Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем
Шрифт:
Трудно определить истинный масштаб интеллектуальных достижений Ньютона. На протяжении двух столетий после формулировки Ньютоном теории гравитации она оставалась первым и единственным описанием фундаментальной силы природы, способной действовать на расстоянии, всегда и везде следуя одному и тому же принципу. Тот факт, что такое потрясающее открытие было выражено одной простой формулой, стал для многих поколений первым примером героического триумфа человеческого рационального мышления над мистицизмом. В то время физика Ньютона стала этакой самодвижущейся ракетой, выведшей своей тягой материализм на доминирующую философскую позицию, которую он и поныне занимает в науке.
Одна из великих догадок Ньютона, а также его достижения в значительном развитии идей Галилея основаны на понимании того, что «движение по орбите есть форма падения». Поняв этот принцип, Ньютон преуспел в обобщении наблюдений Галилея относительно падения предметов на Земле и законов Кеплера о движении планет в единую элегантную теорию гравитации.
Но
Возможно, еще более удивительным, чем вторичная значимость пространства, в представлениях Ньютона о вселенной было то, что и время вовсе не получило билет на небесное шоу. Все события, происходившие в космическом театре вселенной Ньютона, были полностью детерминистическими. Таким образом, зная начальные условия в системе и действующие на тело силы, с помощью законов движения Ньютона можно сразу предсказать все характеристики движения этого тела в будущем с помощью таких параметров, как ускорение, направление движения и общая траектория. Иными словами, если знать начальные условия в системе и силы и применить законы движения Ньютона, можно рассчитать следующее положение тела еще до того, как это тело туда попадет. Вот почему во вселенной Ньютона не бывает никаких сюрпризов; в ней нет места случайности; каждый шаг в будущее точно предсказан загодя, еще до наступления этого будущего. Используя вычислительную аналогию, которую я приводил в главе 6, можно сказать, что вселенная Ньютона похожа на машину Тьюринга – цифровой компьютер. Задайте входные данные и программу расчетов, и вы всегда будете получать один и тот же результат, и время на этот результат не влияет, поскольку его течение не меняет ни компьютерную программу, ни способ считывания компьютером исходных данных. Кроме того, как и в цифровом компьютере, во вселенной Ньютона можно обратить время вспять так же легко, как развернуться в другую сторону самому; исходя из определенного результата движения, путем обращения его направления и применения законов динамики, можно восстановить начальные условия, которые привели к этому конкретному перемещению.
Ньютоновское видение мира стали называть детерминизмом – убеждением, что все природные явления, включая наши человеческие намерения, задаются какой-то четко определенной причиной. Никто так не преуспел в выведении следствий из детерминистской философской ментальной схемы, основанной на главных аксиомах ньютоновской вселенной, как гениальный французский математик Пьер-Симон Лаплас, утверждавший, что «если бы [кто-то] знал точное положение и скорость всех атомов во вселенной, а также точное описание действующих на них сил, он мог бы совершенно однозначно предсказать будущее вселенной».
Ньютон был не одинок в таком подходе: модели вселенной Коперника, Кеплера и Галилея, по сути, исходили из одинаковых представлений об абсолютном пространстве и отсутствии времени.
Таким образом, во вселенной Ньютона наблюдателю не отводилось никакой роли. События происходили вне зависимости от того, наблюдали ли мы (или кто-то другой) за ними или нет.
В конце XIX века и на протяжении двух первых десятилетий XX века человечество пережило следующее расширение и обновление понятия пространства. Как и в XVII веке, понятие пространства вновь расширилось в двух основных направлениях: в сторону очень-очень больших величин (размер Вселенной описывается миллиардами световых лет) и, напротив, в сторону очень-очень маленьких (атомный мир описывается в нанометрах, 10–9 м, и ангстремах, 10–10 м). Для начала давайте кратко поговорим о расширении в сторону очень больших величин.
