Книга: Мозг – повелитель времени
Назад: 8:00 ЧТО ЖЕ ЭТО ЗА ШТУКА — ВРЕМЯ?
Дальше: 10:00 ОПРОСТРАНСТВЛИВАНИЕ ВРЕМЕНИ В НЕЙРОБИОЛОГИИ
9:00
ОПРОСТРАНСТВЛИВАНИЕ ВРЕМЕНИ В ФИЗИКЕ
Мы, физики, считаем, что деление на прошлое, настоящее и будущее есть всего лишь устойчивая иллюзия.АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН
Одна из вещей, которая меня привлекает в баскетболе, заключается в том, что это игра против времени. Игрок, делающий последний бросок, должен выпустить мяч из рук до того, как истечет время игры и раздастся финальный свисток. Если мяч отделяется от руки до окончания времени игры, бросок засчитывается. Нам кажется, что определение порядка этих событий (звук свистка и отделение мяча от руки игрока) является объективной проблемой. Однако выясняется, что это не так.
Давайте проведем мысленный эксперимент и предположим, что, по мнению судьи, победный мяч отделился от руки игрока, находящегося в одной части поля, до того, как атомные часы в другой части поля показали конец игры. Используя высокоточное оборудование, судья позднее подтверждает, что от момента броска до окончания игры оставалась еще целая наносекунда (миллиардная доля секунды). Теперь допустим, что это была седьмая игра финала НБА, и за ней через телескоп наблюдал космонавт, находившийся на космическом корабле, который двигался с фантастической скоростью, равной половине скорости света. Узнав о решении судьи, космонавт приходит в изумление, поскольку видел своими глазами, что часы показали окончание игры до того, как игрок выпустил мяч из рук, и, следовательно, этот бросок не должен засчитываться. Спор относительно того, засчитывается ли мяч, и какая команда победила, не имеет никакого отношения к тому, как скоро информация дошла до космического корабля (считаем, что обе стороны это учитывают); вопрос лишь в том, что у нас есть две равноправные реальности: в одной победившая команда действительно победила, а в другой произошла судейская ошибка.
Как это возможно? Может ли быть, что два события происходят в одном порядке для одного наблюдателя и в другом для другого? И если это так, что это говорит о природе времени? Чтобы ответить на эти вопросы, следует обратиться к специальной теории относительности.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Скромное название статьи Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» не позволяло предугадать, что эта статья изменит ход развития науки. В статье Эйнштейн изложил специальную теорию относительности и обосновывал ее, исходя из двух принципов.
Первый принцип заключался в том, что законы физики едины для всех наблюдателей, движущихся с постоянной скоростью. Этот так называемый принцип относительности Эйнштейн позаимствовал у Галилея, который указывал, что наблюдатель, находящийся в море на движущемся с постоянной скоростью корабле, не может однозначно определить, движется он или нет. Возможно, вам знакомо это ощущение, когда, внезапно очнувшись в самолете, вы не можете сразу сообразить, летите вы, выруливаете на взлетно-посадочную полосу или стоите. Принцип относительности заставляет нас определять скорость движения по отношению к чему-то еще. Когда мы говорим, что машина едет со скоростью 100 км/ч, подразумевается, что мы соотносим скорость ее движения с покоящимися предметами на планете Земля, например, со знаком, ограничивающим скорость до 80 км/ч. Однако, строго говоря, абсолютного стандарта для сравнения не существует. Для приближающейся навстречу полицейской машины скорость движения данной машины будет намного выше 100 км/ч. Более того, вполне законно сказать, что машина покоится, а дорожный знак движется со скоростью 100 км/ч. Таким образом, скорость перемещения предмета всегда относительна и определяется в каком-то конкретном контексте. С одним только исключением…
Скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения испускающего свет тела. Это второй принцип в основе теории Эйнштейна. На первый взгляд утверждение, что скорость света постоянна, может показаться вполне безобидным, но вместе с принципом относительности оно опровергает концепцию абсолютного времени.
Чтобы оценить последствия второго принципа, давайте сначала договоримся по поводу определения скорости движения. Допустим, вы находитесь в поезде, движущемся со скоростью 100 км/ч, и стреляете из пистолета по направлению движения. Вы знаете, что пуля вылетает из пистолета со скоростью 300 км/ч, поэтому видите, как пуля удаляется от вас со скоростью 300 км/ч. Допустим также, что я наблюдаю за этой сценой с платформы и определяю скорость движения пули как 400 км/ч (скорость поезда плюс скорость пули).
Теперь давайте рассмотрим тот же сценарий, но в контексте второго принципа Эйнштейна — принципа постоянства скорости света. Пусть ваш поезд движется с невообразимой скоростью 100 000 км/с (треть скорости света), и вы выпускаете из пистолета не пулю, а пучок лазерных лучей. Фронт света лазера удаляется от вас со скоростью 300 000 км/с (примерно скорость света, обозначим ее через c). Резонно предположить, что раз вы видите движение светового пучка со скоростью 300 000 км/с, я с платформы должен определить, что скорость движения фронта света составляет 400 000 км/с (скорость поезда плюс скорость света, 1,33c). Однако в таком случае нарушается принцип постоянства скорости света, которая должна быть одинаковой для всех и равняться значению c вне зависимости от скорости движения остальных тел (кроме того, здесь нарушается соответствующий вывод теории относительности, заключающийся в том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света). В результате для вас и для меня свет лазера будет двигаться с одной и той же скоростью.
