Знакомьтесь: идеальный путешественник, или Чему можно научиться у муравьев, саранчи и сверчков
Если насекомые могут разойтись на одной дороге, то почему не можем мы?
Вполне возможно, вы считаете, что ваша дорога на работу и обратно самая ужасная в мире: мучительные монотонные пробки; постоянное нажатие педалей тормоза и газа, от которого в сознании всплывает образ скучающей обезьянки в лаборатории, выполняющей задания за печенье; водители, раздражающие своей некомпетентностью; постепенное истощение душевных сил из-за того, что вы вынуждены уезжать из дома на 45 минут раньше, чем хотелось бы вам, чтобы приехать на работу на 10 минут позже, чем хотелось бы вашему шефу.
И все же, несмотря на всю эту умственную и физическую агонию, есть по крайней мере одно маленькое утешение: другие участники движения не пытаются вас съесть.
Давайте представим себе короткую и тяжелую жизнь Anabrus simplex, или мормонского сверчка, названного так за совершенное этим видом насекомых нашествие на лагерь мормонских поселенцев в Юте во время легендарной «войны сверчков» 1848 года{1}. Огромная, растянувшаяся на многие километры мигрирующая группа бескрылых сверчков, описанная как «черный ковер, разворачивающийся через пустыню»{2}, — картина, до сих пор бросающая в дрожь жителей американского Запада. Насекомые преодолевают сотни километров, пожирая посевы и падаль. Они бесцельно растекаются вдоль дорог, умирают сами и мешают другому мигрирующему виду фауны — человеку разумному, чьи машины оказываются похороненными под плотным пульсирующим слоем насекомых. В Айдахо даже были установлены специальные дорожные знаки «Сверчки на дороге». Правда, оказалось, что виновниками неприятностей были кузнечики, но суть сообщения была понятна.
Беспорядочное на первый взгляд движение массы сверчков на самом деле оказывается хорошо организованным, коллективным поиском еды идеальной стаей, обеспечивающей собственное выживание. Когда группа исследователей занялась более пристальным изучением мормонских сверчков в Айдахо весной 2005 года, то обнаружилось, что внутреннее устройство стаи невероятно сложное. «Это выглядит со стороны как коллективное взаимодействие огромной массы особей, — говорит научный сотрудник Лаборатории по исследованию коллективного поведения животных отдела зоологии Оксфордского университета и член команды по Айдахо Йен Кузин. — Может показаться, что стая похожа на огромную группу бродячих муравьев, отправляющихся в путь за едой. Но мы обнаружили, что на самом деле сверчками движет каннибализм». То, что выглядело как взаимовыгодное сотрудничество, оказалось жестокой борьбой за выживание.
Сверчки тщательно отбирают еду на основании своих текущих потребностей в пище, и довольно часто им нужны белки и соль. А один из лучших источников белка и соли, как оказалось, — сверчок-сосед. «Когда они голодны, то пытаются съесть друг друга, — рассказывает Кузин, приветливый шотландец в футболке с надписью “Смерть Pixies[44]”. — А если вас едят, лучше всего развернуться и попробовать убежать. Если вы тоже пытаетесь кого-то съесть, лучше всего убежать от тех, кто ест вас, и догнать кого-нибудь другого». Для сверчков, которые движутся в хвосте группы по территории, уже опустошенной соплеменниками, единственным источником пищи может быть сосед.
Со стороны это больше похоже на полный хаос, чем на хорошо отрегулированное движение. Стая сверчков представляет собой прекрасный пример явления, известного как «поведение становления»: порой неожиданного и непредсказуемого формирования сложных систем путем взаимодействия отдельных особей. Рассматривая стаю как единое целое, почти невозможно определить, с чего началось движение. Даже поняв принцип, регулирующий поведение сверчков — «съешь своего соседа и постарайся, чтобы твой сосед не съел тебя», — трудно даже себе представить, чем все это может закончиться{3}.
Чтобы сложные системы работали исправно, все их элементы или, по крайней мере, бóльшая их часть должны подчиняться общим правилам{4}. Представьте «волну» болельщиков на футбольном матче, которую, как показали исследования, начинает всего несколько десятков человек. Никто не знает, сколько «волн» затухло, не успев родиться, — то ли из-за того, что никто не захотел подхватить их, то ли потому, что «волна» пошла в «неправильном» направлении{5}. Что происходит, если некоторые сверчки устали от постоянных попыток избежать челюстей своих голодных собратьев и решили бросить стаю? Коллеги Кузина закрепили радиомаяки на нескольких сверчках и отделили часть их от стаи. Примерно половина из отделенных сверчков была убита хищниками в течение нескольких дней. Из тех, кто остался в стае, никто не погиб7. Следовательно, быть в стае намного безопаснее, чем искать приключений в одиночку, — даже несмотря на то, что тебя могут в любой момент съесть свои же соплеменники.
Что поразительно в формировании этих систем, так это то, как быстро могут измениться правила и форма группы. Кроме сверчков, Кузин также изучал пустынную саранчу (Schistocerca gregaria) как в лаборатории Оксфорда, так и в дикой местности в Мавритании. У нее есть две «личности». В фазе «одиночества» она безопасна: живет спокойно малочисленными рассеянными группами. «Это осторожные, загадочные зеленые кузнечики, — описывает их Кузин. — Но в определенных условиях (например, после засухи) эти милые существа в поисках еды превращаются в монстров, огромную бурую массу мародеров». По словам Кузина, пустынная саранча может покрыть 20% всей поверхности Земли, уничтожив то, что должно обеспечить питанием огромное количество людей. Поняв, как и почему образуются эти стаи, ученые смогут предсказывать, где и когда они сформируются. Поэтому исследователи взяли большое количество особей выращенной в Оксфорде саранчи, поместили в замкнутое пространство и при помощи специальной аппаратуры стали следить за насекомыми.
Если саранчи совсем немного, особи, по словам Кузина, разлетаются в разные стороны, «как молекулы газа», и занимаются своими делами. Но если они группируются (принудительно в лаборатории или из-за отсутствия еды в естественных условиях), начинают происходить интересные вещи. «Запах и вид других особей или прикосновение к задней лапке меняют поведение, — говорит Кузин. — Вместо того чтобы избегать, они начинают тянуться друг к другу, и группа становится все больше и больше». Когда она достигает «критической плотности», особи саранчи спонтанно движутся в одном и том же направлении.
«И при чем тут дорожное движение?» — спросите вы. Самый очевидный ответ на этот вопрос таков: перемещение насекомых сильно напоминает его, а наше поведение за рулем во многом схоже с коллективным поведением животных. В обоих случаях движение регулируется простыми правилами, и цена за их нарушение может быть очень высокой. (Представьте себе, что в роли хищника выступает полицейская машина или авария.) Люди, как и насекомые, перемещаются, чтобы выжить. Ведь если бы нам не надо было себя обеспечивать, вряд ли мы бы поехали куда-то одновременно с другими. Как и насекомые, мы считаем, что двигаться группой — даже если каждый из нас сидит в собственной машине — разумнее, чем быть предоставленными самому себе. Фактически с того времени, как появились пробки, рабочие графики стали более разбросанными во времени. Это делалось для того, чтобы не все одновременно оказывались в дороге. Но даже в эпоху удаленной работы и гибких графиков пробки на дорогах остаются, поскольку сохранение общего временнóго окна, в течение которого мы можем общаться и взаимодействовать друг с другом, все еще считается лучшим способом вести бизнес.
Как в дорожном движении, так и в мире насекомых существуют разнообразные скрытые виды взаимодействия, малейшие изменения которых могут затронуть всю систему. Давайте вспомним сравнение позднего и раннего перестроения из одного ряда в другой. Если каждый водитель будет придерживаться только одного принципа — перестраиваться в последний момент, а не при первой возможности, — вся система изменится кардинально. Как и в случае с саранчой, ситуация на дороге часто меняется в момент образования критической плотности. Если к группе особей саранчи примкнут еще несколько, неорганизованная стая может превратиться в организованную. Если к группе машин добавится еще парочка, гладкое плавное движение обернется беспорядочным затором{6}.
