Отрывок из книги «Биоцентризм» профессора Боба Бермана и доктора Роберта Ланцы о природе времени и парадоксе «четвертого измерения»
Квантовая теория заставляет нас все сильнее сомневаться в существовании времени — по крайней мере в том виде, как мы его воспринимаем. Поэтому давайте обсудим эту удивительно древнюю научную проблему. Несмотря на то, какой несущественной она может показаться на первый взгляд, вопрос наличия или отсутствия времени чрезвычайно важен при внимательном изучении организации космоса.
Согласно концепции биоцентризма наше восприятие существования как движения вперед в потоке времени на самом деле является результатом неосознаваемой вовлеченности в мир бесконечных процессов и их исходов. Поэтому ход времени только кажется ровным и непрерывным.
В каждый момент мы находимся в состоянии, которое было впервые описано около двух с половиной тысяч лет назад философом Зеноном Элейским. Зенон предложил парадокс, который назвал «стрела». Исходя из логической посылки о том, что ни один предмет не может находиться в двух местах одновременно, он пришел к выводу, что стремительно летящая стрела в каждый момент своего движения находится только в одном месте. Но если в данный момент она находится в конкретном месте, то должна быть неподвижной. Иными словами, стрела в каждое мгновение должна занимать лишь одно место в пространстве, и из таких неуловимых положений складывается ее траектория. Таким образом, логика подсказывает, что движения как такового не существует, любое движение — это последовательность отдельных событий. Здесь мы подходим к первому признаку того, что движение абстрактного времени, в целом подобное движению конкретной стрелы, есть не свойство окружающего мира, а проекция неких процессов, протекающих в нашем сознании. Время — это способ логической связи явлений, которые мы наблюдаем вокруг. В таком случае время является чертой не объективной, а субъективной реальности.
Действительно, реальность времени уже давно казалась сомнительной и философам, и физикам, проявлявшим в этом странное единодушие. Первые полагали, что время — это идеальная сущность, которая обретается только в нашем разуме. Сами же идеи — это нейроэлектрические события, происходящие строго в настоящий момент.
Философы также настаивают, что будущее — не что иное, как вымышленный конструкт, предположение, клубок мыслей. Поскольку само мышление протекает только в настоящем, возникает вопрос: а где же оно, время? Существует ли время само по себе, вне человеческих представлений, которые являются лишь логическими упрощениями наших действий или описанием процессов и событий? Итак, сама логика заставляет усомниться в существовании чего-либо за пределами «вечного сейчас». Даже человеческие мысли о прошлом или грезы наяву происходят только в настоящем.
Физики, в свою очередь, приходят к выводу, что все работоспособные модели реальности — от законов Ньютона до эйнштейновских уравнений поля и квантовой механики — не включают в себя фактора времени. Все они симметричны времени, то есть не зависят от него. Время — это концепция, связанная с протеканием, если, конечно, не говорить об изменениях во времени, например об ускорении. Но мы вскоре убедимся, что такие изменения (обычно обозначаемые греческой заглавной буквой «дельта», Δ) и время — это не одно и то же.
В популярной литературе время часто именуется «четвертым измерением». Обычно такая формулировка приводит человека в замешательство, поскольку в повседневной жизни время ничуть не напоминает три пространственных измерения. Вспомним школьный курс геометрии и опишем три этих измерения.
Линии считаются одномерными сущностями в любых контекстах, кроме теории струн. В теории струн допускается существование и многомерных линий. Согласно теории струн, нити, состоящие из энергии и частиц, настолько тонкие, что напоминают сильно вытянутые точки, не соотносимые с конкретными координатами. Толщина струн настолько ничтожна, что соотносится по размеру с диаметром атомного ядра примерно так же, как величина протона и мегаполиса.
Плоскость, примером которой является тень на ровной стене, имеет два измерения — длину и ширину.