На интуитивном уровне это совершенно непонятно. Вы легко определите, что через секунду фронт света окажется за 300 000 км от поезда. Поскольку я тоже вижу, что свет движется с той же скоростью, я могу сказать, что через секунду фронт света окажется в 300 000 км от моей платформы, а поскольку мне известно, что поезд идет со скоростью 100 000 км/с, он продвинется на 100 000 км. В результате для меня расстояние между поездом и фронтом света составит 300 000–100 000 = 200 000 км. Но вы только что подсчитали, что фронт света удалился от вас на 300 000 км! Здесь что-то не так. Попросту говоря, если скорость света абсолютна, то пространство и время — нет! Наши вычисления не сходятся по той причине, что мы оцениваем пространство и время по-разному.
Для Эйнштейна 1905 г. был «годом чудес»: он все еще работал в патентном бюро в Берне, но опубликовал четыре чрезвычайно важные статьи. В статье, посвященной специальной теории относительности, он вывел серию уравнений, описывающих растяжение времени (и сокращение пространства) в зависимости от скорости. Интересно, что эти уравнения называют преобразованиями Лоренца, поскольку впервые их привел в своих работах голландский физик Хендрик Лоренц. Однако Лоренц не выявил всех следствий из этих уравнений и не понял, что их можно вывести из двух упомянутых выше принципов.
Стоит взглянуть на сокращенную версию преобразований Лоренца для времени, поскольку это одно из важнейших уравнений в истории изучения времени. Это всего-навсего алгебраическое уравнение, которое связывает время на ваших часах, когда вы перемещаетесь в поезде (tвы), со временем на моих часах, когда я стою на платформе (tя), при условии, что мы оба запустили часы ровно в тот момент, когда вы проносились мимо меня. В этом уравнении v — скорость нашего движения относительно друг друга, а c — скорость света:
Поскольку c — гигантское число по сравнению с нашими привычными скоростями, параметр v2/c2 близок к нулю, и знаменатель близок к √1, т. е. к единице. Таким образом, значения tвы и tя приблизительно равны. Так обычно и бывает в жизни: все наши часы тикают с одинаковой скоростью и действуют синхронно, даже когда мы двигаемся, поскольку двигаемся мы с небольшими скоростями (по сравнению со скоростью света). Однако при скоростях, приближающихся к скорости света, часы будут идти по-разному.
Возвратимся к примеру, когда вы путешествуете в поезде, движущемся со скоростью, равной одной трети скорости света. Через секунду, отмеренную вашими часами (tвы = 1 с), мои часы покажут другое время (tя = 1,06 с). Разница небольшая, но если бы вы двигались со скоростью ближе к скорости света, скажем, v = 0,999c, за то время пока ваши часы отмерили бы год (tвы = 1 год), мои отмерили бы почти 22 года. В такой ситуации время для вас замедлилось: я постарел на 22 года, а вы — лишь на год.
Один из первых экспериментов по демонстрации замедления времени заключался в сравнении показаний атомных часов, находящихся на летящем самолете и на земле. Часы провели несколько сотен часов в самолетах, двигавшихся на восток (направление полета имеет значение из-за вращения Земли). Как и предсказывала специальная теория относительности, путешествовавшие часы отставали (на десятки миллиардных долей секунды) от атомных часов, находившихся дома, в военно-морской обсерватории в Вашингтоне.
Этот и другие эксперименты подтвердили, что время — не абсолютная величина. Ньютон ошибался, утверждая что время «протекает само по себе, без всякого отношения к чему-либо внешнему».
ИСЧЕЗНОВЕНИЕ ОДНОВРЕМЕННОСТИ
Часовое время всегда измеряют по изменению какого-то показателя — будь то число колебаний маятника или концентрация белка Period в супрахиазматических ядрах, а изменение — явление локальное. И нам легко понять, что скорость изменения тех или иных событий может быть подвержена влиянию локального окружения.
Отчасти именно поэтому человек изобрел холодильник: помидоры в холодильнике «стареют» медленнее, чем на столе. Вообще говоря, время, измеряемое по колебаниям маятника или циркадным часам дрозофилы, тоже зависит от температуры. При этом температура по-разному влияет на показания разных типов часов, а на какие-то не влияет вовсе. Например, период полураспада радиоизотопов, о которых мы говорили в главе 7, почти одинаков при обычной температуре и вблизи абсолютного нуля.
Напротив, скорость движения влияет на все типы часов, и пренебрегать ею никак нельзя. Скорость любого физического процесса (ход атомных часов или метаболизм человека) изменяется в большую или меньшую сторону при изменении скорости перемещения тела. Сам этот факт может сбить с толку, но еще удивительнее его последствия для специальной теории относительности.
