Это невероятно! Истории от основателя Игнобелевской премии Марка Абрахамса

Абрахамс М. Это невероятно! Открытия, достойные Игнобелевской премии (Marc Abrahams. This Is Improbablе. Cheese String Theory, Magnetic Chickens, and Other WTF Research. 2012). Перевод с английского Борислава Козловского и Алексея Капанадзе — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. Серия Universum. Ведущий редактор серии Ирина Опимах

Книга основателя Игнобелевской (Шнобелевской) премии — сборник эссе о самых разных исследованиях вполне почтенных ученых. Только вот предмет этих исследований заставляет читателей сначала рассмеяться, а потом задуматься о весьма серьезных вещах. Почему чаще всего крадут книги по этике? Как найти оптимальный способ нарезки ветчины с помощью математики? Отчего танцоры в Вегасе получают большие чаевые в определенные месяцы? И какое ухо лучше распознает ложь — правое или левое? Абрахамс рассказывает о подобных довольно странных исследованиях в области биологии, физики, математики и других наук с большим юмором, иронией и — глубоким знанием человеческой природы.

28 часов томления духа

Германские и австрийские исследователи проанализировали, что происходит со знаменитым пианистом (Армином Фуксом), если тот на протяжении более чем суток играет раз за разом без остановки короткий этюд «Томления духа», сочиненный французским композитором Эриком Сати. Это был тест на выносливость — как с художественной, так и с нейрофизиологической точки зрения, — которому подвергли умение мозга повторять.

Команда исследователей — Кристине Кольмец, Рейнхард Копиец и Марк Бангерт из Ганноверского университета музыки и драматургии, а также Вернер Гёбль и Эккарт Альтенмюллер из Австрийского института искусственного интеллекта в Вене — опубликовала в 2003 году несколько статей о том, что дали науке наблюдения за пианистом.

Заголовки этих работ столь же длинны, как и упражнения Фукса. Один, в журнале Psychology of Music («Психология музыки»), звучит так: «Электрическая активность коры у пианиста, исполняющего „Томления духа“ Эрика Сати в течение 28 часов». Когда Сати заканчивал это сочинение (в 1893 году), он сопроводил ноты пояснением, что исполнителю следует «сыграть этот пассаж 840 раз подряд».

В XXI веке ученые Кольмец, Копиец, Бангерт, Гёбль и Альтенмюллер задались вопросом, мог ли композитор XIX века «предвидеть влияние, которое окажет его сочинение на пианиста, в особенности на его сознание и двигательные функции».

Несложные расчеты показывают, что в среднем неутомимый Фукс исполнял по тридцать пассажей за час — по одному «Томлению духа» каждые две минуты.

Закрепив электроды на голове у Фукса, исследователи смогли в режиме реального времени следить за электрической активностью его мозга при помощи электроэнцефалографа (ЭЭГ). Обнаружилось, что «пианист за время эксперимента успел пережить несколько разных состояний — от бодрствования до дремоты и транса».

Когда Фукс впадал в дрему, музыка становилась неразборчивой. Однако всё то время, что он бодрствовал, пианист играл образцово. «Но важнее всего, — говорится в работе, — что даже в глубоком трансе, когда человек испытывает эффекты вроде сжатия времени и измененного восприятия, заметные на ЭЭГ, пианисту удавалось не только продолжать играть, но и держать темп. Это требует виртуозного контроля над двигательной активностью» (видео эксперимента можно найти на YouTube: www.youtube.com/watch?v=km9GiejF5OQ).

Второе исследование, опубликованное в Journal of New Music Research, содержит намного более детальный «анализ темпа и громкости» . Авторы не без гордости сообщают: «Нелинейные методы выявили, что перепады громкости и темпа имеют невероятно сложную природу, и колебания обоих параметров удобней всего описывать в 18-мерном пространстве. Эффекты такого рода ранее описаны не были».

«Томления духа» не принадлежат к числу самых популярных произведений Эрика Сати. Довольно короткое (обычно пианисты нарушают инструкцию композитора и играют «Томления» всего единожды), оно не требует от исполнителя особой скорости игры или сверхъестественного мастерства.

Однако один прорыв Сати все-таки совершил. Предложенная им техника («сыграйте это 840 раз подряд») была с большой выгодой освоена музыкальной индустрией многие годы спустя. Радио-диджеи 1950-х доказали: упорно повторяя песню раз за разом, ничего не стоит убедить великое множество слушателей, что эта конкретная мелодия — их любимая.