У твердых тел, которые бывают, в частности, шарообразными и кубическими, уже три измерения. Иногда говорят, что реальный шар или куб состоит из четырех измерений и именно четвертое измерение геометрического тела позволяет ему стабильно существовать. Поскольку тело может не только долго существовать, но и изменяться, мы полагаем, что у него есть еще какая-то составляющая, несводимая к трем измерениям. Эту составляющую мы именуем временем. Но что же такое время — идея или реальный феномен?
С научной точки зрения кажется, что без времени не обойтись практически в любой дисциплине. Так, второй закон термодинамики кажется бессмысленным, если в нем не учитывать время. Второй закон термодинамики описывает энтропию (процесс распада сложно структурированных систем на слабо структурированные). Бытовой пример энтропии — беспорядок, который постепенно возникает на дне платяного шкафа.
Энтропия может накапливаться только с течением времени и без времени не имеет смысла.
Представьте себе стакан с газировкой, в котором лежат кубики льда. Сначала эта смесь является хорошо структурированной. Существуют четкие границы между льдом, жидкостью и пузырьками газа. При этом температура льда и жидкости различается. Но если мы взглянем на этот стакан позже, то лед растает, газ исчезнет (газировка выдохнется), а содержимое стакана станет однородным, без следов той структуры, которая еще недавно наблюдалась в сосуде. Далее жидкость будет лишь испаряться, никаких других изменений с ней не случится.
Такие изменения, связанные с распадом сложных структур и приводящие к однородности, случайности и инертности, — это и есть энтропия. Процессы энтропии протекают во всей Вселенной. Практически все физики сходятся во мнении, что в долгосрочной перспективе энтропия будет определяющим космологическим фактором. Сегодня во Вселенной можно наблюдать отдельные жаркие точки — это звезды, подобные нашему Солнцу. Звезда испускает тепло и потоки элементарных частиц в окружающее ее холодное пространство. Существующие в настоящее время космические структуры постепенно распадаются в ходе энтропии. Этот процесс однонаправленный и связан с общим упрощением организации окружающего мира.
В классической науке энтропия имеет смысл только с учетом хода времени, так как этот процесс развивается во времени и является необратимым. На самом же деле энтропия определяет стрелу времени. Без энтропии время лишено всякого смысла.
Но многие физики оспаривают это «общепринятое убеждение», связанное с энтропией. Ее суть может не только заключаться в постепенном разрушении сложных структур и дезорганизации (считается, что такие процессы направлены из прошлого в будущее), но и быть проявлением совершенно случайных действий. Тела движутся. Молекулы движутся. Это происходит здесь и сейчас. Их перемещения спонтанны. Рано или поздно наблюдатель заметит распад структур, которые ранее были более упорядоченными. Причем же тут линейность, стрела времени? Не следует ли считать такую случайную энтропию доказательством несущественности и нереальности времени, а не наоборот?
Допустим, у нас есть комната, наполненная чистым кислородом, а за дверью — другая комната, наполненная чистым азотом. Мы открываем дверь и возвращаемся через неделю. В обеих комнатах будет равномерная смесь из двух газов. Как мы опишем произошедшие изменения? С точки зрения «энтропии» следовало бы сказать, что исходная «аккуратная» организация была утрачена, теперь перед нами беспорядочная смесь двух газов и произошедший процесс смешивания необратим. На этом примере демонстрируется «однонаправленная» природа времени. Но, с другой стороны, здесь просто переместились молекулы. Движение — это не время. Смешивание — естественный результат такого смешивания. Все просто. Прочее — это лишь человеческое восприятие происходящего в соответствии с нашими представлениями о порядке.
Что находится за краем Вселенной?Что находится за краем Вселенной? В таком случае результирующая энтропия и утрата структуры обусловлены лишь тем, что наш мозг рано или поздно перестает улавливать паттерны и порядок в рассматриваемой системе. Вот почему наша наука так нуждается в концепции времени как некоторой реальной сущности.