Давайте вернемся к нашему мысленному эксперименту с поездом и платформой и рассмотрим ситуацию с реальной скоростью движения. Представьте себе, что вы стреляете из пистолета, находясь в середине 400-метрового состава, движущегося со скоростью 200 м/с относительно платформы, на которой стою я (рис. 9.1). Как только головной вагон поезда оказывается напротив меня, вы стреляете одновременно из двух пистолетов: одна пуля летит в стекло первого вагона, а другая — в стекло последнего, и обе тоже движутся со скоростью 200 м/с. С вашей точки зрения обе пули движутся с одинаковой скоростью и преодолевают одно и то же расстояние, так что в окна первого и последнего вагона они врезаются одновременно — ровно через секунду после выстрела.
Рис. 9.1. Поезд Ньютона. В соответствии с законами Ньютона, если стоящий в середине поезда человек одновременно стреляет в противоположных направлениях в момент времени t = 0, стекла в первом и последнем вагоне разбиваются одновременно в момент времени t = 1 с.
Я, стоя на платформе, вижу, что пуля, летящая по ходу поезда, движется со скоростью 400 м/с (скорость поезда плюс скорость пули), и переднее стекло разбивается через одну секунду, поскольку этой пуле приходится преодолевать расстояние в 400 м (половина длины поезда плюс расстояние, пройденное поездом за 1 с). А вот пуля, летящая в обратном направлении, движется со скоростью 200 м/с (скорость поезда) минус 200 м/с (скорость пули отрицательная, поскольку пуля летит в противоположном направлении по отношению к движению поезда). Иными словами, я вижу пулю неподвижно висящей в воздухе до тех пор, пока в нее не врезается стекло последнего вагона (красивее получится, если мы представим себе, что дело происходит в вакууме на планете с небольшой силой тяжести). Столкновение тоже происходит через одну секунду, поскольку от точки, из которой произведен выстрел, стекло последнего вагона отделяло расстояние 200 м. Как и предполагал Ньютон, мы с вами оба видим, что стекла переднего и заднего вагонов разбиваются одновременно. В данном случае можно сказать, что эта одновременность является абсолютной: два события происходят одновременно как для вас, так и для меня.
Теперь давайте разберемся, что произойдет в таком же эксперименте, но при гораздо более высоких скоростях и гораздо больших расстояниях (рис. 9.2). Допустим, вы находитесь в поезде длиной 400 000 км, движущемся со скоростью 200 000 км/с (2/3 скорости света, 0,667c). Опять-таки, когда первый вагон проносится мимо меня, вы стреляете из пока еще несуществующих пистолетов в окна первого и последнего вагонов. Поскольку вы находитесь в середине состава, вы видите, что окна разбиваются одновременно — ровно через секунду после выстрела, поскольку обе пули летят со скоростью 200 000 км/с и преодолевают расстояние 200 000 км. Как и в предыдущем эксперименте, я, со своей стороны, буду видеть посланную назад пулю висящей в воздухе (поскольку скорость пули равна скорости поезда с противоположным знаком) и надвигающееся на нее со скоростью 200 000 км/с стекло последнего вагона. Но какой будет скорость пули, летящей по направлению движения поезда? Чтобы оба окна разбились одновременно, летящая вперед пуля должна пролететь расстояние, равное всей длине поезда (половина поезда плюс пройденное поездом расстояние) за то же самое время, которое потребуется заднему стеклу, чтобы достичь пули, летящей назад.
Рис. 9.2. Поезд Эйнштейна. Из специальной теории относительности для высоких скоростей следует, что разные наблюдатели воспринимают пространственные и временны́е изменения по-разному (поэтому изображать такие эксперименты на схеме довольно сложно). Часы на платформе и в поезде показывают нулевое время (t = 0), когда лобовое стекло первого вагона оказывается напротив стоящего на платформе наблюдателя. Когда оба наблюдателя находятся друг напротив друга, наблюдатель в поезде видит, что оба стекла разбиваются одновременно, но для наблюдателя на платформе стекло заднего вагона разбивается, а стекло переднего вагона еще нет.
Поскольку пуле, летящей вперед, придется преодолеть в два раза большее расстояние, чем заднему стеклу, она должна лететь со скоростью намного выше скорости света, однако из специальной теории относительности следует, что скорость движущейся вперед пули составит примерно 277 000 км/с (0,92c). Следовательно, я со своей платформы увижу, что два стекла разобьются не одновременно. Таким образом, для вас эти события произойдут одновременно, но для меня стекло заднего вагона разобьется раньше! И дело тут совершенно не в том, сколько времени нужно зрительным сигналам из разных частей поезда, чтобы достичь ваших или моих глаз. Дело в том, что этот странный эксперимент демонстрирует наличие двух разных, но в равной степени возможных реальностей: одновременность событий и их порядок могут быть относительными.
ПРОСТРАНСТВО — ВРЕМЯ
Давайте-ка переварим результаты вышеописанного эксперимента. С вашей точки зрения в любой момент времени оба окна одновременно либо целы, либо разбиты. Но для меня существует момент, когда заднее окно уже разбито, а переднее еще нет. Это очень странно. Как может быть, что вы видите два окна разбитыми, тогда как для меня одно из них еще цело? Как будто мы существуем в двух разных вселенных.