По мнению Кузина, отдельный сверчок или саранча, несмотря на опасность быть съеденным во время движения со своими собратьями, делает правильный выбор. Мы во многом похожи на саранчу. Наше взаимодействие в одно мгновение может обернуться жестокой конкуренцией. Иногда мы сама невинность: занимаемся своими делами и не мешаем машине, едущей впереди нас. Но в определенный момент обстоятельства меняются, затрагивая наше поведение. Мы становимся монстрами, которые въезжают в зад машины (едят ее), пытающейся уйти от преследования (не желающей быть съеденной), жалея, что не можем съехать с дороги, поскольку это самый удобный путь домой. Исследование, проведенное в Калифорнии, зафиксировало постоянное и предсказуемое увеличение числа звонков по «горячей линии» и агрессивного поведения на дороге в вечерние часы пик. Другое исследование показало, что на одном и том же отрезке дороги водители гудели в субботу и воскресенье реже, чем в рабочие дни (даже с учетом разницы в количестве автомобилей в выходные и будни){7}.
Совсем по-другому все устроено, пожалуй, у самого развитого в области организации дорожного движения существа — бродячего муравья Нового света, или Eciton burchellii. По всей видимости, эти муравьи — лучшие путешественники в мире. Их колонии походят на мобильные города с населением до миллиона особей. Рассвет муравьи встречают, занимаясь каждый своим делом. Утренний час пик поначалу выглядит немного хаотично, но движение быстро организуется. «Утром, например, в трещине дерева вы видите живой шар из муравьев высотой в 1,5 метра, — говорит Кузин, изучавший муравьев в Панаме. — Потом они начинают выползать из своего гнезда. Поначалу перед нами предстает беспорядочная груда муравьиных тел. Но через некоторое время муравьи начинают двигаться в общем направлении. Как они выбирают его — непонятно».{8}
Первыми возвращаются обратно в муравейник те, кто отправился в путь раньше других и уже собрал еду. В это время остальные муравьи уходят дальше в лес; по пути они создают сложную систему тропок, ведущих к дому. Эти дорожки похожи на ветки, расходящиеся в разные стороны от ствола. Поскольку муравьи слепы, они помечают свой путь феромонами — химическими веществами, которые служат дорожными знаками и разделительными полосами{9}. Тропки (часто довольно широкие и длинные) становятся магистралями, заполненными плотными и быстрыми потоками участников движения. Но есть серьезная проблема: дорога двусторонняя, а возвращающиеся муравьи загружены едой. Они ползут медленнее и занимают больше места, чем те, кто только выходит из муравейника. Как они разбираются, какой поток куда пойдет и кто должен проходить первым по дорогам, которые они только что проложили?
Кузин, предположивший, что муравьи, возможно, придумали «правила оптимизации потока дорожного движения», вместе с коллегой сделал подробную видеозапись одного отрезка муравьиной тропки в Панаме{10}. На записи видно, что муравьи вполне осознанно создали трехполосную дорогу с четким сводом правил: муравей, покидающий муравейник, пользуется двумя внешними полосами, а возвращающийся домой занимает центральную. «Конечно, муравьи выбирают определенные полосы не случайно, — говорит Кузин (в конце концов, другие виды муравьев не прокладывают по три полосы). — Их привлекает высокая концентрация химических веществ, которые скапливаются там, где больше всего муравьев, то есть в центральной полосе».
Игра «кто первым струсит» между муравьями, выходящими из муравейника и возвращающимися домой, продолжается до тех пор, пока одни не увернутся от столкновения с другими. Случайные столкновения возможны, но именно трехполосная структура дороги, по мнению Кузина, помогает минимизировать вызванные ими задержки движения. Муравьи не любят терять времени даром. Закончив все вечерние дела и вернувшись домой, колония в темноте перемещается на новое место, чтобы с утра начать новый жизненный цикл. «Этот вид развивался в таких условиях многие тысячи лет, — говорит Кузин. — У них самое организованное дорожное движение на нашей планете»{11}.
Секрет этой невероятной эффективности заключается в том, что, в отличие от саранчи и людей, муравьи действительно коллективные существа. «Они на самом деле хотят сделать лучше для всех», — рассказывает Кузин. Поскольку рабочие муравьи не могут размножаться, они работают на королеву. «Колония — это в некотором смысле единица репродукции, — объясняет Кузин. — В качестве вольной аналогии представьте клетки в вашем теле, которые делают все, чтобы вы могли распространять свои гены». Успехи каждого отдельного муравья — неотъемлемая часть здоровья всей колонии; именно поэтому их организация движения настолько эффективна. Никто не пытается съесть себе подобного, время любой отдельной особи ценно, никто не мешает прохождению другого и никто не заставляет никого ждать. Если какой-то кусок еды слишком большой и нужно больше носильщиков, муравьи присоединяются к группе до тех пор, пока не достигнут определенной нужной им скорости. Они даже строят из своих тел разнообразные мосты, если того требует дорожное движение.
«А как насчет перестроения из полосы в полосу? — спросил я Кузина в столовой Колледжа Баллиол. — Что делают муравьи в этой ситуации?» — «Они определенно умеют перестраиваться, — ответил он со смехом. — И в таких ситуациях происходит что-то очень интересное. То, что стоит внимательно изучать».
Сыграть в Лос-Анджелесе в Господа Бога
Неважно, который сейчас час. На дорогах все равно пробки, заторы, в общем, такое движение, от которого хочется повеситься.
«Извините, попал в пробку». После «Как дела?» эта фраза в Лос-Анджелесе — самый распространенный способ начать разговор. Иногда создается впечатление, что одна половина города ждет, когда к ней приедет другая.
Но есть один день в году, когда опаздывать в Лос-Анджелесе просто нельзя, когда весь мир — или, по крайней мере, несколько сотен миллионов его обитателей — хочет, чтобы все успели приехать вовремя в одно и то же место. Это день вручения премии «Оскар», когда около 800 лимузинов со звездами прибывает на угол Голливудского бульвара и Хайленд-авеню, чтобы высадить их около кинотеатра Kodak. На красной дорожке обычно спрашивают «Как ваши дела?», «Кто сшил ваше платье?». Сложный вопрос — «Как 800 машин приехало в одно и то же время на одну и ту же церемонию?» — в этот вечер никто не задает.
Разгадка кроется в лабиринтообразном подвале здания мэрии в центре Лос-Анджелеса. Там, в темной комнате с кондиционером и стеной, увешанной мигающими мониторами, которые показывают основные транспортные потоки города, находится мозговой центр отдела автоматического наблюдения и контроля дорожного движения Лос-Анджелеса (ATSAC). Подобные центры управления есть во многих городах — от Торонто до Лондона. (В Мехико инженеры с удовольствием продемонстрировали мне видео, на котором уезжающие водители показывали в камеру средний палец.)
По воскресеньям офис ATSAC в Лос-Анджелесе обычно пуст, спокойно жужжат компьютеры, контролирующие светофоры. В случае поломки система вызывает специалиста. Но в день вручения «Оскара» там с 9 утра дежурит инженер Картик Патель. Еще один человек сидит за столом и практически все время молчит. В стратегически важных местах размещены группы инженеров. На столе за маленьким компьютером сидит небольшая фигурка героя комиксов Дилберта[46], на которую кто-то наклеил надпись: «Оператор ATSAC».
Поскольку город не может позволить себе перекрыть всю транспортную сеть даже в этот вечер, беспрепятственный проезд лимузинов участников церемонии обеспечивается с помощью сложных маневров, просчитанных мощными компьютерами. Система знает, сколько автомобилей ждет на каждом крупном перекрестке, благодаря металлодетекторам, расположенным под асфальтом (их выделяют тонкими черными кругами смолы). Если в 15:30 внезапно на дорогах появляется столько машин, сколько бывает в час пик, компьютеры запускают «план часа пик». Этот и подобные ему планы можно изменить меньше чем за 5 минут. (Теоретически они могут меняться с каждым циклом светофора, но тогда система даст сбой.) Меняя сигналы светофоров на каждом перекрестке, ATSAC планирует будущие действия — как будто играет в дорожную версию шахмат компьютера Big Blue[47]. «Система вычисляет спрос, — говорит Патель. — Но она должна подумать и спросить: “А сколько времени мне нужно до следующего переключения сигнала?”»
В течение некоторого времени ATSAC накапливает данные о том, что происходит на определенном перекрестке в определенное время определенного дня. Патель показывает на монитор, на котором видно что-то отдаленно напоминающее игру SimCity[48] с компьютерными изображениями светофоров и улиц, но без людей. На одном из перекрестков вспыхивает сигнал. «На этом отрезке уже в течение года в 15:30 в воскресенье все происходит одинаково, — объясняет Патель. — Но сегодня случилось нечто особенное, — обычно дела обстоят не так плохо. Компьютер считает эту ситуацию выходящей за обычные рамки и присвоил ей статус происшествия». Он попытается решить проблему в рамках одного временнóго цикла.