В голове у официанта

Аргентина может похвастаться удивительными официантами, память которых заслуживает специального анализа, — если верить статье, опубликованной в журнале Behavioural Neurology и озаглавленной «Стратегии улучшения памяти в реальных жизненных ситуациях у официантов Буэнос-Айреса». «Типичный старший официант в Буэнос-Айресе держит в уме все заказы, сделанные клиентами, если тех за столом не больше десяти, — сообщают авторы. — Принося блюда, официанты также не испытывают необходимости что-либо переспрашивать или сверяться с записями».

Как правило, официанты не ошибаются.

Как им это удается? Исследователи Тристан Бекинштейн, Джулиан Кардозо и Факундо Манес решили выяснить это экспериментально. Коллектив авторов представляет сразу три научных учреждения — Институт когнитивной нейронауки и Университет Фавалоро в Буэнос-Айресе, а также Отделение наук о мозге в Кембриджском университете.

Выглядел эксперимент так. Восемь человек усаживались за стол и заказывали напитки. Как только официант возвращался с напитками, ученые считали, скольким из восьмерых он принес именно то, что было заказано, и сколько раз напиток доставался не тому клиенту. На этом этапе все официанты справлялись превосходно.

Потом тактика поменялась. Клиенты делали заказ и, прежде чем официант возвращался, менялись местами. Результаты были хуже некуда. Из девятерых официантов, с которыми ученые проделали этот фокус, ни разу не ошибся только один.

Работая над статьей, Бекинштейн, Кардозо и Манес наткнулись на описание самого удивительного официанта в мире (о том, был ли он аргентинцем, источники умалчивают). Тот после долгой тренировки в совершенстве овладел искусством безошибочной доставки еды: «мог запомнить до двадцати заказов, делил блюда на мясные и овощные и сразу решал, в какой точке стола должна оказаться та или иная тарелка. Чтобы закодировать и удержать в памяти набор заправок для салатов, он использовал акронимы вперемешку со вспомогательными словами. А для запоминания степени прожарки стейков рисовал мысленную картину, где рядом с каждым посетителем бушевало пламя — у одних посильней, у других послабей».

Официанты Буэнос-Айреса, в отличие от их чудо-коллеги, «раз за разом признавались, что не задумывались о какой-либо специальной стратегии запоминания, и утверждали, что мастерство само собой приходит с опытом». Правду они говорили или лукавили, но их ответы хорошо согласуются с мнением, что людям их профессии не свойственно теоретизировать.

Тот официант, что в эксперименте зарекомендовал себя лучше прочих, — то есть правильно раздал напитки клиентам, которые поменялись местами у себя за столиком, — утверждал: в отличие от коллег, он не задумывается, где кто сидит, и обращает внимание только на внешность человека. Целых десять лет он «работал на коктейльных вечеринках, где всё в постоянном движении», а в ресторане служит только последние три года.

Ужасные звуки

Ногтями по меловой доске. Почему от одной этой фразы у нас пробегает озноб по спине? Проблема беспокоит ученых вот уже 2300 лет. Еще Аристотель отметил существование «тяжелых звуков», но не потрудился объяснить, откуда они берутся.

В середине 1980-х трое ученых взялись за задачу всерьез: они заставляли добровольцев слушать синтезированные электроникой звуки, имитирующие скрежет от ногтей. Д. Линн Хальперн, Рэндольф Блейк и Джеймс Хиллебранд из Северо-Западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс) опубликовали результаты в журнале Perception and Psychophysics. Статья называлась «Психоакустика ужасных звуков».

Первым делом они поставили серию опытов с целью выяснить, какую ступень в иерархии неприятных звуков занимает скрежет ногтей.

Исследователи завербовали группу добровольцев — отличную от той, которой позже предстояло столкнуться лицом к лицу со всеми видами и вариациями Звука Звуков. Первой группе дали прослушать в записи 16 звуков, которые в теории могли бы вызвать дискомфорт: нужно было оценить, насколько раздражает каждый из них. Результаты варьировались от «так себе» (звон колокола, шелест велосипедных шин, журчание воды) до «мучительных». Нескольких добровольцев слегка раздражало позвякивание ключей. Если двигаться в сторону возрастания дискомфорта, за ключами шли точилка для карандашей; мотор блендера; табуретка, которую волокут по полу; выдвижные металлические ящики; рубанок по дереву; рубанок по металлу и наконец пенопласт — когда два куска трут друг о друга. Но раздражающий эффект от скрежета ногтей затмевал их все.

Выяснив этот простой факт, Хальперн, Блейк и Хиллебранд оцифровали свои магнитофонные записи, чтобы путем манипуляций на компьютере легко превращать высокие частоты в низкие и наоборот. В статье особо отмечается: исследователи были убеждены, что запись их отличного качества. «Для авторов и еще нескольких вынужденных слушателей из числа подопытных, — пишут Хальперн с коллегами, — сигнал, оцифрованный и очищенный от помех, звучит очень похоже на оригинал и столь же неприятно».