Один способ решения этой задачи заключается в опространствливании времени, т. е. во введении понятия «блока вселенной». Если мы принимаем, что все когда-либо произошедшие или еще только предстоящие события постоянно существуют в какой-то точке «блока вселенной» (как постулирует этернализм), относительность одновременности становится не более загадочной, чем возможность или невозможность линеаризации нескольких точек пространства в зависимости от вашего местонахождения. Два телефонных столба кажутся стоящими на прямой, идущей вдоль шоссе, если вы стоите на обочине, но оказываются на поперечной прямой, если вы смотрите на них с середины дороги — это лишь вопрос перспективы. Аналогичным образом оба окна разбиваются одновременно, если они «линеаризованы» в пространственно-временно́й вселенной с вашей точки зрения, но не с моей. Вот почему специальная теория относительности предоставляет наиболее мощные аргументы в пользу этернализма.
Интересно, что когда Эйнштейн впервые опубликовал статью о специальной теории относительности, он не утверждал, что время должно рассматриваться в качестве четвертого измерения «блока вселенной». Первым эти удивительные выводы относительно связи пространства и времени сделал его учитель из Цюриха Герман Минковский (который, как говорят, назвал Эйнштейна-студента «ленивой собакой»). В 1908 г., основываясь на своей более ранней работе, Минковский величественно сообщил, что «с этого момента пространство само по себе и время само по себе расплываются в облаках, и лишь их союз сохранится в объективной реальности».
Минковский объединил пространство и время. Он переформулировал теорию Эйнштейна и привел ее к «геометрическому» виду, в котором вселенная имела три пространственных и одно временное измерение. Он считал, что хотя пространство и время относительны, их «сплав» абсолютен. Если вы отправитесь в путешествие на космическом корабле, а я останусь на Земле и буду наблюдать за вами отсюда, при вашем возвращении мы разойдемся в оценках длительности и протяженности вашего путешествия, но проделанную вами «дистанцию» в пространстве-времени мы оценим одинаково.
Четырехмерную вселенную Минковского можно упростить, представив ее в виде плоского графика, по горизонтальной оси которого откладывается обобщенная пространственная координата, а по вертикальной — временна́я. Состояние покоя (без движения) соответствует смещению по вертикальной оси: время идет, но мое положение в пространстве не меняется, тогда как ваш космический полет описывается диагональной линией. Определяя изменение положения по обеим осям, можно рассчитать расстояние, пройденное в системе пространства-времени, и с этим результатом согласятся все наблюдатели. Это расстояние связано с так называемым собственным временем — временем, отсчитанным часами на вашем космическом корабле.
Специальная теория относительности называется специальной, поскольку применима к упрощенной вселенной, в которой не учитывается влияние гравитационных сил. После публикации статьи о специальной теории относительности Эйнштейн 10 лет работал над созданием более общей теории. Результатом стала его гениальная общая теория относительности, в рамках которой он постулировал эквивалентность гравитационных и инерционных сил.
Законы Ньютона описывают связь между силой тяготения, массой и расстоянием, но теория Эйнштейна позволила глубже постичь суть гравитационных сил. Общая теория относительности подводит к удивительному выводу: гравитация — не самостоятельная сила, а результат искривления пространства-времени. Эта теория еще больше укрепила основания идеи Минковского о слиянии пространства и времени в систему пространство-время.
Некоторые утверждают, что общая теория относительности еще в большей степени, чем специальная теория относительности, подтверждает справедливость концепции этернализма, поскольку некоторые решения уравнений общей теории относительности указывают на возможность перемещений во времени. Иными словами, исходя из некоторых предположений и начальных условий, эти уравнения позволяют перенестись вперед и назад по шкале времени.
В этой книге мы не будем подробно говорить об общей теории относительности, тем более что такое обсуждение выходит за рамки моей компетенции. Но, к счастью, для наших целей даже специальная теория относительности обеспечивает важнейшие аргументы в пользу концепций этернализма и «блока вселенной».
Представление об эквивалентности прошлого, настоящего и будущего подрывает наше привычное восприятие реальности, так что если физики и философы отдают предпочтение этернализму над презентизмом, у них должны быть для этого очень веские основания. Назову три из них:
1. Законы физики не дают оснований предполагать, что сейчас имеет какой-то более специфический смысл, чем здесь, и, следовательно, все моменты времени столь же реальны, как все точки пространства.
2. Специальная теория относительности гласит, что два события, которые один наблюдатель воспринимает как происходящие одновременно, для наблюдателя, находящегося в другой точке пространства, не будут одновременными, и, следовательно, все моменты времени навсегда запечатлены в «блоке вселенной».
3. Некоторые решения уравнений общей теории относительности указывают на возможность перемещений во времени; следовательно, мы живем в этерналистской вселенной, в которой прошлое и будущее в каком-то смысле «всегда существуют».
Однако, несмотря на все эти убедительные доказательства в пользу этернализма, приходится признать, что законы физики не могут объяснить одно из самых очевидных наблюдений человека, заключающееся в том, что настоящий момент отличается от всех других моментов, и что время проходит.
КАК СОВМЕСТИТЬ ФИЗИКУ И НЕЙРОБИОЛОГИЮ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ?
