Читать книгу Атлас невидимого. Мир, каким мы его не знали - Джеймс Чешир - Страница 3

Представьте себе, какой трепет испытывает человек, получивший возможность увидеть то, чего ранее никто не видел. Химик Розалинд Франклин ощутила его, когда в 1952 году ее эксперименты с рентгенографическим дифракционным анализом продемонстрировали истинную структуру ДНК. Семьдесят лет спустя программист Event Horizon Telescope Кейти Боуман захлопала в ладоши от радости, когда благодаря созданному ею алгоритму мир впервые смог увидеть черную дыру.

На неискушенный взгляд оба изображения выглядят как символы неизвестного языка, не поддающиеся расшифровке. Но для Франклин черные пятна означали, что наш генетический код имеет форму двойной спирали, а для Боуман яркое оранжевое свечение однозначно интерпретировалось как энергия фотонного кольца черной дыры. Прежде чем появились эти картинки, были потрачены годы на исследования и технические усовершенствования, которые стали для ученых концептуальными прорывами, позволившими человечеству увидеть бесконечно малое и невообразимо большое.

Но невидимое является таковым не только из-за размера. Иногда мы упускаем что-то из виду, потому что не способны оглянуться назад и осознать: вокруг нас растут города и загрязняется воздух, земля под нашими ногами становится все более горячей. Иногда невидимое проступает лишь со временем – например, благоустройство районов или отступление ледников. А если речь идет об исторических событиях, то видимое исчезает из нашего поля зрения после смены поколений. Могущество информации заключается в том, что она позволяет остановить время в нужном нам моменте. Как негативы надо проявить, прежде чем получить фотографии, так и закономерности, скрывающиеся в наборах данных, можно рассмотреть, только создав карты и графики. Такая визуализация дает нам возможность изменять масштаб, сравнивать, запоминать.

Как мы к этому пришли

В начале XIX века большинство научных открытий совершалось под эгидой натурфилософии. Слово «ученый» не использовалось до 1833 года. Для людей обеспеченных либо имевших богатых покровителей натурфилософия была способом познания мира в эпоху быстрых перемен. Одним из последних великих ученых-энциклопедистов был Александр фон Гумбольдт (1769–1859), человек, стремившийся знать обо всем в мире. Андреа Вульф, автор популярной биографии Гумбольдта «Открытие природы»[2], описывает его как забытого героя науки, утратившего признание, когда ученые обратились к узким сферам исследований. Специализация привела к тому, что научный метод, который, с точки зрения Гумбольдта, «включал в себя искусство, историю, поэзию и политику наряду с точными данными», постепенно становился все более ограниченным. Заботясь больше о «естественном», чем о «философии», Гумбольдт лично вычислял размеры вулканов, брал образцы морской воды и измерял кактусы. Из своих путешествий он привез огромное количество информации – как собранной самостоятельно, так и полученной от других. Он рассылал письма с просьбой поделиться данными об открытиях, вырезал из ответных писем самое важное и помещал вырезки в подписанные конверты, хранившиеся в коробках. То, что окружающим представлялось берлогой скопидома, для Гумбольдта являлось упорядоченной системой. В предисловии к своему главному труду «Космос» он писал: «Природа… это единство разнообразных явлений; гармония взаимосвязанных творений, различающихся формами и характеристиками; великое единое целое, оживленное дыханием жизни».

Но Гумбольдт знал, что одних красноречивых описаний недостаточно. Чтобы поверить в «великое единое целое», нужно увидеть его воочию. Тогда он привлек своего друга Генриха Бергхауса к созданию атласа, который должен был стать приложением к «Космосу». Краткое описание будущего труда поражало широтой замысла: «Карты распределения растений и животных, рек и океанов, активных вулканов, магнитного склонения и наклонения, интенсивности магнитного поля, океанских отливов и приливов, воздушных потоков, простирания гор, пустынь и равнин, распространения человеческих рас; кроме того, перечисление данных о высоте гор, длине рек и т. д.».