Но в день вручения «Оскара» инженеры обеспечивают, чтобы определенные потоки — те, в которых находятся лимузины звезд, — двигались быстрее, чем обычно позволяет система. Во второй половине дня, по мере приближения времени начала церемонии, становится очевидно, насколько это сложная задача. В центр приходят запросы от инженеров, в буквальном смысле дежурящих на перекрестках. «ATSAC, вы можете дать преимущество Уилкокс-авеню в Голливуде?» — слышится потрескивающий голос из рации Пателя. В это время Патель говорит в телефон: «Вы в районе Хайленда и Сансет? Там небольшая пробка в северном направлении». В одной руке у Пателя мобильник, в другой рация; в это время звонит обычный телефон. «Лимузины начинают сдавать назад, почти в Санта-Монике», — сквозь треск помех пытается прокричать кто-то.
Видя, как Патель бешено барабанит по клавиатуре, удлиняя время светофорного цикла здесь, отменяя левый поворот там, можно подумать, что быть инженером дорожного движения — все равно что играть в Господа Бога. Нажимая на какую-нибудь кнопку, Патель влияет не только на определенную группу людей, но и на весь город, поскольку это воздействие затрагивает всю транспортную систему. Это теория мирового хаоса в масштабе Лос-Анджелеса: слишком долгий красный свет в Санта-Монике вызывает пробку в Уоттсе.
В этот момент возникают опасения, что может случиться что-то серьезное. Пателя очень беспокоит перекресток Ла Бреа и бульвара Сансет. «Да, Пити, что там происходит? — кричит он в трубку. — Сколько там людей? Нормально». Патель признается, что его отдел вступил в «трудовой конфликт» с начальством. Около 300 сотрудников не вышли на работу под предлогом болезни и проводят пикеты на улицах, по которым должны ехать звезды, — лучший способ привлечь к себе всеобщее внимание! Некоторые все же вышедшие на работу инженеры звонят ему и спрашивают, почему лимузины задерживаются. Звонят пикетчики, которые интересуются, какие перекрестки стоит перекрыть. «Скажите им идти медленнее, они движутся слишком быстро», — говорит Патель в трубку. Приходят сообщения о том, что полиция теснит пикетчиков с перекрестков, чтобы те не блокировали движение. «О господи, как они могут выгнать вас оттуда? У вас есть законное право на пикет. Вы можете идти по любому переходу без знаков… Идите, но очень медленно».
Патель пытается одновременно обеспечить проезд лимузинов к месту назначения и подсказать пикетчикам, как лучше всего помешать движению. Означает ли это, что благодаря его усилиям у бастующих будет возможность дольше беспрепятственно шагать по проезжей части? На лице Пателя появляется загадочная улыбка, но он ничего не отвечает. Потом извиняется и уходит в дальнюю комнату, где говорит по телефону. Он сообщник пикетчиков? Или обязанности все-таки взяли в нем верх над трудовой солидарностью? В тот момент нельзя было сказать наверняка, но любопытно отметить, что позже Патель и еще один инженер были обвинены в незаконном вмешательстве в работу светофора на четырех ключевых перекрестках{12}. В ноябре 2008 года они признали себя виновными в незаконном использовании компьютера с целью поддержки забастовщиков. Но с учетом смягчающих обстоятельств их приговорили только к общественным работам.
Несмотря на активность пикетчиков, лимузины прибыли вовремя. По иронии судьбы в тот вечер победила картина «Столкновение», повествующая о дорожном движении Лос-Анджелеса в буквальном и метафорическом смысле. После церемонии лимузины отъезжают от театра Kodak, чтобы влиться в общий поток и добраться туда, где проходят вечеринки для победителей и номинантов.
Вечер вручения премии «Оскар» прекрасно демонстрирует, насколько сложнее дорожное движение у людей по сравнению с муравьями. Муравьи тысячелетиями развивали способность перемещаться синхронно, с пользой для всей колонии. Люди организуют движение искусственно и пока на протяжении всего лишь нескольких десятилетий. Участники движения не представляют собой группу, объединенную одной целью. Наоборот, у каждого из них имеется своя задача (например, добраться на церемонию или устроить демонстрацию). Все муравьи перемещаются приблизительно с одинаковой скоростью, тогда как людям нравится двигаться со скоростью, удобной только им. И, главное, муравьи движутся как муравьи. Они всегда чувствуют присутствие своих соседей{13}. Люди разделены не только в пространстве. Они делятся и на водителей и пешеходов и действуют так, как будто не относятся к одному виду живых существ.
Как и другие города, Лос-Анджелес не располагает к взаимодействию. Его дороги заполнены людьми, которые ходят и ездят, как хотят, где хотят и когда хотят, независимо от того, что делают все остальные. Инженеры же при помощи технологий, знаков и законов пытаются смоделировать систему коллективного взаимодействия. Они стараются сделать нас меньше похожими на саранчу и больше — на муравьев.
Взять, например, светофоры. В Лос-Анджелесе, как и везде, часто можно услышать жалобы водителей: «Почему бы не синхронизировать их так, чтобы получилась “зеленая волна”?» Проблема заключается в том, что в другом направлении едут люди, которые тоже хотят двигаться на зеленый. Две группы людей желают одного и того же. И перекресток (самый проблемный участок дороги) превращается в поле боя. Глава Транспортного управления Джон Фишер приводит в пример лифт в высотном здании: «Вы входите в лифт, и он останавливается на каждом этаже, потому что кто-то нажимает кнопку. Люди хотят выйти или зайти. Он синхронизирован или нет? Если остановок много, то потребуется довольно продолжительное время, чтобы добраться туда, куда вам надо. То же происходит и со светофорами».
Инженеры могут использовать сложные модели, чтобы выжать столько «сигнальной прогрессии» из сети, сколько можно, чтобы дать водителю «зеленую волну». Фишер говорит, что, когда он в 70-х пришел в Транспортное управление, «светофоры устанавливались через каждые 400 метров». Время цикла (то есть время, за которое на светофоре сменяются зеленый, желтый и красный цвета) составляло 1 минуту, что давало водителям, едущим со скоростью 50 км/ч, возможность попасть в «зеленую волну».
Но плотность населения в городе с годами увеличилась настолько, что пришлось установить больше светофоров. В некоторых районах они установлены на углу каждого квартала, а значит, там же нужны пешеходные переходы. Инженеры были вынуждены увеличить длину цикла на 30 секунд — максимум для крупных городов. «Скажем, цикл составляет 1,5 минуты, — говорит Фишер. — Даже если расстояние от одного светофора до другого 400 метров, вы успеете ускориться до 30 км/ч, а не до 50. А теперь представьте, что светофоры стоят в каждом квартале или через каждые 100 метров, — у вас просто нет возможности разогнаться. В лучшем случае вас будет останавливать каждый третий светофор». «Зеленая волна» возможна только там, где загруженность второстепенных дорог мала. Но в Лос-Анджелесе, по словам Фишера, «дорожное движение практически везде и во всех направлениях одинаковое». Некоторые перекрестки настолько перегружены, что даже ATSAC не может помочь{14}.
Еще больше усложняют ситуацию пешеходы, которые есть даже в Лос-Анджелесе. В «Лос-анджелесской истории»[49] была веселая сцена, когда Стив Мартин ехал на машине в соседский дом. Но на самом деле люди там ходят пешком, причем не только к припаркованному автомобилю или от него к дому. Инженеры дорожного движения смотрят на пешеходов как на раздражающие песчинки, мешающие работе их мягко гудящих машин. С легкой снисходительностью людей идущих называют «уязвимыми участниками движения». (И это при том, что каждый год в США достаточно много людей гибнет в автомобилях{15}, поэтому возникает вопрос: кто более уязвим?) В лексиконе инженеров есть такие фразы, как «пешеходное сопротивление» и «пешеходное вмешательство»{16}, которые имеют негативную коннотацию и на самом деле означают, что иногда люди «имеют наглость» переходить улицу пешком, что приводит к разрыву в «насыщении» потока автомобилей, поворачивающих на перекрестке.