Как следует из эпиграфа к данной главе, Эйнштейн придерживался концепции этернализма, однако ему, по-видимому, тоже не давала покоя кажущаяся особенность настоящего момента.
Рассказывая о беседе с Эйнштейном, философ Рудольф Карнап писал следующее: «Однажды Эйнштейн заявил, что проблема Настоящего всерьез его беспокоит. Он объяснил, что переживание Настоящего означает для человека что-то особенное, что-то принципиально отличное от прошлого и будущего, но это важное различие не относится и не может относиться к области физики. То, что этот опыт не может объясняться наукой, казалось ему поводом для болезненного, но неизбежного отступления. Я ответил, что все происходящее в объективном мире может быть описано научными методами. С одной стороны, последовательность событий во времени описывается физикой; с другой стороны, особенности человеческого опыта в отношении времени, включая различное отношение к прошлому, настоящему и будущему, могут быть описаны и (теоретически) обоснованы психологией».
Как подметил Карнап, многие физики и философы полагают, что единственный способ совместить идею о вселенной, в которой время не движется, с нашим ощущением течения времени заключается в том, чтобы списать ощущение течения времени на причуды мозга.
На практике физики в большинстве своем игнорируют диссонанс между физикой и нейробиологией времени. Уравнения специфической и общей теории относительности удивительно хорошо согласуются с экспериментальными данными — вне зависимости от того, является ли использующий их ученый этерналистом или презентистом. Тем не менее невозможность согласовать идею «блока вселенной» с ощущением течения времени является весьма глубокой проблемой.
Вот что пишет физик и математик Роджер Пенроуз: «Мне кажется, существуют серьезные расхождения между нашим осознанным восприятием течения времени и тем, что показывают наши (изумительно точные) теории относительно реальности физического мира. Эти расхождения должны сообщать нам что-то очень важное о физике, что должно бы объяснять наше осознанное восприятие…»
А вот что пишет физик и писатель Пол Девис: «По моему мнению, самая большая проблема кроется в вопиющем расхождении между физическим временем и субъективным (психологическим) временем… Очевидное ощущение движения или течения времени, возможно, приобретенное за счет «черного хода» мышления, является глубочайшей загадкой. Связано ли оно с квантовыми процессами в мозге? Отражает ли оно объективное свойство времени в нашем реальном мире материальных объектов, которое мы просто не можем обнаружить? Или течение времени в конечном итоге окажется исключительно ментальным конструктом — иллюзией или ошибкой сознания?»
Как нечто столь очевидное, как ход времени, может оказаться иллюзией? Один вариант ответа таков: можно сравнить «блок вселенной» с катушкой кинопленки, состоящей из ряда статичных кадров. Фильм содержит множество кадров, каждый из которых соответствует какому-то моменту времени, но все они в действительности сосуществуют на катушке. Как в домашнем видео, вы появляетесь на многих кадрах «блока вселенной». И в каждом кадре ваш мозг содержит воспоминания о только что сменившихся кадрах. Было высказано предположение, что такой интегрированный доступ ко многим моментам времени в рамках единственного момента каким-то образом и формирует наше субъективное ощущение течения времени.
Физик-одиночка Джулиан Барбур объясняет это на примере движения зимородка (эту птицу называют королем рыболовов, поскольку она обладает фантастической способностью ловить рыбу): «Когда в какой-то момент мы думаем, что наблюдаем движение, на самом деле, в этот момент наш мозг содержит информацию о нескольких последовательных позициях объекта, который мы воспринимаем движущимся. Мой мозг в любой момент времени содержит несколько «моментальных снимков». Представляя эти данные сознанию, мой мозг в некотором роде прокручивает для меня кино… Я вижу (в виде нейронных траекторий) шесть или семь мгновенных снимков зимородка в полете, и мне кажется, что я вижу полет. Эта конфигурация мозга, одновременно кодирующая несколько мгновенных снимков, на самом деле, относится лишь к одному…»
Как я уже отмечал в главе 1, Барбур наряду еще с несколькими физиками склоняется к некоей крайней версии идеи пространства-времени. Он берет «блок вселенной», разрезает его вдоль оси времени, а затем распределяет срезы по безвременно́й вселенной, которую называет Платонией. Барбур считает, что все возможные моменты, т. е. все мыслимые конфигурации материи, составляющие все моменты времени, существуют как статические «сейчас».
Физик Брайан Грин, сторонник более стандартного этернализма, выдвигает аналогичную идею для совмещения ощущения течения времени и концепции «блока вселенной»: «Каждый момент в пространстве-времени — каждый срез времени — подобен кадру фильма… и каждый такой момент для вас — настоящий момент, и вы переживаете в нем свои ощущения этого момента. И это всегда будет так. Более того, в каждом отдельном срезе времени ваши мысли и воспоминания достаточно богаты, чтобы у вас возникало ощущение постоянного течения времени. Это чувство, это ощущение течения времени, не требует, чтобы предыдущие моменты («кадры») «последовательно высвечивались».