Бергхаус, занимавший тогда должность профессора прикладной математики в Берлинской академии архитектуры, взялся за выполнение этой нелегкой задачи. В 1838 году была опубликована первая часть его «Физического атласа». Далее части выходили сразу по мере их завершения. На момент появления последней в 1848 году Бергхаус создал в общей сложности 75 карт. Отличавшийся неизменной скромностью, он описывал свою выдающуюся работу как «собрание карт различных форматов, для создания которых использовались самые разные методы». На деле же они с Гумбольдтом изменили само понимание атласа. Безликие контуры различных мест, веками заполнявшие страницы этих изданий, уступили место поэтическому осмыслению процессов природы. «Физический атлас» выделяется из ряда подобных работ тем, что в нем впервые была поставлена цель исследовать мир; задаться вопросами не только о том, где находится тот или иной объект и кому он принадлежит, но и о причинах возникновения определенных процессов. Как одежда людей, населяющих разные места планеты, зависит от климата? Почему климат в регионе определяется скорее розой ветров, чем географической широтой? Как разная высота над уровнем моря влияет на растительную жизнь?

Аэрофотосъемка при помощи лидара[3] позволяет заглянуть в прошлое. Замеряя время, которое лазер тратит на то, чтобы достичь поверхности и вернуться к сенсору на борту летательного аппарата, исследователи могут создать точные карты профиля местности. На той, что приведена выше, благодаря миллионам измерений проступили давно исчезнувшие изгибы реки Миссисипи.

ИСТОЧНИК: ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА США

Золотая эра

Гумбольдт и Бергхаус не были одиноки. Согласно Майклу Френдли, знаменитому летописцу визуализации данных, XIX век стал «девятым валом» достижений в области статистики, сбора данных и технологий, которые привели к появлению работ «несравненной красоты и масштаба». Флоренс Найтингейл, чтобы наглядно показать уровень смертности солдат в британской армии в разные сезоны, разработала круговые диаграммы, которые назвала «петушиный гребень», а Джон Сноу, исследуя вспышку холеры на улицах Лондона, заложил основы современной эпидемиологии. В конце столетия Чарльз Бут провел поквартирные опросы в домохозяйствах, чтобы на их основе создать карты бедности, позднее вдохновившие на подобное Флоренс Келли в Чикаго и Уильяма Эдуарда Бёркхардта Дюбуа в Филадельфии.

К концу века люди стали обращаться к статистическим атласам за последней информацией о развитии своих стран. Французское правительство создало Бюро статистической графики, которое выпустило «Альбом статистической географии». Данное издание охватывало широкий круг сторон общественной жизни – от пассажирских перевозок общественным транспортом и тоннажа переправляемых по каналам грузов до объемов винодельческого производства и посещаемости театров, – которые теперь можно было рассмотреть в ранее беспрецедентных деталях.

С точки зрения временны́х затрат и стоимости печати выпускать большие разноцветные атласы было очень дорого. В итоге издатели сократили тематические разделы атласов и унифицировали их оформление. Более того, такой визуальный способ представления мира начал приедаться. Как отмечает Френдли, «изображения данных стали восприниматься просто как картинки: возможно, красивые и наглядные, но не способные передать факт с точностью до трех знаков за запятой». Так статистика рассекла «единое целое» Гумбольдта на еще более мелкие части.

Карта зон растительности и распространения семейств растений (1838); Генрих Бергхаус дополнил ее ботаническими иллюстрациями и диаграммами, чтобы показать, что произрастает на разной высоте над уровнем моря.

ИСТОЧНИК: КОЛЛЕКЦИЯ ИСТОРИЧЕСКИХ КАРТ ДЭВИДА РАМСИ

Бергхаус и Гумбольдт изменили само ПОНИМАНИЕ АТЛАСА. Безликие контуры различных мест, веками заполнявшие страницы этих изданий, уступили место поэтическому осмыслению ПРОЦЕССОВ природы.

По часовой стрелке, начиная с верхнего левого изображения: «петушиный гребень» Найтингейл; печально знаменитая вспышка холеры на Брод-стрит на карте Джона Сноу; пассажирские перевозки во Франции в 1890 г.; уровни бедности на карте Лондона, составленной и вручную раскрашенной Бутом.

ИСТОЧНИКИ: КОЛЛЕКЦИЯ ИСТОРИЧЕСКИХ КАРТ ДЭВИДА РАМСИ (НАЙТИНГЕЙЛ); БИБЛИОТЕКА УЭЛКОМА, ЛОНДОН (СНОУ); БИБЛИОТЕКА ЛОНДОНСКОЙ ШКОЛЫ ЭКОНОМИКИ И ПОЛИТИЧЕСКИХ НАУК (БУТ)