Но почему-то никто из инженеров никогда не писал о том, как «автомобильное вмешательство» мешает насыщению потока людей, пытающихся перейти улицу. В таких городах, как Нью-Йорк (хотя, например, на Пятой авеню число пешеходов значительно превышает число автомобилей), светофоры отдают преимущество машинам{17} — кто-нибудь когда-нибудь шел по Пятой авеню в «зеленой волне»{18}? По сравнению с Нью-Йорком, где пешеходы переходят дорогу толпами и практически все кнопки на светофорах вышли из строя (хотя все еще соблазняют нетерпеливых ньюйоркцев), в Лос-Анджелесе пешеходов меньше, так что в целом кнопки исправно функционируют. Человек кротко просит у дорожных богов города разрешения перейти улицу, и через некоторое время они отвечают на его молитвы. Если вы не нажмете кнопку, то так и будете стоять, пока вас не оштрафуют за бродяжничество.
Иногда дорожные божества сталкиваются с божествами еще более авторитетными{19}. Совершенно удивительный для Лос-Анджелеса факт: около 75 светофоров, расположенных в районе от Сенчури-Сити до Хэнкок-парка, переключаются сами, и, чтобы перейти улицу, пешеходам не нужно нажимать кнопку. Эти перекрестки дают возможность расслабиться. Как иудеям нельзя управлять машинами или электрическими устройствами с заката в пятницу до заката в субботу или во время большинства праздников, так и вам не нужно нажимать на кнопку светофора. В качестве единственной альтернативы постоянному пересечению улиц в неположенных местах на некоторых перекрестках власти установили автоматические указатели «Идите» (которые вызывают то, что Фишер в шутку называет «жертвенными перерывами» в дорожном движении, — ведь они горят даже тогда, когда пешеходов на переходе нет). «Программа пешеходного светофора учитывает иудейский календарь», — рассказал Фишер.
Транспортное управление предложило установить чувствительные устройства, которые определяют присутствие пешехода на переходе и активизируют сигнал, но Совет раввинов Калифорнии мягко отклонил это нововведение, посчитав, что, поскольку переключение светофора активируется пешеходом, пусть и пассивно, это нарушает ограничения Дня отдохновения. Если бы пешеходы не сознавали, что их присутствие включает устройство, сенсоры можно было бы установить, но «люди быстро поймут это и перестанут пользоваться в Шаббат этим переходом»{20}.
Но все это бледнеет перед тем фактом, что дорожное движение в Лос-Анджелес сейчас интенсивнее, чем когда-либо. «Многие главные улицы, например Ла Сьенега и Ла Бреа, пропускают около 60 тысяч транспортных средств в день, — говорит Фишер. — А рассчитаны они на 30 тысяч». Несколько лет назад инженеры попробовали расширить пропускную способность на бульваре Уилшир и других важных магистралях при помощи реверсивных полос, где можно было менять направление движения, чтобы разгрузить дорогу по утрам и вечерам. Но теперь это невозможно. «Когда разница между количеством машин, двигающихся в противоположных направлениях, большая (например, в одну сторону 65% от общего количества, в другую — 35%), с этим справляются реверсивные полосы, — говорит Фишер. — Но сейчас загружено все и везде». На скоростных магистралях происходит то же самое. Автострада Сан-Диего I-405 была спроектирована в конце 60-х под 160 тысяч транспортных средств в день. Теперь по ней ежедневно проезжает почти 400 тысяч машин, а место, где она пересекается с автострадой Санта-Моника, — самый переполненный участок дороги во всей Америке. По Санта-Монике всегда было тяжело проехать утром к центру города и вечером обратно. «Выехать обычно сложнее, чем въехать», — отмечает Фишер.
«У нас бывали спокойные дни, — рассказывает Дон Хелоу, инженер Управления транспорта Калифорнии — вездесущего агентства, которое несет ответственность за дорожное движение в штате. — Обычно это были вторник, среда и четверг в неделю без праздников. Если не было дождя, люди не ехали куда-то на отдых или в отпуск, то и аварий не было. Теперь такого практически нет».
От развала систему удерживает то, что отличает нас от муравьев: способность одновременно видеть и направлять всю транспортную систему. Принимая решения, координируя сложное взаимодействие желаний и потребностей, спроса и предложения на перекрестках, инженеры постоянно оптимизируют городское дорожное движение. Исследование, проведенное несколько лет назад Транспортным управлением, показало, что в тех городах, где установлены светофоры, корректируемые в режиме реального времени, средняя продолжительность пути из одной точки в другую сократилась почти на 13%, скорость движения увеличилась на 12%, задержки в дороге уменьшились на 21%, а количество остановок сократилось на 31%{21}. Возможность послать в Управление сигнал о том, что какой-то светофор вышел из строя, повысила эффективность системы. Дорожные инженеры расширили «фактическую» пропускную способность, чего невозможно было достичь с помощью дополнительных полос.
Чтобы эффективно координировать транспортный поток, необходимо получать достаточно информации. Если нет дополнительных мощностей, все неполадки должны выявляться и исправляться как можно скорее. Инженеры из Управления транспорта Калифорнии говорят, что, как показывает их опыт, после каждой минуты пробки на дороге еще 4–5 минут сохраняется задержка движения. Индукционные петли, размещенные под асфальтом, могут фиксировать изменения интенсивности потока. Но эти петли функционируют не в режиме реального времени. Между моментом получения информации и ее обработкой проходит от нескольких минут до четверти часа. Зачастую для проверки наличия проблемы необходимо визуальное подтверждение. А в это время может образоваться огромная пробка. Иногда петли в некоторых частях автострады не работают (согласно отчетам Управления транспорта, ежедневно функционируют около 65–75% петель от общего количества в 28 тысяч). Есть даже такие участки, где петли не были установлены.
Именно поэтому каждый день жители Лос-Анджелеса слушают сообщения о ситуации на дорогах. Дорожные новости — саундтрек повседневной жизни города, навязчивые звуки сирен и сталкивающихся автомобилей. По словам Веры Хименес, ведущей утренней рубрики дорожных происшествий на станции KCAL (филиал CBS в Лос-Анджелесе), иногда происходит нечто удивительное. «Это бывает даже забавно, — сказала она однажды. — Иногда мы слышим совершенно непривычную новость о пустых дорогах. День не праздничный, в городе ничего не происходит, просто движение перестает быть интенсивным. Хотите верьте, хотите нет, но все едут именно туда, куда им надо, отлично перестраиваются. И это прекрасно».
Лос-Анджелес занимает первое место в мире по числу сообщений о дорожных происшествиях и журналистов, специализирующихся на этой тематике. Однажды рано утром я ехал в Тастин, что в пригороде округа Ориндж, где находится одна из самых крупных информационных служб дорожного движения Airwatch. В комнате, заполненной телевизорами, компьютерными мониторами и полицейскими сканерами, сидел Крис Хьюз и занимался утренним часом пик. Вооруженный секундомером, возбужденный от кофеина, Хьюз быстро напечатал четкое сообщение: «Интенсивное движение в Лонг-Бич этим утром между 405 север через Вудрафф-авеню до 710 и с магистрали 110 до Инглвуда...»
Радиостанции, на которые работает Хьюз, требуют разной длины сообщений и способов их подачи. Одна хочет «жизнерадостную и разговорную» новость, другая — краткую и официальную. Некоторые станции (к ним не относятся христианские) передают рекламу Hooters Casino[50]. Бывает, от Хьюза требуют, чтобы он выходил в эфир под псевдонимом. «Доброе утро, я Джейсон Кеннеди с новостями о дорожном движении прямо с рейса Air New Zealand», — внезапно слышу я его голос. «Эти станции — конкуренты, — смущенно объясняет Хьюз, — хотя обе принадлежат нам».
Хьюз чувствует дороги Лос-Анджелеса на инстинктивном уровне. Он может сказать, где будет дождь, просто глянув на карту транспортного потока в реальном времени. Он знает, что по пятницам направление на восток из города особенно загружено. «Все едут в Лас-Вегас — до 10 вечера будет пробка». Он знает, что люди ездят медленнее там, где на шоссе стоят шумовые барьеры. Он в курсе, что если утром был проливной дождь, то днем дороги будут свободны. «Наверное, люди пугаются дождя и не выходят из дома», — говорит он. Хьюз отмечает, что информация о движении доступна, но не все умеют ее анализировать. «Это как в фильме “Матрица”[51], — говорит он. — Вы смотрите на карту и сразу можете сказать, где все нормально, а где есть проблемы. Я могу глянуть и заявить: “Эй, на 101-й улице что-то не так. Скорее всего, в Хайлэнде перевернулся грузовик”».