Нет сомнений, что в каждый момент времени мозг содержит воспоминания о предыдущих моментах. Как мы обсуждали в главе 6, мозг — динамическая система, кодирующая все события в контексте предыдущих событий. Если бы это было не так, мы не могли бы воспринимать речь, поскольку значение каждого слова интерпретируется в контексте предыдущих слов (а иногда, как мы увидим в главе 12, в контексте последующих слов). Но, даже учитывая тот факт, что мозг, находясь в текущем «кадре», имеет доступ к предыдущим «кадрам», мне не кажется, что ощущение течения времени — лишь иллюзия. Вообще говоря, трудно сказать, насколько эта идея о «моментах-в-моменте» для решения парадокса «блок вселенной»/течение времени совместима с данными нейробиологии.
СОВМЕСТИМА ЛИ ИДЕЯ «БЛОКА ВСЕЛЕННОЙ» С ДАННЫМИ НЕЙРОБИОЛОГИИ?
Мозг — фабрика иллюзий, и большинство нейробиологов и психологов, вероятно, согласятся с тем, что наше субъективное ощущение течения времени является иллюзией. Так что в принципе у нас есть основания для того, чтобы списать ощущение течения времени на выкрутасы разума. Однако проблема в том, что слово «иллюзия» в физике и нейробиологии может означать разные вещи. Когда физик говорит, что течение времени — иллюзия, он предполагает, что это явление происходит только в нашей голове и никак не отражает реалий внешнего мира. А когда нейробиолог утверждает, что наше субъективное ощущение течения времени является иллюзией, он предполагает, что, как всякий субъективный опыт, это ментальный конструкт, но такой конструкт, который, хоть и не достоверно, но отражает физическое явление, имеющее место в реальном внешнем мире.
Мозг — продукт эволюции, а успешность эволюции — великолепная проверка способности живого существа воспринимать и использовать законы физики (хотя бы некоторую их часть). Например, зимородок не мог бы так летать, как он летает, если бы его нервная система не использовала законы Ньютона: кроме применения принципов аэродинамики для контроля полета и погружения в воду, зимородок должен уметь предвидеть будущее и согласовывать траекторию движения с траекторией движения рыбы. Кроме того, глаз может не точно передавать положение рыбы в воде из-за отражения света на границе раздела фаз воздух/вода, и некоторые животные умеют компенсировать этот оптический эффект.
НАШЕ ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА, МУЗЫКИ ИЛИ ЗАПАХА — ЭТО ПРИМЕРЫ СУБЪЕКТИВНЫХ МЕНТАЛЬНЫХ КОНСТРУКТОВ (СВОЙСТВ ЧУВСТВЕННОГО ОПЫТА, ИЛИ КВАЛИА). ЭТО ИЛЛЮЗИИ В ТОМ СМЫСЛЕ, ЧТО ОНИ НЕ СУЩЕСТВУЮТ ВО ВНЕШНЕМ МИРЕ, ОДНАКО ОНИ ИМЕЮТ АДАПТИВНЫЙ СМЫСЛ, ПОСКОЛЬКУ КОРРЕЛИРУЮТ С РЕАЛЬНЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ЯВЛЕНИЯМИ — ДЛИНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ, СПЕЦИФИЧЕСКИМ НАБОРОМ ЗВУКОВЫХ ВОЛН ИЛИ ХИМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ МОЛЕКУЛ. В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ИЗЛУЧЕНИИ С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 470 НМ НЕТ НИКАКОЙ «СИНЕВЫ», А В МОЛЕКУЛАХ СЕРЫ НЕТ НИЧЕГО ОТ ТУХЛЫХ ПРОДУКТОВ, И РАЗНЫЕ ЛЮДИ И РАЗНЫЕ ЖИВОТНЫЕ МОГУТ ВОСПРИНИМАТЬ ОДИН И ТОТ ЖЕ СИГНАЛ КАК ОТТАЛКИВАЮЩИЙ, НЕЙТРАЛЬНЫЙ ИЛИ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНЫЙ.
Суть в том, что нервная система очень хорошо настраивается в соответствии с законами физики. И это касается не только двигательной функции (например, способности гимнастов выполнять двойное сальто с поворотом), но и наших субъективных ментальных ощущений. Наше восприятие цвета, музыки или запаха — это примеры субъективных ментальных конструктов (свойств чувственного опыта, или квалиа). Это иллюзии в том смысле, что они не существуют во внешнем мире, однако они имеют адаптивный смысл, поскольку коррелируют с реальными физическими явлениями — длиной электромагнитной волны, специфическим набором звуковых волн или химической структурой молекул. В электромагнитном излучении с длиной волны 470 нм нет никакой «синевы», а в молекулах серы нет ничего от тухлых продуктов, и разные люди и разные животные могут воспринимать один и тот же сигнал как отталкивающий, нейтральный или привлекательный.