В цифровом виде

В первой половине ХХ века карты и графики не утратили своей актуальности: они имели исключительно важное значение для газет и журналов, рассказывавших о трагедии двух мировых войн, о появлении дальних авиаперевозок и возрастающей глобализации экономики. Наконец, всеобщая компьютеризация поспособствовала очередному сближению статистического анализа и печатных карт. В 1963 году преподаватель Северо-Западного университета Говард Фишер и программист Бетти Бенсон работали над созданием SYMAP – системы, способной собирать данные, хранящиеся на перфокартах, производить расчеты и на их основе выдавать карту (см. на рисунке ниже). Ранее, чтобы предусмотреть влияние различных факторов при строительстве, инженерам приходилось на большие печатные карты накладывать прозрачные слои кальки с нанесенными на них данными. Например, чтобы спланировать новую дорогу в растущем городе, были нужны не только геологические карты, но и карты, отражающие информацию о собственниках земли, данные о росте населения и т. д. Одно только прогнозирование численности населения могло потребовать пять карт, если нужно было выдать оценки на каждые пять лет на протяжении четверти века. Каждую из них рисовали от руки. Если в расчеты требовалось внести изменения, то всю работу нужно было начинать заново. SYMAP избавила от этой бесполезной траты времени и сил. Чтобы получить данные, скажем, за десять лет, в сущности, все, что надо, – это внести небольшие изменения в компьютерный код и нажать кнопку «Печать». С точки зрения детальности и внешнего вида эти первые цифровые карты выглядели довольно примитивно по сравнению со своими нарисованными вручную предшественниками. Но их цель заключалась в другом. Они доказали, что с помощью математических функций можно создавать карты одним нажатием кнопки.

Действуя наподобие печатной машинки, SYMAP использовала сетку из тире, плюсов, цифр и других символов для формирования изображений – в данном случае контурной карты высот Большого Бостона.

ИСТОЧНИК: ГАРВАРДСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ И ПРОСТРАНСТВЕННОГО АНАЛИЗА (SYMAP)

ТРОПЫ, ПРОЛОЖЕННЫЕ ДАННЫМИ

Национальное картографическое агентство Великобритании создало приложение для планирования путешествий. В 2010-е годы пользователи записали почти 11 млн треков. Сверху показаны 400 000 из них. Картограф Чарли Глинн, принимавший участие в разработке приложения, был удивлен тем, как хорошо пешие туристы очертили побережье Британии: «Хотя это всего лишь набор линий, он создает реальную, четкую картину места». Кроме того, приложение позволило выявить самые популярные маршруты в стране. Национальный парк «Сноудония» в Уэльсе удерживал первенство многие годы. Со всех сторон к вершине Сноудон высотой 1085 м стекаются туристы (см. иллюстрацию выше).

ИСТОЧНИК: НАЦИОНАЛЬНОЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО ВЕЛИКОБРИТАНИИ

Эти попытки в итоге привели к появлению Географической информационной системы (ГИС), которую мы использовали для создания карт в этой книге. Так же, как Гумбольдт хранил данные в конвертах и коробках, ГИС позволяет картографам сохранять информацию по темам, например по высоте над уровнем моря, почвенному покрову или системе автодорог. Сочетая эти факторы, мы можем вычислить доступность любого места на Земле, не выходя из дома, или отслеживать распространение лесных пожаров, не вдыхая их дым.

Мы и есть карта

В 1960-е годы, когда уже была начата работа над первыми цифровыми картами, Национальное картографическое агентство завершило свою кропотливую деятельность, которую оно вело на протяжении 30 лет, по созданию как можно более точной карты Великобритании. Картографы были вынуждены взбираться на вершины холмов и размещать там бетонные колонны – так называемые триангуляционные пункты. Это позволяло специалистам точно измерить (или произвести триангуляцию) свое положение по отношению к колоннам на соседней возвышенности. Хотя такие технологии, как GPS и лидары, уже сменили эти аналоговые, вышедшие из употребления изделия, 6500 подобных геодезических пунктов все еще покрывают Британию. Одна такая точка триангуляции, потрескавшаяся и испещренная отметинами ледяных ветров, до сих пор возвышается высоко в горах Уэльса, на пике Криб-и-Ддисгл. Те путешественники, что проходят мимо него, направляясь к пику Сноудон – его более высокому соседу, сами того не подозревая, создают свои собственные карты. Разработанное картографическим агентством приложение, которое используют тысячи людей, прокладывая пути по всей стране, позволяет туристам записывать свои маршруты и делиться ими, делая их еще более популярными. Эти новые карты сочетают в себе выверенность традиционных маршрутов и динамичность современных цифровых данных, являясь для коллективного разума подсказкой, куда стоит идти, а куда нет.

