22. Водоворот у опоры моста

В 1883 году в Манчестере Осборн Рейнольдс пускал воду из бака по длинной стеклянной трубе, а по её оси тонкой струйкой краску. Пока вода шла медленно, краска тянулась через всю трубу ровной нитью, как натянутая леска. Рейнольдс понемногу открывал кран на выходе, и в какой-то точке трубы нить вдруг разом расплывалась на всё сечение. При вспышке электрической искры мутное облако распадалось на отдельные завитки. Прибор сохранился. Когда спустя век на нём повторили опыт, вода срывалась в завитки раньше, чем у Рейнольдса: ей мешала дрожь от уличного движения Манчестера.

То же видно над раковиной. Тонкая струйка из крана прозрачна и гладка, как стеклянный стержень. Открой кран сильнее, и она мутнеет и рвётся. Ни одна молекула воды при этом не изменилась, изменился режим. Решает его не скорость и не ширина трубы по отдельности, а одно отношение: во сколько раз напор движущейся воды сильнее её липкости. Быстрее, шире, жиже — отношение растёт; медленнее, уже, гуще — падает. Рейнольдс показал, что порог для любых труб, жидкостей и скоростей задаёт это одно число, а его именем число позже назвал Арнольд Зоммерфельд. Вода липнет так слабо, что в кухонных трубах почти всегда бурлит изнутри: из открытого крана она идёт в несколько раз быстрее порога. Мёд в тысячи раз липче и в той же трубе не завихрится практически никогда.

Материал здесь прежний: жидкость или газ, толпа молекул с температурой и вязкостью, с которой начиналась книга. Новых частей нет. Есть одно новое условие: сквозь вещество должно всё время что-то течь, а какое это вещество, вода в реке, воздух над морем или газ чужой планеты, уже неважно.

За опорой моста вода закручивается в водоворот. Она проходит сквозь него за секунды, ни одна капля в нём не задерживается, и ни одна не знает, что кружит вокруг этой точки. А водоворот стоит часами, и если прийти завтра, он будет на том же месте. Появилась форма без собственного вещества: она сделана из воды, но ни из какой определённой воды. На Юпитере то же самое в масштабе планеты. Большое Красное Пятно, вихрь шире Земли, наблюдают без перерыва почти двести лет. Газ всё это время течёт сквозь него, а форма держится.

Отличить такой порядок от прежних просто. Кристалл соли можно убрать в ящик на сто лет, и он останется кристаллом. Водоворот в ящик не убрать: перекрой течение, и его не станет, хотя не пропадёт ни одна молекула. Нобелевскую премию по химии Илья Пригожин получил за физику именно таких порядков, которые живут, только пока их кормит поток.

Здесь учёные спорят, считать ли вихрь прообразом жизни или только удачным сравнением. У водоворота нет наследственности: вихрь за соседней опорой ничего от него не унаследует, и отбора среди водоворотов нет. Жизни понадобится ещё и стенка, которая отделит «внутри» от «снаружи». Такие стенки строятся по противоположному правилу, без всякого потока, и, как кристалл соли, спокойно переживают ящик.

Вихри рождают вихри. Англичанин Льюис Фрай Ричардсон в книге о том, как предсказывать погоду вычислением, описал это стишком: в больших вихрях сидят малые и кормятся их скоростью, в малых ещё меньшие, и так до самой вязкости. Размешай ложкой кофе и вынь ложку. Большой круговорот дробится на вихри поменьше, те на ещё меньшие, и скоро кофе стоит неподвижно. Движение не пропало: на самых мелких вихрях его съела липкость, и оно стало теплом, таким слабым, что пальцем его не почувствовать. Математик Андрей Колмогоров превратил стишок в закон и вычислил, как энергия делится между вихрями разных размеров. Закон не помнит, кто размешивал, и одинаков в чашке, в реке, в атмосфере и на Солнце.

Мельчайшие вихри в реке около миллиметра: мельче движение съедает липкость. Крупнейшие вихри в воздухе, циклоны, тянутся на тысячи километров. И на всём этом пути работают одни и те же уравнения течения.

Отсюда дерево расходится на шесть ветвей, потому что правило «форма держится на потоке» срабатывает в очень разных веществах. По четырём из них книга уже прошла в космической части, и теперь видно, что корень у них общий. Звезда светит, пока сквозь неё идёт энергия из недр, и оболочка Солнца кипит ячейками. В диске вихри уносят вращение наружу, и вещество стекает к центру. В самой планете горячий камень мантии медленно всплывает, холодный тонет, и это движение двигает плиты. Над ней крутятся колёса климата: воздух проходит сквозь них и уходит, а они стоят, пока греет Солнце.

Две ветви ещё впереди. Дальняя ведёт к стае и толпе: когда тысячи птиц, рыб или людей движутся вместе и каждый смотрит только на ближайших соседей, их общее движение описывают уравнения, похожие на уравнения течения. Птицы и люди не жидкость, и сходство здесь в уравнениях, а не в веществе. Ближняя ведёт в химию, к реакциям, которые держат свой порядок так же, как река держит водоворот, только без единого видимого завитка.