Чтобы осознать потенциальное адаптационное значение наших субъективных ощущений, давайте вернемся к самой интимной иллюзии, которую мозг навязывает разуму — к ощущению собственного тела. Как мы обсуждали в главе 4, если кто-то бьет молотком вам по пальцам, вы испытываете боль. Удивительным образом, хотя ощущение боли возникает в мозге, вы чувствуете ее в другом месте. Она каким-то образом проецируется во внешний мир, в то самое место, где находится кусок плоти, называемый рукой. Мозг настолько преуспел в создании у нас иллюзии владения костями, мышцами и нервами, составляющими наши конечности, что порой переусердствует и сохраняет эту иллюзию даже тогда, когда конечности уже нет. Таким образом, боль можно назвать иллюзией, поскольку это ментальный конструкт. Однако, когда вы испытываете боль, никто и не подумает назвать молоток иллюзией и не заключит, что он не бил вас по пальцу. Таким образом, иллюзия обладания собственным телом имеет под собой реальную основу: существует очень строгая корреляция между внешними событиями (молоток ударяет по пальцу) и субъективным внутренним опытом (ощущение боли). Что лучше убережет наше тело, чем способность мозга чувствовать боль: в ощущении собственного тела проявляется теснейшая связь между мозгом и телом, самое сложное из всех мыслимых сопряжений между компьютером и периферическим устройством.
Теперь, когда мы отдаем себе отчет о разных значениях слова Теперь, когда мы отдаем себе отчет о разных значениях слова «иллюзия» и о потенциальной связи между субъективным опытом и физическими явлениями, давайте рассмотрим два аргумента против идеи этернализма о том, что течение времени — это ментальный конструкт физического явления, не существующего в реальности.
ЕСЛИ КТО-ТО БЬЕТ МОЛОТКОМ ВАМ ПО ПАЛЬЦАМ, ВЫ ИСПЫТЫВАЕТЕ БОЛЬ. УДИВИТЕЛЬНЫМ ОБРАЗОМ, ХОТЯ ОЩУЩЕНИЕ БОЛИ ВОЗНИКАЕТ В МОЗГЕ, ВЫ ЧУВСТВУЕТЕ ЕЕ В ДРУГОМ МЕСТЕ. ОНА КАКИМ-ТО ОБРАЗОМ ПРОЕЦИРУЕТСЯ ВО ВНЕШНИЙ МИР, В ТО САМОЕ МЕСТО, ГДЕ НАХОДИТСЯ КУСОК ПЛОТИ, НАЗЫВАЕМЫЙ РУКОЙ. МОЗГ НАСТОЛЬКО ПРЕУСПЕЛ В СОЗДАНИИ У НАС ИЛЛЮЗИИ ВЛАДЕНИЯ КОСТЯМИ, МЫШЦАМИ И НЕРВАМИ, СОСТАВЛЯЮЩИМИ НАШИ КОНЕЧНОСТИ, ЧТО ПОРОЙ ПЕРЕУСЕРДСТВУЕТ И СОХРАНЯЕТ ЭТУ ИЛЛЮЗИЮ ДАЖЕ ТОГДА, КОГДА КОНЕЧНОСТИ УЖЕ НЕТ. ТАКИМ ОБРАЗОМ, БОЛЬ МОЖНО НАЗВАТЬ ИЛЛЮЗИЕЙ, ПОСКОЛЬКУ ЭТО МЕНТАЛЬНЫЙ КОНСТРУКТ.
Эволюция. Если мы живем в презентистской вселенной, в которой время действительно течет, можно придумать множество причин для эволюции субъективного ощущения течения времени. Как наше осознанное восприятие цвета и боли является эволюционной адаптацией, поскольку коррелирует с важными явлениями внешнего мира, наше ощущение течения времени тоже может быть такой адаптацией, поскольку коррелирует с изменениями во внешнем мире. Наше субъективное ощущение течения времени позволяет не только следить за поведением зимородка, но и предвидеть, прокручивать в памяти и воспроизводить все внешние события, разворачивающиеся во времени. Возможно, ощущение течения времени даже играло ключевую роль в развитии способности прогнозировать отдаленное будущее и мысленно путешествовать во времени (глава 11). Но в чем эволюционный смысл такого ощущения, если мы живем в этерналистской вселенной, где в реальности время никуда не течет? Безусловно, не любой биологический признак дает эволюционное преимущество, но большинство все же дают, особенно это касается таких заметных и универсальных признаков, как наше ощущение течения времени. Предположение, что наше субъективное ощущение течения времени является иллюзией в самом прямом смысле этого слова, означает, что оно бессмысленно и не имеет отношения к мощнейшей адаптации, позволяющей мозгу совершать свою главную работу — предвидеть будущее.
Сознание и динамика активности нейронов. Если мы пытаемся разрешить парадокс между идеей «блока вселенной» и ощущением течения времени с помощью гипотезы «моментов-в-моменте», имеет смысл обсудить в этом контексте проблему сознания. Хотя мы не понимаем, как мозг создает сознание, безусловно, траектории активности нейронов играют в этом процессе важнейшую роль. Например, самые очевидные изменения, происходящие при переходе мозга между сознательным состоянием (бодрствованием) и бессознательным состоянием (медленным сном или наркозом), характеризуются изменяющейся во времени картиной активности мозга, в частности, характерными изменениями частоты осцилляций, которая является главной мерой синхронности и динамики активности нейронов. Сон характеризуется медленными осцилляциями, а бодрствование — асинхронной активностью нейронов и быстрыми осцилляциями.