Интернет-магазин Национального картографического агентства предлагает широкий выбор умных часов и других аксессуаров, помогающих любителям пеших походов отслеживать качество сна накануне большого восхождения, частоту сердечного ритма во время прохождения «Трассы свиней» или максимальную скорость на спуске по тропе Лланберис. Те, кто носит такие приспособления, могут установить для себя необходимые показатели сна и тренировок, чтобы сделать свой образ жизни более здоровым.

Тренировочные маршруты пользователей Strava очертили периметр базы ВВС США в Афганистане.

ИСТОЧНИК: STRAVA

Разумеется, информация о здоровье является очень личной. Некоторые карты содержат слишком много данных, если учесть, что нам неизвестно, кому они могут стать доступны. В 2018 году программисты, разрабатывавшие Strava, популярное приложение для фитнеса, выпустили карту мира с нанесенными на нее местами, где тренируются люди. Из миллиардов точек складывались яркие узоры вдоль тропинок в парках и на набережных – ничего из ряда вон выходящего. Несколько месяцев спустя проницательные глаза Натана Русера, исследователя из Австралийского института стратегической политики, заметили скопление цветных пятен в тех местах карты, которые до этого были темными. При близком рассмотрении стали видны тайные американские военные базы на Ближнем Востоке и в Африке (см. выше). Их персонал, использующий Strava, чтобы записывать свои ежедневные тренировки, невольно поделился своим местоположением. Авторы приложения заявили: они и понятия не имели, что их маркетинговый прием приведет к раскрытию засекреченной информации. Ничего не подозревал и Пентагон. По существу, информация о нахождении самой совершенной армии в мире была опубликована без ее ведома.

Для того чтобы оставить след из данных, необязательно носить какое-либо устройство. Сегодня, что бы мы ни делали, вокруг нас образуются цифровые нити. Даже если вы приплывете на необитаемый остров и утопите свой телефон в море, пролетающий по орбите спутник запишет тепловой сигнал вашего костра. Каждую секунду информация со всего мира сплетается в огромный клубок. Работая над «Атласом невидимого», мы вытягивали из этого клубка нити и наносили на карту то, что нашли. Представленные на этих страницах графики придали явственную форму нашему продлившемуся четыре года поиску историй, показывающих, что данные способны рассказать о прошлом, о том, кто мы есть, что делаем сейчас и с чем столкнемся в ближайшие сто лет. Процесс был захватывающим и завораживающим. В поисках информации для очерков, с которых начинается каждая часть, мы открыли лучшие и худшие стороны человечества. Мы восхищались гениальностью первых составителей прогнозов погоды и испытывали ужас от моральной развращенности и жестокости толпы на Юге в эпоху законов Джима Кроу[4]. В конце концов мы обрели надежду на лучшее будущее, благодаря открывшемуся нам миру данных познав уроки истории. Мы не предлагаем вам научных открытий о законах жизни и не раскрываем тайн Вселенной, но делимся радостью от того, что смогли посмотреть на мир новыми глазами.

В 2018 году жена Оливера Софи начала носить часы Fitbit, с помощью которых могла отследить уровень своей физической активности, а также продолжительность и качество сна. Этот год у нее выдался насыщенным: частые поездки по работе, замужество, медовый месяц, – так что она нисколько не удивилась, обнаружив, что плохо спала во время перелетов и очень крепко – после долгих пеших прогулок. Настоящие же открытия носили более личный характер: данные показывают, что Софи каждую ночь просыпается на непродолжительное время (эти короткие перерывы во сне отображены на схеме в виде желтых полосок). Чтобы проспать восемь часов, ей нужно провести в кровати девять.

Как пользоваться этой книгой

Так же, как Гумбольдт и Бергхаус почти два века назад, мы поставили перед собой цель отобразить не конкретные места, а закономерности и взаимосвязи. На множестве примеров мы показываем, как мобильные телефоны используются для определения местоположения и каким образом в ДНК зашифрована информация о наших далеких предках; исследуем уровень счастья и тревожности по всему миру и демонстрируем, как глобальное потепление влияет на все – от ураганов до хаджа. Мы смотрим на землю то с высоты птичьего полета, то в максимальном приближении, разглядывая детали. Вы сможете ознакомиться с картами, представляющими нашу сферическую планету в необычном ракурсе. Для тех, кто интересуется картографией, в главе «Плоская Земля» представлен полный список картографических проекций. Обратите внимание на то, что на каждом графике есть отметка о времени. Мы использовали самую актуальную на конец 2020 года информацию. Хотя с того времени некоторые статистические данные могли измениться, общие тенденции сохраняются.