Разумеется, спор о существовании или несуществовании времени очень древний. Ответ на вопрос этого спора может быть непостижимо сложным, в том числе и потому, что мы выделяем в реальности множество аспектов. Некоторые из них, не менее субъективные, чем наше восприятие времени, лишь кажутся реальными на некоторых уровнях действительности (например, в биологии). На других же уровнях эти аспекты могут быть несущественными или даже несуществующими (скажем, в квантовой механике элементарных частиц). Впрочем, важнее всего именно их иллюзорность.
Здесь стоит сделать одно интересное отступление. В течение последних 20–30 лет физики пришли к следующему выводу. Аналогично тому, как у всех тел должна быть форма, у времени должно быть подобное свойство, а именно — направление. Далее возникли споры о том, можно ли изменить направление стрелы времени. Даже Стивен Хокинг предположил, что, когда расширение Вселенной сменится сжатием, время также пойдет в обратном направлении. Правда, позже он изменил свое мнение. В любом случае идея времени, идущего вспять (которую так и не удалось развить), оказалась не столь немыслимой, как могло показаться.
Подобные гипотезы вызывают в нас протест, ведь здравый смысл подсказывает, что в таком случае следствие будет предшествовать причине, чего просто не может быть. Например, серьезная автомобильная авария превратится в жуткий спектакль: мы увидим, как искалеченные люди мгновенно исцеляются без всяких шрамов, искореженные машины отпрыгивают друг от друга, одновременно разглаживаясь на месте удара и ремонтируясь. Всем известная рекомендация о том, что за рулем не следует разговаривать по мобильному телефону, в данном случае не только смешна, но и лишена всякого смысла.
Однако существует контраргумент, согласно которому происходящее не казалось бы нам нонсенсом. Ведь наши мыслительные процессы также шли бы в обратном направлении, и мы не заметили бы никаких причинно-следственных противоречий.
Правда, такие неразрешимые вопросы и явно абсурдные построения исчерпываются, если правильно расценивать природу времени. Как было указано выше, время — это биоцентрический конструкт, явление биологическое, а не абсолютное. Время требуется лишь для упрощения повседневной деятельности и регулирует мысленные последовательности у некоторых живых организмов.
Итак, время — это механизм для функционального облегчения жизнедеятельности.
Чтобы все это осмыслить, предположим, что вы смотрите фильм о турнире лучников, держа в уме зеноновский парадокс «стрела». Стрелок отпускает тетиву, стрела летит. Оператор снимает путь стрелы от лука до мишени. Вдруг проектор останавливается, и вы видите застывшую стрелу в отдельном кадре. То есть вы рассматриваете стрелу, остановившуюся в процессе полета, чего в реальности никак не могли бы сделать. Пауза в фильме позволяет вам определить положение стрелы с очень большой точностью. Стрела только что миновала трибуну и находится на высоте около шести метров. Но вы уже потеряли всю информацию о ее движении. В кадре стрела никуда не летит, ее скорость равна нулю. Путь стрелы, то есть ее траектория, также неизвестен. Он неопределенный.
Чтобы точно определить положение стрелы в конкретный момент, необходимо заключить ее в статичном кадре, как говорится, поставить кино «на паузу».
Напротив, если вы следите за динамикой стрелы, то не можете вычленить из ее полета такой кадр, поскольку движение — это сумма множества кадров. Нельзя одновременно и с равной точностью определить и положение, и динамику стрелы. Точное знание одного из этих параметров означает сильную приблизительность информации о другом. Налицо неопределенность: либо для динамики, либо для положения. Сначала предполагалось, что подобная неопределенность в экспериментах из области квантовой теории объясняется технологическим несовершенством методов наблюдения и применяемых инструментов, небезупречной методологией. Но вскоре стало понятно, что принцип неопределенности вплетен в саму ткань реальности. Мы видим лишь то, на что смотрим.