В целом, то немногое, что нам известно о природе сознания, говорит о том, что это активный динамический процесс, и обсуждать сознание в рамках идеи «одного кадра» — все равно, что пытаться определить, жив ли кот, по одному застывшему карду фильма. Дышит ли животное? Бьется ли у него сердце? Участвуют ли молекулы всех его клеток в эволюционном ответе на второе начало термодинамики — в метаболизме? Жизнь — это постоянные метаболические изменения; если метаболизма нет, организм нельзя назвать живым. И чтобы понять, живо животное или нет, недостаточно взглянуть на один застывший кадр, нужно увидеть предыдущий и последующий. Однако жизнь не противоречит идее этернализма, поскольку, чтобы определить, живо ли животное, мы не должны ограничиваться «одним кадром», а можем подождать и увидеть несколько последовательных «кадров».
Родственная проблема — парадокс Зенона о летящей стреле: можно ли утверждать, что стрела летит, если в каждый момент времени она неподвижна? В каком-то смысле ответ на этот вопрос положительный, поскольку мы можем определить мгновенную скорость стрелы. Но, в отличие от стрелы, сознательные существа должны отдавать себе отчет в том, что «движутся» в этих мгновенных «кадрах». Так что вопрос звучит следующим образом: существует ли сознание в отдельном срезе «блока вселенной», или для проявления сознания требуется некая временна́я протяженность? Иными словами, существует ли сознание только во времени, и его правильнее сравнивать с музыкой, чем с застывшим кинокадром? Стивен Пинкер подметил эту сложность понимания сознания в рамках статического восприятия: «Материя распространена в пространстве, но сознание существует во времени — и это так же очевидно, как то, что «Я думаю» подразумевает «Я существую».
Мы увидим, что сознание не дает ни непрерывного, ни линейного отчета о разворачивающихся вокруг нас событиях. Скорее, оно формируется рывками, и для осознанного восприятия внешних событий требуются сотни миллисекунд. Поэтому остается открытым вопрос, имеет ли смысл говорить о мгновенном сознании, и совместимо ли явление сознания с гипотезой «моментов-в-моменте» для решения парадокса между «блоком вселенной» и ощущением течения времени.
***
Из законов физики не следует однозначный вывод, что мы живем в четырехмерном «блоке вселенной». Идея «блока вселенной», безусловно, является наиболее удовлетворительной интерпретацией специальной и общей теории относительности, однако даже среди физиков не существует единого мнения относительно природы времени. В физике все еще продолжается борьба за создание цельной теории, способной объяснить природу времени. Времени отводятся совершенно разные роли в общей теории относительности и в квантовой механике, вот почему время — камень преткновения в разработке теории квантовой гравитации — попытке совместить общую теорию относительности и квантовую механику. И у нас, понятное дело, нет экспериментальных доказательств одинаковой реальности прошлого, настоящего и будущего.
Вообще говоря, существует совсем немного четких экспериментальных данных, позволяющих различить этернализм и презентизм. Самым очевидным экспериментом было бы перемещение во времени: сама идея перемещений во времени предполагает, что мы существуем в «блоке вселенной». Уравнения общей и специфической теории относительности не противоречат возможности перемещений во времени, но лишь в весьма экзотических (если не сказать полностью невероятных) условиях. Например, в рамках специальной теории относительности перемещение во времени возможно при скорости коммуникации больше скорости света, а в рамках общей теории относительности оно может реализоваться через кротовые норы, стабилизированные отрицательной энергией. Поэтому на данный момент, даже если законы физики кажутся в большей степени совместимыми с этернализмом, чем с презентизмом, у нас нет прямых экспериментальных доказательств в пользу этой концепции.
Так что перед нами стоит вопрос: следует ли нам адаптировать законы физики (или нашу интерпретацию этих законов), чтобы объяснить осознанное восприятие течения времени, или нейробиология должна найти объяснение нашего субъективного восприятия течения времени? Эту дилемму красочно выразил Брайан Грин: «Наука не в силах постичь фундаментальное свойство времени, которое человеческий разум воспринимает так же естественно, как легкие поглощают воздух, или же человеческий разум искусственным образом придает времени некое свойство собственного производства, не проявляющееся в законах физики? Если вы зададите мне этот вопрос в рабочее время, я склонюсь ко второй версии, но вечером, когда критическая мысль сползает в рутину обыденной жизни, трудно не согласиться с первой точкой зрения».
Поиск ответа на вопрос, является ли течение времени фикцией, созданной мозгом, или каким-то образом отражает реальные законы физики, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, находящуюся на стыке физики и нейробиологии. Кроме того, ситуация еще больше усложняется тем, что законы физики и человеческий мозг не независимы друг от друга. Дело не только в том, что механизмы работы мозга подчиняются законам физики, но и в том, что наша интерпретация физических законов связана с функционированием мозга. Мы задаемся вопросом, стоит ли верить мозгу в том, что касается такого очевидного наблюдения, как течение времени, но не следует ли также задуматься о беспристрастности мозга в интерпретации законов физики?
Как мы увидим далее, человек, по-видимому, развил в себе способность понимать концепцию времени, используя те же механизмы, которые предназначены для постижения пространства. Иными словами, сам мозг создает представление о пространстве-времени. И в этой связи возникает удивительный вопрос: не склоняемся ли мы к той или иной интерпретации законов физики по той причине, что мозг определенным образом интерпретирует время?
