теории и эксперимента на протяжении последних пяти веков привел к сказочному расцвету науки и техники. К расцвету, который стал бы уже казаться утомительно однообразным, если бы во второй половине нашего столетия не появилась третья сила. Экспериментаторы со своей колокольни называют эту третью силу численным экспериментом, а теоретики со своей - компьютерным моделированием. Одним словом - "simulation", что на бытовом английском означает "притворство". Подходящее словечко! Опираясь на интенсивные компьютерные вычисления, человек всего лишь "притворяется", что взрывает Сверхновую, сталкивает комету с Юпитером или ломает ударом самолетное крыло. При этом "симулянту" удивительно везет: добытая таким путем информация соответствует действительности. Иначе и быть не может, ведь расчеты базируются на теоретических моделях и экспериментальных данных.

Тогда царями природы были они: большие и маленькие, они ходили, бегали, прыгали, ползали, плавали и летали по всей Земле. А мы тогда были очень маленькими, размером от кошки до мышки, и путались у царей под ногами, хоть и заслуживали лучшей доли по причине своей прогрессивной конструкции. И тут вмешалось оно, небесное тело примерно 10-километрового диаметра, то ли комета, то ли астероид, ударившее по Земле со скоростью в несколько десятков км/с. Земле-то что, ведь для нее такой камешек, как пистолетная пуля для танка. Но для жизни нужна не вся Земля, а тончайший слой ее литосферы, гидросферы и атмосферы. Настолько тонкий, что, когда гость из космоса коснулся поверхности планеты своей нижней стороной, его верхняя сторона была еще так высоко, где и дышать невозможно. Удар был ужасным. Колоссальная кинетическая энергия гостя за долю секунды превратилась в тепло, испарила его и окружающие массы суши и воды и образовала 150-километровый кратер, из которого с баллистическими скоростями в пространство были выброшены триллионы тонн пыли и пара. Ударная волна убила все живое на тысячи километров вокруг. Океан вздрогнул, и гигантские цунами двинулись на многие сотни километров вглубь материков. А через несколько часов пришла главная беда: выброшенный в космос фонтан пара и пыли, оседая, образовал в стратосфере блестящий слой, хорошо отражающий свет и тепло, и Землю окутал холодный мрак. Влажный тропический зной сменился снежными смерчами. На долгие десятилетия планета погрузилась в безъядерную "ядерную зиму". Они, динозавры, вымерли вместе с половиной всех живых видов. Мы, млекопитающие, выжили и за последующие 65 млн. лет заметно подросли и даже немножко поумнели. Однако новый гость из космоса может внезапно проверить, насколько же мы поумнели.

Очень многие не верят в то, чего не видели глазами и не трогали руками, хотя про "тарелки" и "биополе" болтают охотно. Не дай им бог увидеть эпицентр термоядерного взрыва или потрогать магнитное поле пульсара! Лучше уж поверить в такие вещи методом компьютерного "притворства". Это касается и гибели динозавров. Впервые гипотеза о том, что динозавров убил космический удар, была сформулирована в 1980 году в журнале "Science" Луисом Альваресом и его коллегами из Калифорнийского университета. Сегодня общепризнано, что катастрофы такого масштаба случались на Земле в среднем раз в 100 млн. лет. Гипотеза Альвареса стала теорией не сразу. Поначалу она подтверждалась только тонким слоем осадочных пород, имеющим соответствующий возраст и очень высокое содержание иридия - редкого на Земле металла, которым часто богаты метеориты. Но где же кратер? Земля - не Луна: у нас время интенсивно заметает все следы метлой из ветра и воды. Чтобы что-либо найти, надо очень хорошо знать то, что ищешь. Для выяснения параметров кратеров ударного происхождения было выполнено много численных экспериментов. Их результаты оказались весьма любопытными. Например, лунные кратеры почти все круглые, и "симуляции" подтвердили, что форма кратера практически не зависит от угла падения тела на поверхность: кратер получается круглый, не глубокий, а по ширине на порядок превосходит размер падающего тела. Удалось просчитать и сложную геологическую структуру дна кратера: под воздействием огромных давлений и температур, возникающих при ударе, породы поверхности претерпевают характерные минералогические превращения. Вот по этой-то специфической геологической структуре и обнаружили искомый кратер - ровесник гибели динозавров. Он залегает глубоко под осадочными породами в районе Мексиканского залива. Кстати, обнаружен он был, в известном смысле, компьютерами - методом сейсмической томографии. Компьютеры потрудились и над анализом пролета космических гостей через атмосферу. Оказалось, что 100-тонные метеориты существенно тормозятся атмосферой, а 1000-тонные - уже нет, но эти цифры сильно возрастают при наклонном вхождении тела в оболочку Земли. Даже сравнительно небольшие камешки могут натворить немалых бед, к счастью - не глобальных. Так, в 1908 году Тунгусский метеорит, имевший 50 м в диаметре, вошел в земную атмосферу по касательной, перегрелся и разорвался в воздухе с силой 1000 "хиросим", повалив ударной волной 2000 кв.км тайги. Это доказано не только компьютерным моделированием, но и многочисленными крупинками тривиального метеоритного вещества, обнаруженными в соответствующих годичных кольцах деревьев. Увы, реальность так прозаична: куда поэтичнее была гипотеза о взрыве звездолета пришельцев!