Нарушить поток на дорогах Лос-Анджелеса может что угодно. «Знаете, что лидирует в этом хит-параде? — спрашивает другой репортер Airwatch Клэр Сигмен. — Лестницы». Грузовики, как в фильме «Полицейский из Беверли-Хиллз»[52], рассыпающие авокадо и апельсины. Мобильные туалеты, сваленные посередине автострады. В 2007 году брошенный дом, изрисованный граффити и обвешанный табличками «Сдается», находился на Голливудской автостраде в течение нескольких недель. Люди, держащие знаки о приближающемся конце света, на переходах или практически выскакивающие из-за угла. Пожары. Перекати-поле в пустыне. «Люди пытаются объехать их, вместо того чтобы ехать прямо по ним», — говорит Хьюз. На мониторе в офисе Airwatch отображаются зарегистрированные дорожно-патрульной службой Калифорнии происшествия — от абсурдных до ужасных. Полицейские используют специальные кодовые слова, чтобы сообщить о женщине-водителе, сидящей в заглохшем автомобиле, — иначе есть опасность, что на нее нападут преступники, прослушивающие радиочастоты. Довольно часто наблюдается «происшествие 0550» — некий белый мужчина в клетчатом пиджаке «мочится посреди дороги». Далее следует важная деталь: «Машин вокруг нет». (Где, спрашивается, эти мобильные туалеты, когда они так нужны?)
Офицеры дорожно-патрульной службы ежедневно борются за то, чтобы движение в Лос-Анджелесе не нарушалось. Однажды я пошел в дозор с бывшим солдатом, а ныне специалистом по связям с общественностью, сержантом Джо Зизи и узнал, что сложное компьютерное оборудование и волоконно-оптические кабели, находящиеся в распоряжении генералов в бункере, ничем не помогут, если на 5-й магистрали заглохнет машина. День начинается с «чистки района», то есть уборки брошенных машин или других препятствий. «Людей ничто не должно отвлекать от дороги», — говорит Зизи, выезжая на 101-е шоссе. Даже простая кушетка, сваленная в придорожной канаве, может привлечь внимание и сказаться на всем транспортном потоке. Патрульные машины оборудованы усиленными бамперами, которые позволяют сталкивать автомобили с дороги, не дожидаясь эвакуатора. Багажники заполнены разнообразным оборудованием для непредвиденных ситуаций, начиная с акушерских наборов («крайне любопытная вещь») и заканчивая петлями для ловли собак.
«Неизвестно почему, но автострады привлекают собак, — говорит Зизи. — Они выбегают на дорогу, пугаются до ужаса и бегут поперек движения». Согласно статистике дорожно-патрульной службы, инциденты с кодом 1125-A (с участием собак) чаще всего происходят 5 июля. Причиной тому, скорее всего, становится праздничный фейерверк, пугающий бедных животных{22}. Днем офицеры разыскивают украденные машины (если в замке зажигания торчит отвертка, то это точно угнанный автомобиль) и, конечно же, выписывают штрафные квитанции. Как отвертеться от штрафа? «Многие офицеры говорят, что не выписывали штраф, если женщины начинали плакать, — рассказывает Зизи. — Другие в этом случае, наоборот, выписывают штрафную квитанцию еще увереннее.
Бывает, мужчины тоже плачут в надежде отвертеться от штрафа, но это не задевает сердечных струн офицеров».
Для всех камер и петель, установленных на дороге, для всех офицеров дорожной службы, регистрирующих происшествия, сеть дорог Лос-Анджелеса настолько обширна и непостижима, что иногда единственный способ хоть что-то понять — отступить и посмотреть на нее сверху. Именно поэтому так востребованы люди наподобие репортера Майка Нолана, «глаза в небе», который два раза в день взлетает на своей «Сессне-182» из аэропорта «Корона» и покрывает территорию от Пасадены до округа Ориндж.
«Чем больше ты этим занимаешься, тем лучше учишься понимать дорогу, — объясняет он, закладывая вираж в направлении базы нового подразделения, расположенной на склоне зеленого холма. — Я знаю, как выглядит нормальная ситуация. Я знаю, где движение должно замедляться, а где нет. Когда я вижу что-то необычное, то начинаю выяснять, в чем дело». Нолан, чья навигационная мантра — «двигайся по правой полосе» — знает порядок движения, как убеленный сединами рыбак знает все рыбные места. Заглохший Volkswagen в восточном Лос-Анджелесе хуже, чем опрокинутая автоцистерна в Ла Канаде («Самое зрелищное происшествие — не всегда самое тяжелое»). Понедельники, особенно во время трансляции футбольных матчей, немного полегче. Четверг теперь напоминает пятницу — традиционно самый напряженный день, когда все уезжают из города. Случаются и такие события, как, например, перевод часов на зимнее или летнее время. «В самый первый день после перевода стрелок, когда после света мы попадаем во тьму, все стопорится, — говорит он. — Движение и до того было плохим, а становится просто ужасным». Дождливые дни тоже причиняют много беспокойства, особенно первый: «Если некоторое время не было дождя, то в первый день едешь как по льду»{23}.
По словам Нолана, уже давно предсказывается, что, благодаря наземным приборам слежения и датчикам в самих автомобилях, которые могут определять скорость движения, сообщения о ситуации на дорогах с борта вертолета или самолета скоро станут не нужны. Действительно, к приборной панели прикреплено небольшое устройство TrafficGauge, на которое из Управления транспорта поступает информация об уровне скопления машин на лос-анджелесских дорогах. Но Нолан говорит, что эти данные редко дают четкое представление об общей картине. «Я, находясь в небе, выглядываю в окно и рассказываю людям, что происходит снаружи. Как это можно чем-то заменить? — говорит он. — Датчики на дороге передают данные с задержкой, они неэффективны. Работают они с перебоями. Ничем нельзя заменить слова “вижу происшествие в правом ряду”. Если эвакуатор попал в интенсивный поток, датчик не скажет вам, застрял он или просто в это время подцепляет машину и готовится уехать. Он никак не сможет заменить непосредственное наблюдение».
Действительно, наша поездка по городу с репортером Airwatch на основе данных «наземных» отчетов напоминала скорее охоту за призраками. Сломанного тягача с прицепом на 710-м шоссе уже не оказалось, а может, никогда и не было. Пробка на 405-м шоссе — слухи. Нолан должен проверять эти странные сообщения — в одном, например, говорилось, что мертвая собака «блокировала первую, вторую, третью и четвертую полосы». Самое примечательное происшествие, которое он когда-либо видел, произошло во время лос-анджелесских беспорядков 1992 года. «Я помню, как в Голливуде люди останавливались на красный свет, выходили из машин и грабили магазины. Потом загорался зеленый свет, они садились обратно и уезжали. Это было самое невероятное, что я когда-либо видел в жизни».
Пролетая над Лос-Анджелесом, можно глянуть вниз и на мгновение представить, что все эти люди, двигающиеся по дорогам, — обычные муравьи. Ах, если бы только все было так просто…
Торопись медленно, или Как меньшинство может оказаться сильнее большинства: дорожное движение и человеческая натура
Вы на мгновение жмете на тормоз (легким прикосновением к педали), но резонансный эффект этого действия может почувствоваться аж через 200 миль — у дорожного движения есть память. Это удивительно. Оно как живой организм.
Положим, вы подъезжаете к въезду на автостраду и вас останавливает красный свет. Такие светофоры, регулирующие въезд транспорта на скоростное шоссе, есть везде: в Лос-Анджелесе, ЮАР — вплоть до австралийского Сиднея.
Они часто раздражают, поскольку кажется, что движение на шоссе спокойное и неинтенсивное. «Люди спрашивают: “Почему меня останавливают на въезде? Шоссе же свободно”, — говорит инженер Управления транспорта Калифорнии Дон Хелоу. — Шоссе свободно как раз потому, что вы остановились».
Один из основных (но всеми игнорируемых) принципов дорожного движения — то, что хорошо для одного, не всегда хорошо для всех. Дорожные инженеры постоянно пытаются найти баланс между тем, что «оптимально для отдельного пользователя», и тем, что «оптимально для системы». Это делается на нескольких разных уровнях, но имеет непосредственное отношение к пробкам: эксперты выясняют, как ведет себя дорожное движение, как меняются большие транспортные сети (к этой теме я вернусь в одной их следующих глав).
