Огромный интерес физиологов к новому физическому явлению быстро привел к открытию клеточного механизма «природного» стохастического резонанса: активизация ионных каналов в мембране нейронов и, как следствие, повышение чувствительности нервных окончаний. Слабый сигнал сам по себе неспособен преодолеть порог возбуждения нервных окончаний и потому не ощущается животными. Шум же «открывает» ионные каналы, и такие предварительно активизированные нейроны легче проводят слабые сигналы, повышая восприимчивость чувствительных клеток животного.
Совсем недавно было обнаружено, что за счет стохастического резонанса улучшается эффективность многих нейрофизиологических процессов и у людей. Например, в 2002 году эксперименты Дж. Коллинза и его коллег из Бостонского университета убедительно показали, что подпороговый тактильный шум (то есть слабые беспорядочные вибрации, сами по себе неощутимые пациентом) способны обострять чувство баланса при ходьбе. А это значит, что специальная обувь с хаотически вибрирующей вкладкой в подошве может улучшить координацию пожилых людей или людей с расстройствами баланса. Другое применение той же идеи — специальные перчатки, создающие слабый тактильный шум, — повысит чувствительность пальцев и окажет незаменимую помощь микрохирургу в ходе операции.
Поистине редко какое открытие в теоретической физике находит столь непосредственные применения в повседневной жизни!
Но вернемся к ледниковым периодам. В последние годы под натиском более аккуратных данных и уточненных моделей ученые стали склоняться к мысли, что стотысячелетний цикл одним лишь колебанием эксцентриситета не объяснить. В 2004 году английские геофизики Маслин и Риджвелл в своей статье, посвященной «развенчанию эксцентриситетного мифа», собрали воедино аргументы и показали, что реальная значимость колебания эксцентриситета преувеличена: он не может быть главной причиной цикличности оледенений.
Что же тогда вызывает эту периодичность? На сегодняшний день это доподлинно не известно. Дело в том, что в последнее время обнаружилось еще несколько источников воздействия на климат, как земных, так и астрофизических. В частности, выяснилось, что на земной климат могут существенно влиять и космические лучи — потоки заряженных частиц, попадающих на Землю из глубокого космоса. Модель, которая учитывала бы усредненный отклик земного климата на все эти эффекты, пока не построена.
На этом история не заканчивается. Совсем недавно стохастический резонанс, ставший уже надежно установленным явлением в физике, вернулся в климатологию.
Согласно свежим данным, в ходе последнего ледникового периода иногда происходили резкие взлеты и падения среднегодовой температуры, в особенности в Северной Атлантике. Совершенно удивительным образом холодный и, казалось бы, устойчивый климат в северном полушарии вдруг разогревался на несколько градусов, и пару сотен лет в Северной Европе стояла неледниковая погода.
Климат Северной Атлантики определяет течение Гольфстрим. Оно переносит тепло вплоть до Исландии, охлаждается, ныряет на дно Атлантического океана и возвращается к экватору в виде холодного глубоководного течения. Гольфстрим, словно гигантский вентилятор, перемешивает морские массы и не дает слишком сильно остыть Европе и Канаде. Однако во время ледникового периода, как обнаружили в 2001 году геофизики Ганопольский и Рамсторф из Потсдама, эта циркуляция может происходить в двух режимах хрупкого равновесия. Тут и проявился стохастический резонанс: периодически изменяя один из параметров своей модели — приток пресной воды в Северный Ледовитый океан — ученые видели, как в их модели перестраивались океанические течения и как резко разогревалась или остывала Европа. Переключение между этими двумя режимами приводили к прыжкам среднегодовой температуры на несколько градусов всего за несколько лет!
Стохастический резонанс ясно показывает, что в природе существуют механизмы усиления возмущений, причем усиления не постепенного, накопительного, а резкого, «выбрасывающего» весь климат целиком из привычного состояния. Согласно последним исследованиям, такой скачок — вопреки наивным прогнозам и экстраполяциям — может произойти очень быстро, на масштабах одного поколения.
Интересный урок, оказывается, преподнес нам стохастический резонанс! Мы привыкли, что из неразберихи ничего само собой не организуется и что шум заглушает порядок. Это не всегда так. В определенных условиях шум играет конструктивную роль, не подавляет, а усиливает внешние воздействия, а значит, делает систему менее устойчивой. Такое поведение характерно не только для сугубо «технических» устройств, но и для природы в целом.
То, что стохастический резонанс всё-таки не сработал для решения исходной загадки, не должно нас расстраивать. Само явление уже надежно установлено и экспериментально открыто во многих системах. Просто столь прямолинейное применение этого эффекта к ледниковым периодам, по-видимому, оказалось ошибкой — впрочем, ошибкой, породившей новое направление естествознания.