Если 10-километровые каменные гости навещают Землю раз в целую геологическую эпоху, то 1-километровые камни лупят по ней в среднем раз в 300000 лет. В отличие от метеоритов тунгусского калибра, удар 1-километрового булыжника способен вызвать не только локальную, но и глобальную катастрофу, особенно если он придется по океану, что как раз наиболее вероятно. Дело в том, что больше половины человечества живет в прибрежных районах, куда доберутся цунами 100-метровой высоты. И плюс к этому неизбежная "ядерная зима" на долгие годы из-за гигантского выброса водяного пара в стратосферу. Исключительно благодаря волшебному слову "simulation" человечество не пострадало от двух недавних катастроф, когда по Атлантике ударила сначала километровая комета, а через год после нее - километровый астероид. Почему такая честь Атлантике, а не, скажем, Индийскому океану? Потому что Атлантика гораздо ближе к Вашингтону, столице США, в число которых входит штат Нью-Мексико, в котором есть город Альбукерке, в котором расположены Sandia National Laboratories (см. www.sandia.gov), в которых работает ультракомпьютер Teraflops, который построил Intel. Teraflops'ом он зовется "по-сэндийски", а "по-интеловски" - Intel TFLOPS, но суть одна: 9200 процессоров Pentium Pro, 573 гигабайта оперативной памяти, 2,25 терабайта дискового пространства, 86 шкафов, весящих 44 тонны и занимающих 156 кв.м площади при коэффициенте интеллекта 1,8 триллиона плавающих операций в секунду. Кроме того, в Sandia хватает специалистов по моделированию физических процессов, связанных с гигантскими энергиями, давлениями и температурами. Ведь Sandia Labs были созданы в 1945 году на одноименной военной базе в рамках известного Манхэттенского проекта.

Весной прошлого года небольшая комета диаметром 1 км и массой около миллиарда тонн (сущая мелочь - ведь комета Хейла-Боппа весит 10 триллионов тонн) влетела со скоростью 60 км/с в атмосферу над Атлантикой под углом 45 градусов к горизонту. За ней начали следить, когда она летела уже на высоте 30 км, вызывая ярко светящуюся дугу ударной волны. Спустя всего лишь 0,7 секунды комета ударила по океану с энергией 300 гигатонн TNT. Нет, не 300 мегатонн, что было бы в 5 раз больше самого мощного в истории термоядерного взрыва (СССР, Новая Земля, 1961 год). Именно 300 гигатонн тротилового эквивалента, что в 10 раз больше энергии всего арсенала планеты 60-х годов, на пике холодной войны. Итак, она ударила и образовала гигантскую полость в воде и углубление в морском дне. Почти мгновенно сама комета и от 300 до 500 куб.км воды испарились, и высокотемпературный паровой взрыв поднялся в атмосферу. По баллистическим траекториям пар кометы и воды разлетелся по всей Земле, а часть даже ушла в космос навсегда. Гигантские цунами смыли всё с низменных областей типа Флориды и почти всё - с территории других восточных штатов до подножия Аппалачских гор. А о масштабах "ядерной зимы" говорят слова "10 арсеналов". К счастью, человеческих жертв не было, и материальный ущерб составил $0. Потому что весь этот кошмар происходил в течение 48 часов на 1500 процессорах Teraflops'а (т.е. на 1/6 его окончательной мощности) в виртуальном 3D-пространстве, разбитом на 54 млн. ячеек. Верить в реалистичность этой страшной "симуляции" следует по двум причинам. Во-первых, ее авторы - не новички в своем деле: Дэвид Кроуфорд - крупный специалист по физике высокоскоростного удара, а Марк Бослоу - по 3D-визуализации. Ранее они моделировали картину реального удара кометы по Юпитеру, случившегося в 1994 году, и наблюдения подтвердили их расчеты. Во-вторых, весной прошлого года "на Земле" они использовали ту же программу "bang and splat" (в вольном переводе - "бух и плюх"), которую успешно применили в 1994-м "на Юпитере". Но на Teraflops'е они поработали впервые, и даже 1/6 его мощности обеспечила такое высокое 3D-разрешение, что Бослоу сравнил себя с астрономом, получившим новый, более мощный телескоп.