Причина, по которой такие светофоры необходимы, очевидна для любого, кто знает основы дорожного движения. Инженеры десятилетиями пытались понять и смоделировать транспортный поток{24}, но он большая и очень коварная тварь. «Некоторые загадки остаются нерешенными{25}, — заявляет инженер из Калифорнийского университета в Беркли Карлос Даганзо. — Сначала эксперты пытались смоделировать процесс, известный как “движение колонной”. Он основан на том очевидном факте, что ваше поведение зависит от того, как едет машина впереди вас, если она там есть. Как муравьи, реагирующие на присутствие феромонов на тропке, вы, в зависимости от поведения едущего впереди водителя, одновременно пытаетесь не приближаться слишком близко и не отставать. Теперь представьте все эти взаимодействия, прибавьте к ним смену ряда и другие маневры, разброс скоростей и размеров транспортных средств, огромное количество стилей и целей вождения, разнообразие освещения, погодных и дорожных условий; умножьте все это на 1000, и вы сможете оценить всю сложность и запутанность дорожного моделирования».
Даже самые замысловатые модели не полностью учитывают странности человеческой природы и все «помехи» и «разбросы» в системе. Инженеры-дорожники предупреждают об этом — на одной транспортной конференции я увидел следующую оговорку: «Эта модель не учитывает разнородность поведения водителей»{26}. Как вы себя чувствуете, когда едете рядом с кем-то? Неудобно и неловко? И поэтому увеличиваете или снижаете скорость? Вы почему-то хотите ехать близко к автомобилю впереди, а затем медленно снизить скорость? Все эти странные явления невозможно уловить дорожными датчиками. У машины, которая едет за вами, могут быть свои странности. В ходе исследования, выяснявшего, как близко водители легковых автомобилей обычно подъезжают к внедорожникам, было обнаружено, что водители легковых машин предпочитали (хотя позже сами отрицали это) ехать ближе к ним, чем к другим типам автомобилей{27}, хотя огромная машина и загораживала им передний обзор.
Или возьмем ситуацию, которую Даганзо назвал «эффектом Лос-Гатос» в честь горной дороги в Калифорнии{28}. Вам, может быть, доводилось с этим сталкиваться: водители не хотят покидать полосу обгона и ехать в череде пыхтящих грузовиков, хотя машины сзади их к этому подталкивают, а соседний ряд относительно свободен. Что происходит? Вполне возможно, водители не хотят съезжать с полосы обгона из опасения, что не смогут потом вернуться на нее. А может быть, они не знают точно, чего хочет водитель машины сзади: планирует ли он ускориться или же просто едет близко, чтобы между вами никто не вклинился. В итоге образуется плотная колонна машин, но надолго ли? Мы все знакомы с таким поведением. Одна из отмеченных мною особенностей потока — то, что я называю «пассивно-агрессивным прохождением». Вы едете по скоростной полосе, когда внезапно водитель сзади вынуждает вас переместиться в более медленный правый ряд, затем перестраивается туда же перед вами и замедляется, вынуждая вас идти на обгон.
Основные принципы функционирования автострад вырабатывались постепенно. Один из ключевых показателей эффективности — интенсивность движения: транспортный поток или количество транспортных средств, зафиксированных за единицу времени с помощью датчиков или других устройств. В 4 утра, перед часом пик, автомобили могут нестись по шоссе со скоростью 120 км/ч. Иными словами, около 1700 автомобилей пройдут по одному датчику за час. С началом часа пик интенсивность движения вполне естественно начинает повышаться, достигая теоретического максимума в 2400 автомобилей, едущих со скоростью 90 км/ч{29}. С системной точки зрения это дорожная нирвана. С прибавлением числа машин кривая интенсивности начинает резко снижаться — до 1700 объектов. Но теперь автомобили едут со скоростью 55 км/ч. «Таким образом, вы получили два временны2х промежутка по 1700 машин в час, — говорит Хелоу. — Одинаковая интенсивность, но совершенно разные ситуации».
Поскольку поток перемещается во времени и пространстве, такие параметры, как интенсивность, могут обманывать, как, собственно, и сама дорога. Отдельные водители, стоящие в переполненном ряду, могут посмотреть на соседний ряд и подумать, что он пуст. Это психологическое состояние настолько распространено, что у него даже есть название — «синдром свободной полосы». Зачастую так только кажется из-за большого расстояния между автомобилями, которые едут с большой скоростью. Интенсивность движения этой полосы может почти совпадать с интенсивностью движения полосы, по которой едете вы, но тот факт, что водители едут со скоростью 80 км/ч, быстрее создает иллюзию, что она пуста{30}. Конечно, ни одна из этих крайностей — водители, пролетающие на скорости 130 км/ч, и люди, упорно едущие со скоростью 30 км/ч в переполненных рядах, — ничего хорошего системе не приносит. Идеальное шоссе — то, которое пропускает наибольшее количество автомобилей, едущих со средней скоростью.
Даже когда час пик заканчивается и кривая потока скорости падает, движение может оживиться. Возникает так называемый синхронизированный поток — интенсивный, но устойчивый. Но чем больше машин въезжает на главную дорогу, тем выше «плотность» движения, то есть количество автомобилей, которые одновременно находятся на отрезке дороги длиной в милю (параметр, отличающийся от фиксации положения машины датчиком). В определенный момент плотность становится критической (вспомните, как саранча начинает свой поход), и поток замедляется. Узкие места, постоянные или перемещающиеся, сжимают его, как сужающаяся труба. Дорога уже не может пропустить нужное количество автомобилей.
Светофоры, регулирующие движение на въезде на шоссе, необходимы, чтобы плотность «потока главной дороги» была ниже критической отметки, а система продолжала стабильно функционировать. «Если доступ будет беспрепятственным, на въезде будут стоять колонны автомобилей», — говорит Хелоу. А это означает не только больше машин в целом, но и больше машин, шныряющих из ряда в ряд, чтобы влиться в поток. Исследования показали, что этот процесс невозможно предсказать и согласованно выполнить. «Оно (перестроение) в конечном счете разбивает правый ряд, — утверждает она. — Переполняется соседняя полоса, поскольку люди пытаются перестроиться прежде, чем доберутся до нужного места. Потом нарушается движение на следующей полосе, потом еще на одной. И таким образом начинается хаос». Как показало исследование, колонна автомобилей, ждущих на съезде с автотрассы, может тоже вызвать цепную реакцию, даже если плотность других полос будет далека от критической{31}.
Правильно функционирующие светофоры{32} не дают плотности потока дойти до высшей точки и позволяют выехать на шоссе на оптимальной скорости. Инженеры называют это «максимизацией пропускной способности».
Есть простой пример, который прекрасно иллюстрирует этот процесс. Возьмите килограмм риса и высыпьте его весь сразу через воронку в пустую емкость, посчитав, сколько времени это займет. Затем возьмите тот же самый рис и высыпайте его постепенно. Засеките время. В каком случае уйдет меньше времени? Когда этот эксперимент проводился в Транспортном управлении в Вашингтоне, 40 секунд ушло на то, чтобы пересыпать рис в первом случае, и 27 секунд — во втором. Разница почти на треть{33}. То, что представлялось медленным, на деле оказывается быстрым.
У риса гораздо больше общего с дорожным движением, чем кажется. Многие сравнивают дорожный поток и с потоками воды, поскольку это удобно для описания таких понятий, как интенсивность и пропускная способность. Специализирующийся на дорожном движении преподаватель технических дисциплин в Университете Огайо Бенджамин Койфман приводит пример с ведром, в дне которого есть отверстие диаметром в 2 см. Если диаметр направленной в ведро водной струи составит 1 см, то оно не будет наполняться. Если же диаметр струи, скажем, 4 см, то оно будет наполняться, хотя при этом часть воды выльется. Вероятность попадания в пробку зависит от того, выливается ли «вода» (то есть поток, пытающийся пройти через узкое место) или «ведро» наполняется. «Первое, с чем сталкивается водитель, — конец очереди, — говорит Койфман. — Эта точка — сиюминутный “уровень воды”». Сравнение с ведром учит нас также, что, вне зависимости от общего объема емкости (или ширины дороги), размер отверстия (узкое место) диктует свои условия.
