Много шума из ничего: как шум оказался важнее сигнала.

Мы привыкли считать шум, флуктуацию помехой, которая «мешает увидеть или услышать важное». Но история физики говорит обратное: самое интересное во Вселенной прячется именно в шуме.

От преступников к атомам.

В середине XIX века Джеймс Клерк Максвелл ( известный большинству своими уравнениями электро-магнитного поля) читает рецензию Джона Гершеля ( астронома) на работы Адольфа Кетле — пионера социальной статистики. Кетле показал удивительное для своей эпохи: преступления, браки, самоубийства — хаос отдельных судеб — на уровне общества дают устойчивые средние цифры. Из хаоса единиц рождается порядок больших чисел.

Максвелл переносит эту логику на газ из атомов. Не нужно знать судьбу каждого атома — достаточно распределения скоростей. Так рождается статистическая физика. Физика заимствует метод у науки об обществе.

Атом, который был «не нужен».

Удивительно, что сама идея атома до начала XX века была отнюдь не общепризнанной, и многими физиками считалась избыточной гипотезой. Термодинамика прекрасно работала со средними величинами — давлением, температурой. Паровозы ездили, машины крутились, непрерывная среда описывала всё на основе хорошо измеримых величин. Зачем умозрительный атом? Мах и Оствальд открыто считали его лишней метафизикой и спрашивали « вы видели хоть один атом?».

Эйнштейн, открывший атом.

1905 год. Эйнштейн ( который известен созданием теории относительности, получил Нобелевскую премию за фотоэффект, но, что менее известно, внес решающий вклад в «открытие» атома) обращает внимание не на среднее, а на отклонения от среднего — флуктуации. Броуновское движение — хаотичное дрожание пылинки в воде — невозможно объяснить непрерывной средой. Пылинку толкают отдельные молекулы. Шум оказался отпечатком пальцев атома. Перрен экспериментально подтверждает расчёты — и атом становится реальностью.

Шум как инструмент познания.

Те, кто застал старые телевизоры «видели и слышали» эхо Большого взрыва по несколько раз в день. В перерывах между показом телепрограмм телевизор старого образца показывал рябь и шум.

В 1964 году Пензиас и Вильсон никак не могут избавиться от ровно такого же фонового шипения в антенне Bell Labs. Проверяют аппаратуру, выгоняют голубей из рупора — шум идёт отовсюду и не исчезает. От него нельзя избавиться, потому что этот шум- реликтовое излучение, остывший свет Большого взрыва. Нобелевская премия по физике 1978 года — за шум, который не удалось устранить.

Вся Вселенная, как мы знаем это теперь, следствие квантовых флуктуаций: планеты, звезды, Галактики. Квантовая физика микромира- почти целиком про флуктуации вакуума, которые можно наблюдать.

Сегодня логика «слушай флуктуации» работает далеко за пределами физики:
- в экономике отклик системы на малые шоки и рост флуктуаций — предвестники кризисов (критическое замедление перед фазовым переходом).
- в психиатрии динамика колебаний настроения помогает предсказывать переходы между состояниями — эпизоды депрессии ведут себя как фазовые переходы в сложных системах.

От частного к общему и обратно.

Классическая физика всегда работала с большим — и переход к малому (атому) дался ей нелегко. Социальные науки начинают с единицы, с человека — и для них нетривиален обратный путь, к большому. Но именно на этом переходе — между уровнями — рождаются новые свойства.

Смотрите за флуктуациями, они часто оказываются важнее среднего.

PS. Для руководителей: хаос, отклонение от среднего нас пугает, и не напрасно! Как показывают исследования, в скорости возврата к среднему после шока, в частоте флуктуаций кроется важнейшая информация-
предвестник кризиса. А может быть- возможность большого скачка! 🤣