Природа любит разнообразие. Весной этого года в Атлантику упал астероид, а не комета, и на этот раз Кроуфорд "симулировал" совместно с Артурин Брекенридж, которая отвечала за визуализацию средствами виртуальной реальности. Астероид диаметром 1,4 км со скоростью 20 км/с ударил в океан почти по касательной - 15 градусов от горизонтали. Получилась такая же, как год назад, локальная и глобальная катастрофа, с тем небольшим отличием, что выброс раскаленных газов произошел преимущественно вперед, как бы рикошетом. На этот раз 3D-разрешение было еще выше: виртуальное пространство состояло из 100 млн. ячеек. Однако расчет занял меньше времени, всего лишь 18 часов, так как работали 8192 процессора - 9/10 всей машины. Любопытна и такая деталь: численное моделирование явления производил ультракомпьютер Teraflops, а визуализацией результатов занимался, чтобы не утруждать понапрасну "старшего брата", суперкомпьютер Silicon Graphics с 16 гигабайтами оперативки. Впервые результаты столь сложной "симуляции" отображались в среде виртуальной реальности, и делалось это посредством системы eigen/VR, также разработанной в Sandia.

Говорят, что seeing is believing. Первый в мире терафлопный ультракомпьютер позволил настолько четко увидеть опасность, что пора в нее поверить. Риск того, что человечество завтра получит глобальную оплеуху из космоса, примерно равен риску пешехода завтра угодить под автомобиль. Такие события характеризуются словами "низкая вероятность - тяжкие последствия". Современные технологии уже позволяют открыть и отследить все потенциально опасные астероиды и короткопериодические кометы размером около километра и более, а также превентивно уничтожить или отклонить их в случае реальной угрозы. Вот только кто даст на это деньги? Человечество куда больше интересуется хлебом и зрелищами, чем подобными глобальными научно-техническими проектами. Например, в 60-х годах американцы буквально стонали от поборов на национальную гордость - программу "Аполлон", однако тратили на корм для кошек и собак в 4 раза больше, а на сигареты - в 12. Потенциально опасных космических тел обнаружено уже более двухсот, и каждый месяц к ним добавляется несколько новых. К счастью, ни одно из них не угрожает Земле реально в обозримом будущем. Но астрономы считают, что 9/10 опасных камней еще не найдено, и испытывают большие финансовые трудности при реализации поисковых программ. По-прежнему находится "в проекте" всемирная космическая служба обнаружения и оповещения, подобная существующей для цунами. А уничтожать опасного гостя кто будет? Пока только две ракетно-ядерные державы технологически готовы к этому, причем одной из них теперь не до того по причине глубокого перестроечного развала. А вторая имеет Teraflops и делает еще два ультракомпьютера - всё это в рамках 10-летней программы Accelerated Strategic Computing Initiative. Ах, до чего же военные любят названия стремительные, решительные! Как дети. И им, как детям, дают всё лучшее. Да будет известно уважаемому читателю, что Intel TFLOPS обсчитывал кометно-астероидный удар ВСЕГО ЛИШЬ как одну из ряда ТЕСТОВЫХ задач, которые требовалось прогнать для его окончательной приемки в Sandia Labs, после чего он наконец-то займется своим главным делом - моделированием термоядерного оружия следующего поколения. Честно говоря, я постоянно думал об этом, пока писал данную статью, и потому написать ее было очень трудно. Я, конечно, знаю, что Homo величает себя sapiens'ом, причем не всегда необоснованно. И я не пессимист, потому не сомневаюсь, что лет через 20-30 Земля сумеет достойно встретить любого каменного гостя. Но до тех пор Homo sapiens'у лучше не получать космических ударов по самолюбию, иначе он, подобно динозаврам, не поумнеет никогда.

Сергей СЕРЫЙ