На протяжении двух первых десятилетий XX века революционные ментальные абстракции Альберта Эйнштейна легко вытеснили доминировавшее представление об относительном движении, пространстве и гравитации и при этом создали такую вселенную, которая совершенно очевидным образом отличалась от вселенной Исаака Ньютона. В опубликованной в 1905 году статье о специальной теории относительности Эйнштейн поместил в центр сцены наблюдателя с его точкой зрения. Он задался вопросом о том, могут ли два наблюдателя, находящиеся вдалеке друг от друга и движущиеся с определенными скоростями по отношению друг к другу, согласиться в одновременности двух событий, разделенных большим расстоянием. Поднимая этот вопрос, Эйнштейн в значительной степени находился под влиянием известного австрийского физика Эрнста Маха, который считал, что любое происходящее во вселенной движение является
Классический пример для иллюстрации специальной теории относительности Эйнштейна основан на взаимодействии двух наблюдателей, в роли которых выступают братья-близнецы. Один находится на борту космического корабля, движущегося почти со скоростью света вдалеке от Земли, где второй брат ожидает его возвращения. У обоих братьев есть часы, с помощью которых они могут отмечать истекшее время. В этих условиях, если бы оставшийся на Земле брат мог взглянуть на часы брата, находящегося внутри далекого и быстро движущегося корабля, он бы убедился, что там время идет медленнее, чем показывают его собственные часы на Земле. Такая «растяжимость времени», как стали называть это явление, означает, что вернувшийся на Землю космонавт обнаружит, что его брат на Земле состарился гораздо сильнее, чем он сам. Интересно, что с точки зрения мозга каждого из них время шло так же, как обычно, хотя один оставался на Земле, а второй путешествовал на космическом корабле.
Аналогичным образом, если бы оставшийся на Земле брат мог использовать чрезвычайно мощный телескоп и определить размер космического корабля второго брата, он бы обнаружил, что при перемещении со скоростью около скорости света его размер слегка уменьшился. Такое сокращение размера означает, что при приближении к скорости света сжимается само пространство!
Иными словами, специальная теория относительности Эйнштейна показывает, что определение одновременности двух событий – дело нетривиальное, поскольку два находящихся друг от друга на большом расстоянии наблюдателя, движущихся с разными скоростями, будут расходиться в оценках. Эта загадка не просто ставила под сомнение синхронность часов братьев-близнецов, но полностью разрушала идею о существовании во вселенной абсолютного времени. Еще большее беспокойство вызывало то, что специальная теория относительности Эйнштейна поднимала вопрос о возможности объективно оценить, имеют ли два события, происходящие вдалеке друг от друга, какую-либо причинную связь, т. е. приводит ли одно событие к другому. Вот как пишет Ли Смолин: «Следовательно, в той степени, в которой [специальная теория относительности] основана на истинных законах мироздания, Вселенная не обладает временем. Время не играет никакой роли по двум причинам: нет ничего соответствующего переживанию момента, и наиболее полным описанием истории является одновременное представление всех причинно-следственных связей. Эта картина истории на языке причинно-следственных связей созвучна представлениям Лейбница о Вселенной, согласно которым время полностью определяется соотношением между событиями. Причинно-следственные отношения – вот единственная реальность, соответствующая времени» [23] .
23
Здесь и далее цит. по: Смолин Л. Возвращение времени. От античной космологии к космологии будущего. Corpus, 2014.
Путем введения концепции вселенной без времени Эйнштейн завершил «государственный переворот», начатый его товарищами по мозгосети Галилеем и Ньютоном, предложив так называемую блок-вселенную, в которой время фактически рассматривается в качестве еще одного пространственного измерения. Этот переворот стал еще более ощутимым, когда в 1909 году, всего через четыре года после опубликования Эйнштейном своей теории, один из его бывших профессоров из Цюриха математик Герман Минковский предложил геометрическую формулировку специальной теории относительности Эйнштейна. Для этого Минковский соединил три традиционных измерения пространства со временем, создав четырехмерный пространственно-временной континуум, отвечающий за все перемещения во вселенной в геометрических терминах.
В мгновение ока одного математика швейцарская ментальная абстракция – пространственно-временной континуум – полностью удалила время из вселенной.
Ли Смолин приводит еще одну прекрасную метафору для описания произошедшего в общем контексте, цитируя знаменитого математика Германа Вейля, который так выразился о значении достижений Эйнштейна: «Объективный мир просто есть, в нем ничего не происходит. Лишь в моем сознании, движущемся параллельно с моим телом, фрагмент мира оживает как мимолетный образ в пространстве, постоянно изменяющийся во времени».