Содрогающимся от отвращения добровольцам пришлось выслушать несколько вариантов звуков, прошедших цифровую обработку, и оценить, насколько неприятен каждый из них.

Выводы, сделанные по итогам эксперимента, заслуживают того, чтобы их процитировать: «Наши результаты демонстрируют, что звук твердого предмета, которым скребут по доске, неприятным делает акустическая энергия в форме волн с частотой посередине диапазона, доступного человеческому слуху. Вопреки ожиданиям, высокие частоты не являются ни необходимыми, ни достаточными для того, чтобы вызвать чувство отвращения. Однако по-прежнему неясно, почему этот и похожие звуки так режут слух».

Но этим история не заканчивается. В 2004 году Джош Макдермот и Марк Хаузер из Гарвардского университета, проведя серию акустических и психологических опытов, обнаружили принципиальное различие между студентами Гарварда и хохлатыми тамаринами. В отличие от студентов, эти обезьяны не стремятся сбежать из помещения, где скребут ногтями по доске. Макдермот и Хаузер отважились выдвинуть свою гипотезу на этот счет — по их мнению, эффект может быть связан со способностью человека понимать музыку и воспринимать ее эмоционально.

В 2006 году Хальперну, Блейку и Хиллебранду была присуждена Игнобелевская премия по акустике. Но загадка осталась загадкой, и она по-прежнему щекочет нервы всем, кому о ней рассказывают.

Физика крадущихся и падающих котов

Коты могут красться, а могут падать, — но что бы они ни делали, коты обязаны подчиняться законам физики. Ученые не раз пытались узнать, как же им это удается.

Самые отчаянные головы выясняли, что происходит, если кота бросить с высоты. Кот в падении, кот перед неизбежным столкновением с землей — что, спрашивается, мешает ему разбиться? Одна только кошачья хитрость.

В 1969 году Т. Р. Кейн и М. П. Шер из Стэнфордского университета (США) опубликовали труд «Динамическое объяснение феномена падающей кошки». До сих пор он остается одной из немногих посвященных кошкам работ, опубликованных в Journal of Solids and Structures («Журнал о твердых телах и структурах»). Кейн и Шер объясняют: «Хорошо известно, что падающие коты обычно приземляются на лапы, даже если бросить покоящегося кота вверх тормашками. Были предприняты многочисленные попытки найти какую-нибудь достаточно простую механическую систему, которую законы динамики вынуждали бы повторять характерные движения кота в полете. Настоящая работа — пример такой попытки».

И что это за пример!

Ронять и поднимать котов Кейн и Шер не стали. Вместо этого они построили абстрактную математическую модель кота: два цилиндра (слегка неправильных) соединяются в одной точке таким образом, чтобы вся конструкция гнулась, но не скручивалась — как кошачий позвоночник.

Когда на компьютере смоделировали падение этого теоретического кота, движения его напоминали те, что исследователи могли видеть на серии фотографий, запечатлевших падение с крыши настоящего кота. Ученые сделали вывод: их теория «объясняет рассматриваемый феномен».

В 1993 году профессор Ричард Монтгомери из Калифорнийского университета в Санта-Крузе нанес по старой проблеме новый сокрушительный удар при помощи бронебойного матаппарата современной физики. Его статья «Калибровочная теория падающего кота» занимает целых 26 страниц в серьезном математическом журнале. В финале с неудовольствием отмечается, что «оригинальные решения Кейна и Шера являются одновременно наилучшими и простейшими».

Однако коты редко сваливаются на кого-нибудь. Чаще всего они куда-нибудь крадутся. Крадутся по земле. И крадущиеся коты способны пленить физика ничуть не меньше, чем коты летящие.

Кристина Бишоп из Калифорнийского университета в Дэвисе вместе с Анитой Пай и Дэниэлом Шмидтом из Университета Дьюка в Северной Каролине в 2008 году отправили в научный онлайн-журнал PLoS ONE статью «Крадущийся кот: механика движений всего тела».

Объектом исследования стали шестеро котов, трое из которых «были частично обриты и помечены яркой нетоксичной краской, чтобы облегчить кинематический анализ». Была обнаружена «прежде неизвестная механическая связь» между «согнутыми положениями тела», «изменениями характера постановки лапы» и энергозатратами организма на все эти изгибы и движения лап.

По мнению Бишопа, Пай и Шмидта, котов, намеренных красться, серьезно ограничивают физические законы мироустройства. Им приходится выбирать между «крадущейся походкой», на которую тратится слишком много энергии, и старой доброй энергоэффективной ходьбой.