В узких местах движение меньше похоже на поток воды (оно не ускоряется) и больше на рис: автомобили, как и зернышки, — отдельные объекты, которые ведут себя определенным образом. Рис представляет собой «сыпучую среду» — твердое вещество, которому присущи свойства жидкости. Физик из Чикагского университета и специалист по сыпучим телам Сидни Нагель приводит в пример ложку сахара. Насыпьте слишком много — и вся горка развалится. Сахар ведет себя как жидкость при осыпании, но на самом деле это сложная группа взаимодействующих твердых тел. «Они не притягивают друг друга, — говорит Нагель. — Они могут только рассыпаться». Поведение сыпучих веществ сложно предсказать. Именно поэтому зернохранилища иногда обрушаются, а бумажная коробка деформируется внизу, если высыпать из нее некоторое количество овсяных хлопьев.
Почему рис так плохо проходит через воронку? Приток риса превышает ее пропускную способность. Система становится все плотнее и плотнее. Зерна чаще и дольше соприкасаются. Рис «зависает» и от трения о стенки воронки. Звучит знакомо? «В точности как машины на дороге{34}, — говорит Нагель. — Когда дорога сужается, транспортный поток становится все плотнее, пока не заполняет все пространство»{35}.
Если пересыпáть рис постепенно, меньшими порциями — или пропускать меньшее количество автомобилей, — места будет больше, а зерна будут меньше взаимодействовать друг с другом{36}. Объекты перемещаются быстрее. Водителю, застрявшему в пробке, часто трудно заставить себя следовать принципу «тише едешь — дальше будешь». В 1999 году сенатор из Миннесоты, считавший, что светофоры, регулирующие въезд транспорта на шоссе в Миннеаполисе и Сент-Поле, приносят больше вреда, чем пользы, начал кампанию «Свободная езда», целью которой была, кроме всего прочего, отмена этих светофоров. Предложение не прошло, но в соответствии с другим законопроектом они были отключены временно — на два месяца. Водители могли въезжать на шоссе, когда хотели. И что же произошло? Ситуация ухудшилась. Скорость снизилась, время прохождения этого участка автострады увеличилось. Исследование показало, что на определенных отрезках пропускная способность уменьшилась вдвое{37}. Светофоры включили снова.
Дорожное движение часто подтверждает правильность поговорки «тише едешь — дальше будешь». Классический пример — круговая развязка. Многие ошибочно считают, что она замедляет движение. Грамотно спроектированные круговые развязки могут уменьшить задержки на 65% по сравнению с перекрестками со светофорами или знаками. Несомненно, водитель, которому горит зеленый свет, проскочит перекресток намного быстрее, чем по кругу. Но примерно половину времени будет гореть красный, а даже если и зеленый, то перед светофором может собраться очередь из машин. Добавьте те автомобили, которые должны повернуть налево, блокируя движение едущих прямо. Я уже не говорю о «времени очищения», когда на всех светофорах должен гореть красный свет. Водители, конечно, замедляются, когда едут по круговой развязке, но в нормальных условиях им не приходится останавливаться{38}.
В 60-х в Голландском туннеле — одной из главных транспортных артерий для въезда в Нью-Йорк и выезда из него — провели следующий эксперимент. Когда автомобилям разрешали въезжать туда без ограничений, двухполосная дорога пропускала 1176 автомобилей в час, едущих на оптимальной скорости 30 км/ч. Но в рамках эксперимента дорожная полиция снизила количество машин, въезжающих в туннель, до 44 за 2 минуты. Как только это количество машин въезжало в туннель, полицейские останавливали поток на въезде на 10 секунд, после чего снова открывали проезд. Что из этого вышло? В час туннель пропускал 1320 транспортных средств{39}. (Чуть позже я кратко объясню почему.)
На улицах со светофорами инженеры так запрограммировали «зеленую волну», что она позволяла машинам передвигаться без задержек на оптимальной скорости. Если водитель ехал слишком быстро, он просто останавливался на следующем светофоре. Каждая остановка требует замедления и, что более важно, ускорения, на которое водитель тратит время и топливо. Очередь машин, остановившихся на красный свет, — концентрация «времени, утраченного на разгон», как говорят инженеры (по аналогии с циклом Марселя Пруста «В поисках утраченного времени»). Первые автомобили в очереди тратят попусту в среднем около двух секунд каждый. Этого можно было бы избежать, если бы они ехали со скоростью «потока насыщения». После смены красного света на зеленый первый водитель должен удостовериться в том, что перекресток пустой и можно ехать, — следовательно, он наиболее активно генерирует «утраченное время». Второй водитель — немного меньше, третий еще меньше и так далее (при условии, что все реагируют вовремя, а это не всегда так). Внедорожники замедляются в среднем на 20% дольше{40}, потому что они длиннее (приблизительно на 14%) обычных автомобилей и медленнее разгоняются.
Часть утраченного времени можно было бы «вернуть», если бы водители подъезжали к светофору медленнее, на одной и той же скорости, которая не вынуждала бы их останавливаться. (Однако если бы они подъезжали слишком медленно, время было бы тоже потеряно, поскольку зеленый свет горел бы впустую: перекресток свободен, а никто не едет.) Бóльшая часть потерянного времени в наше время — это «время, потраченное на очистку перекрестка», то есть промежуток между сигналами светофора, когда дорога на короткое время пустеет. Так происходит потому, что дорожные инженеры удлиняют время, когда у всех светофоров на перекрестке горит красный свет, то есть в одном направлении уже горит красный, а на перпендикулярном ему водители должны ждать еще около двух секунд, пока у них загорится зеленый. Это необходимо, потому что все больше и больше водителей не останавливается на красный свет{41}.
А теперь представьте себе забитое машинами шоссе. Каждый раз, когда мы останавливаемся и снова набираем скорость в пробке, мы генерируем утраченное время. Не зная, что делают водители впереди нас, мы движемся крайне неравномерно. Отвлеклись на мгновение и не ускорились. Или слишком эмоционально отреагировали на стоп-сигналы и остановились резче, чем следовало, тем самым тоже потеряв время. Водители, разговаривающие по телефону{42}, теряют еще больше из-за замедленной реакции и низкой скорости. Чем ближе машины друг к другу, тем больше они взаимодействуют. Все становится нестабильным. «Способность системы поглощать любые задержки исчезает, — говорит Койфман. Он приводит в пример пять шаров. — Если вы положите их на расстоянии 30 см друг от друга и слегка толкнете один, то это никак не повлияет на остальные. Если вы положите их ближе друг к другу и толкнете один, он заденет другие. Чем плотнее транспортный поток, тем сильнее каждый из его участников воздействует на остальных».
Когда первая машина в плотной группе замедляется или останавливается, в хвост группы идет «ударная волна». Первая машина замедляется или останавливается, затем замедляется и останавливается машина позади. Эта волна, скорость которой обычно составляет около 20 км/ч{43}, может теоретически прокатиться по всей цепочке плотно едущих автомобилей. Одна-единственная машина на дороге с двумя полосами, немного изменив скорость без особых причин (люди делают это так часто, что я называю это «синдром дефицита внимания к скорости»), может вызвать подобную волну среди едущих следом автомобилей. Кроме того, даже если средняя скорость машины довольно высока, ее колебания приведут к прогрессирующему хаосу{44}. В этом заключался секрет эксперимента в Голландском туннеле: количество машин, входящих в туннель, было ограничено 44, поэтому волна не распространялась за пределы одной группы. Эти группы были как шары, лежащие далеко друг от друга.
Довольно часто мы попадаем в пробку, у которой, кажется, нет никакой видимой причины. Или выезжаем из одной пробки, разгоняемся и тут же попадаем в другую. Это явление называют «фантомными пробками». По словам Михаэля Шрекенберга (преподавателя физики Университета Дуйсбург-Эссен, прославившегося своими исследованиями в области дорожного движения настолько, что в немецкой прессе его стали называть «преподавателем пробок»), «фантомные пробки на самом деле не существуют». Причина есть всегда, даже если она не очевидна. То, что кажется отдельным происшествием, может вызвать волну, в результате которой образуется огромный затор. Шрекенберг считает, что называть все это «движением с остановками» неправильно: «Движение с остановками — это движение внутри пробки».
