Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем
Шрифт:
Наверное, теперь вы поняли, почему я, нейробиолог, предложил вам путешествие в глубины умственных построений, подвигнувших Эйнштейна совершить революцию. Сохраните слова Вейля в своей долгосрочной памяти, поскольку я вернусь к ним через некоторое время.
Если еще существовали препятствия, сдерживавшие Эйнштейна в применении более глубокого математического описания вселенной, особенно такого, которое включало в себя новое представление о гравитации, вероятно, широкое распространение и принятие специальной теории относительности в математической формулировке Минковского заставило Эйнштейна идти до конца.
На протяжении следующего десятилетия Эйнштейн одержимо искал новое геометрическое описание вселенной. Конечный результат этого героического поиска стал известен как общая теория относительности. С помощью математического аппарата для описания поведения многомерных кривых, или многообразий, также называемого
Но каков источник волн, проходящих через пространственно-временной континуум вселенной? Ответ на этот вопрос, немедленно подорвавший ньютоновскую вселенную изнутри, оказался самым невероятным: гравитация!
Продвигаясь в генерализации концепции падающих тел, Эйнштейн предположил, что гравитация проявляется во вселенной не в качестве действующей на расстоянии силы (как в классической модели Ньютона), а скорее в качестве искривления пространственно-временного континуума, вызванного массой планет и звезд. В соответствии с очень симпатичным описанием Ли Смолина, «планеты вращаются вокруг Солнца не потому, что Солнце их притягивает, а потому что оно своей огромной массой искривило геометрию пространства-времени и геодезические [линии] замкнулись в орбиты».
Во вселенной Эйнштейна гравитационные волны создаются движением массивных небесных тел по всему космосу и несут в себе информацию о мельчайших подробностях этого небесного танца. Еще интереснее то, что, поскольку гравитационные волны начали возникать с момента рождения нашей Вселенной в результате Большого взрыва, новые способы их обнаружения могут дать нам уникальную информацию о космических событиях до момента отщепления фотонов – в так называемую эпоху рекомбинации, когда фотоны выделялись и испускались в форме света, не успевая захватываться другими частицами. В таком контексте пространственно-временной континуум можно сравнить с гигантским вибрирующим набором струн, непрекращающиеся колебания которых несут в себе все подъемы и спуски в истории волновых колебаний космоса. Именно эти колебания пространственно-временного континуума в форме крохотных гравитационных волн недавно были впервые измерены в Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), и это достижение еще раз подтвердило справедливость общей теории относительности Эйнштейна, а в 2017 году три участника этого проекта были удостоены Нобелевской премии по физике.
Радикализацию хода мыслей Эйнштейна можно оценить с помощью еще одной подходящей цитаты из книги Ли Смолина: «Материя влияет на изменения в геометрии точно так же, как геометрия влияет на движение материи. Геометрия становится аспектом физики, как и электромагнитное поле… Гипотеза о том, что геометрия пространства динамична и зависит от распределения материи, подтверждает мысль Лейбница об относительности пространства и времени».
Как и в предыдущем случае, применяя общую теорию относительности Эйнштейна, физики улучшали предсказания относительно движения планет вокруг Солнца, особенно в отношении Меркурия. Однако некоторые другие глубокие выводы, заключенные в новой модели Эйнштейна, застали физиков врасплох. Например, если уравнения общей теории относительности обратить во времени, в конечном итоге они приводят к точке, в которой более не существует ни времени, ни пространства; в этой точке уравнение дает только бесконечные значения и не может быть решено аналитическим путем. Этот гипотетический предел получил название сингулярности. Используя то же сравнение с машиной Тьюринга, которое я приводил для описания вселенной Ньютона, можно сказать, что «компьютер Эйнштейна» никогда не остановится. В этом конкретном случае гипотетическая сингулярность отмечает момент, который многие считают началом нашей Вселенной – исходным Большим взрывом.
Следствия из ментальных абстракций Эйнштейна для описания всего космоса изменили статус математики и математических объектов, сделав их вершиной официального научного языка и всего творческого процесса.
В конечном итоге наука дотянулась до божественного и увидела лицо своего Бога и его заповеди, написанные элегантным языком математики и опирающиеся на понятия пространства и времени.
Но откуда взялись пространство и время?
Учитывая долгую историческую дискуссию по этому вопросу, ответ, который я собираюсь дать, некоторым может показаться наиболее спорным утверждением во всей книге. Однако, как я уже упомянул
Каким бы странным это ни казалось поначалу, теперь я готов объяснить, почему в рамках релятивистской теории мозга время аналогично боли, а пространство аналогично ощущению самого себя. Под этим утверждением я подразумеваю, что, по сути, базовые понятия времени и пространства – тоже ментальные абстракции, созданные человеческим мозгом для сокращения размерности сложной потенциальной информации, поступающей из внешнего мира. Более того, я предполагаю, что в качестве базовых ментальных абстракций время и пространство возникают в результате процесса естественного отбора (т. е. в процессе взаимодействия с внешним миром) как способ эволюционной адаптации. Иными словами, заполняя человеческую вселенную протяженными опорами, состоящими из времени и пространства, наш мозг повышает наши шансы на выживание в условиях окружающей среды, в которой мы оказались с момента происхождения нашего вида.
Мое доказательство в поддержку ментального происхождения понятий времени и пространства незамысловато. Во внешнем мире не существует физических проявлений времени или пространства, о которых мы могли бы говорить. На самом деле, как мы видели ранее, в большинстве космологических моделей, выдвинутых на всем протяжении истории, время и пространство либо рассматривались в качестве абсолютных величин (как во вселенной Ньютона), либо сводились к геометрическому описанию (как в теории относительности). Никто и никогда не предполагал существования «базовой частицы» времени или пространства, или бозона времени или пространства, которая служила бы в качестве физической единицы, ответственной за существование и свойства этих двух основополагающих параметров. Это мой первый аргумент в пользу гипотезы о том, что ни время, ни пространство сами по себе не существуют во внешнем мире. Вместо этого оба они представляют собой рождающиеся в мозге ментальные абстракции, позволяющие нам осмысливать непрерывные изменения физических состояний и тел из окружающего мира (которые мы воспринимаем как результат течения времени) или материи, существующей между индивидуализируемыми нами предметами (которую мы называем пространством). Это вполне согласуется с тем фактом, что мы обычно измеряем не время как таковое, а лишь течение времени, «дельту времени».
После этого краткого введения теперь я могу объяснить, почему время подобно боли. Если говорить коротко, дело в том, что ни то ни другое не существует во внешнем мире само по себе. Ни время, ни боль нельзя напрямую измерить или зарегистрировать никаким периферическим сенсорным аппаратом. Время и боль возникают из-за того, что мозг объединяет разнообразную поступающую из внешнего мира информацию. Как только эта информация интегрируется и соотносится с собственной точкой зрения мозга, она переживается каждым из нас как базовое ощущение времени и боли. Важно, что в соответствии с релятивистской теорией мозга время является проявлением эмерджентного свойства мозга.
Возможно, вы помните, что в начале главы я писал о том, что до появления искусственных способов отсчета времени, таких как монастырские колокола или механические часы, время воспринималось непрерывно и определялось лишь исходя из последовательного и плавного перехода от дневного света к ночи в течение суток, а также постепенной смены сезонов в течение года. На протяжении многих десятилетий влияние таких внешних явлений на организм было в центре внимания в исследованиях происхождения циркадных ритмов, т. е. внутренних биологических процессов с циклом колебаний около 24 часов. Биологические циркадные ритмы, существующие у всех форм живых организмов от бактерий до растений, животных и человека, скорее всего, возникли на ранних этапах эволюции как способ синхронизации ключевых биологических процессов с 24-часовым колебанием жизненно важных параметров, таких как уровень кислорода во внешней среде. Таким образом, для повышения вероятности выживания организмы должны были включить в свою биологическую рутину органические часы с 24-часовой шкалой. Учитывая важную роль в адаптации биологических процессов к 24-часовому циклу, сигналы внешней среды, изменяющиеся по циркадному ритму, называют специальным немецким термином Zeitgebers (датчики времени, или синхронизаторы). Основополагающая роль циркадных ритмов в контроле биологических процессов была признана недавно, в 2017 году, когда Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии за изучение нейронных сетей и генов, задействованных в формировании циркадного ритма у фруктовой мухи Drosophila melanogaster.