Мы верим в «фантомные пробки», поскольку дорожное движение — явление и пространственное, и временнóе. Вы можете въехать на участок, где находится пробка. Или, может быть, пробка догонит вас. «В примере с ведром, — говорит Койфман, — водитель — молекула воды. Если уровень воды растет, то пробка приближается к нему». Мы путешествуем во времени. Когда мы достигаем места, где началась ударная волна, от нее остаются одни воспоминания. Может быть, это была авария, а сейчас уже все убрали и расчистили. «Но пробка сохраняется еще некоторое время, — утверждает Койфман. — Это как с водой в ведре. Если вы увеличите отверстие на дне, вода выльется, но не сразу».
Небольшая заминка в интенсивном движении может быть всего лишь отголоском действий кого-то, кто некоторое время назад просто перестроился в другой ряд. Такая машина «съедает» пропускную способность в новом ряду и вынуждает автомобили, едущие сзади, замедлиться; но при этом она освобождает пропускную способность в том ряду, который покинула, вызывая определенное ускорение. Возникает некое подобие «эффекта качелей»[54]. Именно поэтому, если вы выбираете какой-нибудь один автомобиль в соседнем ряду в качестве точки отсчета, вы будете часто проезжать мимо него, а он будет проезжать мимо вас. Это устойчивое равновесие, сжимающийся и разворачивающийся аккордеон транспортного потока, долгая цепная реакция, касающаяся всех тех, кто думал, что сможет что-то выиграть.
Поскольку на рассасывание пробки уходит слишком много времени, лучше всего вообще в нее не въезжать и не позволять ей догнать вас. Эта мысль несколько лет назад пришла в голову сотруднику физической лаборатории Университета Вашингтона Билла Битти — «физика-любителя дорожного движения», как он сам себя называет. Битти возвращался с ярмарки по 202-му шоссе. «Небольшая четырехполосная» дорога была переполнена машинами. Движение было «очень периодичным», как рассказывает Битти. «Сначала я разгонялся до 100 км/ч, а потом приходилось замедляться и останавливаться почти на 2 минуты».
Поэтому Битти решился на эксперимент: он ехал с постоянной скоростью 55 км/ч. Вместо того чтобы позволять волнам наезжать на него, он «съедал» их, то есть подчинял себе нестабильные колебания движения с остановками. Вместо того чтобы постоянно разгоняться и тормозить, он ехал с одинаковой скоростью, оставляя большой промежуток между собой и автомобилем впереди. Когда он посмотрел в зеркало заднего вида, открывшаяся картина стала для него откровением: те машины, что были за ним, находились в некоем подобии порядка, тогда как в соседнем ряду он увидел группы скученных машин, которые то ехали, то останавливались. Битти удалось «заглушить» волну и «выровнять» шероховатости. «Мой метод свергает горы и делает из них равнину, — рассказывает он. — Вместо того чтобы ехать со скоростью 100 км/ч и периодически останавливаться, вы едете со скоростью 55 км/ч. Но при этом вам не нужно стоять и ждать».
Без общего анализа транспортного потока на автострадах было бы сложно оценить всю пользу эксперимента Битти. Другие водители перестраивались перед ним, отталкивали назад (когда он хотел держать ту же дистанцию); те, кто был позади, думали, что он едет слишком медленно, и перестраивались в соседний ряд, создавая дополнительную нервотрепку. Метод Битти растягивает плотную пробку, но практически не экономит время водителей. Зато экономится топливо и снижается риск аварий — это уже два преимущества «за те же деньги». Но как заставить всех действовать слаженно? Как помешать занять свободное место, ведь обычно все именно так и поступают? Каким образом заставить людей вести себя как муравьи?
Первый способ — система «регулируемых скоростных ограничений», которая в наши дни используется на многих дорогах: от «регулируемой автострады» M25 в Англии до немецкого автобана к Западной Кольцевой дороге в Мельбурне. Эти системы включают взаимодействие петлевых детекторов с меняющимися знаками ограничения скорости. Когда система при помощи камер замечает, что движение замедлилось, она посылает сигнал знаку, который вводит более жесткие скоростные ограничения. Водители вынуждены снизить скорость, что теоретически должно уменьшить эффект ударной волны{45}. И хотя многие водители считают, что именно снижение скорости до 40 км/ч и вызывает затор, исследование, проведенное на шоссе M25, обнаружило, что водители тратили меньше времени в пробках, и это позволило снизить количество аварий на 20% (что уже хорошо), а уровень выброса продуктов сгорания уменьшился почти на 10%. Как только водители приспособились к этой системе, они стали тратить меньше времени на поездки{46}. Поговорка «тише едешь — дальше будешь» вновь демонстрирует свою уместность{47}.
«Умным» шоссе нужны умные водители. Печально, но факт: большинство дорожных проблем возникает из-за того, как мы водим. Мы разгоняемся слишком медленно и тормозим слишком быстро, или наоборот{48}. Из-за того, что мы не оставляем достаточного пространства между машинами, цепная реакция распространяется и затрагивает все большее количество автомобилей. Дорожное движение — нелинейная система: результат невозможно предсказать на основании вводных данных. Когда первый автомобиль из большой группы останавливается, нельзя предугадать, насколько быстро остановится каждая последующая машина{49} (если она вообще остановится). И чем дальше к хвосту транспортного потока, тем тяжелее это предвидеть{50}.
Чрезмерная (или недостаточная) реакция водителя может усилить ударную волну, которая затронет несколько автомобилей позади. Их возможное столкновение будет спровоцировано именно тем, первым водителем. В ходе анализа причин аварии на Миннеаполисском шоссе, в которой пострадало семь транспортных средств, специалисты предположили, что первопричиной было столкновение седьмого и шестого автомобилей вследствие внезапной остановки последнего. Обычно мы рассчитываем на то, что водители будут держать нужную дистанцию и смогут остановиться.
Но специалисты, исследовавшие траектории торможения всех участников аварии, обнаружили, что, скорее всего, в ней виноват водитель третьего автомобиля. Почему? Поскольку он не отреагировал должным образом, он «съел» бóльшую часть общего ресурса тормозного пути. У следующих за ним автомобилей было гораздо меньше времени и пространства для остановки: когда дело дошло до седьмого автомобиля, он отреагировал намного быстрее, чем третий, но находился слишком близко к шестому, чтобы успеть остановиться. Если бы водитель третьей машины отреагировал вовремя, аварии можно было бы избежать. Исследователи говорят, что те, кто любит «сидеть на хвосте», то есть не соблюдают «оптимальную» дистанцию, повышают риск столкновения не только с едущей впереди машиной, но и с той, которая едет сзади{51}.
Как можно с математической точностью предсказать реакцию водителя? По всей видимости, для этого необходимо объединить «умные» дороги с «умными» автомобилями. Ведь не случайно каждый раз, когда речь заходит об «умных» технологиях, имеется в виду нечто неподвластное человеку. Крэйг Дэвис, физик-пенсионер, много лет работавший в научно-исследовательских лабораториях Ford Motor Company, был одним из многих исследователей того, как адаптивные системы круиз-контроля (АСС) могут улучшить дорожное движение путем сохранения математически точной дистанции между автомобилями. «Их использование не устранило бы дорожной “волны” полностью, — говорит Дэвис. — Даже если бы колонна стоящих автомобилей могла координированно начать разгоняться в одно и то же время и дистанция на скорости в 100 км/ч оставалась идеальной, “эффект волны” все равно бы возник».
Поразительно, но, согласно результатам исследования, если хотя бы у одной из десяти машин была ACC, длина дорожного затора уменьшилась бы; если бы круиз-контроль был у 20% автомобилей, возможно, пробка бы не возникла вообще. В ходе эксперимента Дэвис фиксировал точный момент, когда участие в движении одной машины с круиз-контролем позволяло избежать затора{52}. Это та капля, которая переполняет чашу. Вспомните пример с саранчой — когда группа особей достигает критической плотности, она начинает себя вести абсолютно иначе.
Правда, здесь была одна проблема. Поскольку автомобили с ACC держали довольно близкую дистанцию, машине, въезжающей на автостраду, но не оборудованной этой системой, было сложно найти безопасное пространство между ними. Кроме того, автомобили с ACC, как и люди, могли и не уступить ей дорогу. Конечно, такие проблемы можно решить научными методами, но пока мы все еще страдаем от ошибок, совершаемых в дороге. Зато можем извлечь полезный для себя урок: даже технике иногда тяжело перестраиваться.