Разумеется, все это совершенно логично с точки зрения биоцентризма. Биоцентризм трактует время как разновидность внутреннего чувственного восприятия, свойственную живым организмам. Время лишь «анимирует» перед нашими глазами неподвижные «кадры» пространства, превращая их в события. Разум прокручивает окружающую реальность в определенном темпе подобно тому, как механизм кинопроектора прокручивает пленку. И разум, и проектор выстраивают из неподвижных пространственных состояний серии бегущих картинок. Более того, разум упорядочивает такие события, согласуя их с ходом нашей жизни. Движение формируется у нас в сознании, когда разум объединяет в видеоряд «клетки-кадры». Вы уже догадываетесь: все, что вы видите, в частности эта страница, постоянно пересобирается у вас в голове. Вы читаете эти слова прямо сейчас. Глаза не могут заглянуть под свод черепа; весь воспринимаемый опыт, в том числе визуальные образы, складывается в единый «информационный водоворот» у вас в мозге. Если бы мозг мог на секунду остановить свой «проектор», то вы увидели бы застывший кадр, полностью лишенный динамики, — как киноаппарат, в котором мы увидели неподвижную стрелу.
На самом деле время можно определить как внутреннюю имитацию, связывающую пространственные состояния. Соответствующая физическая величина, которую можно измерять при помощи приборов, называется «импульс» или «количество движения». Пространство можно определить как положение, застывшее в статическом моменте. Соответственно, «движение через пространство» — это оксюморон.
Здесь мы имеем дело с самой сутью принципа неопределенности Гейзенберга. Позиция (положение в пространстве) относится к внешнему миру, а импульс (в котором есть временной компонент, складывающийся из взаимодействия клеток-кадров) относится к внутреннему миру. Проникнув на самые базовые уровни материи, ученые разложили Вселенную на ее простейшие логические составляющие и пришли к выводу, что время просто не относится к внешнему, пространственному миру. Гейзенберг говорил: «Современная наука как никогда ранее испытывает необходимость ответить на древний вопрос о том, насколько наш мозг пригоден для восприятия реальности. Этот вопрос ставит перед нами сама природа, и теперь мы отвечаем на него не так, как раньше».
В качестве еще одной метафоры приведем пример со стробоскопом. Быстрые вспышки света в темноте выхватывают фрагменты стремительно движущихся тел — допустим, это тела танцоров на дискотеке. Наклон, шпагат, щелчок пальцами становятся статичными позами. Движение приостанавливается. Один момент покоя следует за другим. В квантовой механике «позиция» напоминает положение предметов при вспышке стробоскопа. Импульс — это сумма многих кадров, которая воспринимается сознанием как движение.
Компоненты пространства неподвижны, между такими «фрагментами» или «кадрами» ничего нет. Объединение этих «кадров» в динамические процессы происходит в мозге. Возможно, фотограф Эдвард Мейбридж был первым, кто сымитировал этот процесс практически ненамеренно. В конце 1870-х, незадолго до появления кино, Мейбридж смог запечатлеть движение на пленке. Он установил 24 фотоаппарата вдоль беговой дорожки. По дорожке бежала лошадь, которая при этом обрывала тонкие бечевки, каждая из которых спускала затвор своего фотоаппарата. Аллюр лошади анализировали кадр за кадром, как серию изображений. Сумма этих отдельных снимков давала иллюзию движения.
Спустя две с половиной тысячи лет парадокс «стрела» наконец обретает смысл. Зенон, выдающийся представитель элейской философской школы, оказался прав. Прав был и Вернер Гейзенберг, говоривший: «Путь существует с того момента, как вы его увидите». Без жизни нет ни времени, ни движения. Реальность не ждет вас за дверью, не имеет определенных свойств, а разворачивается во всех своих проявлениях лишь перед взглядом наблюдателя и зависит от его действий.
Люди, полагающие, что время — это реальное свойство существующей реальности, логически заключают, что возможны и путешествия во времени.
Для того чтобы доказать эту точку зрения, некоторые даже злоупотребляют квантовой физикой, пытаясь обосновать такие путешествия вее русле. Лишь очень немногие физики-теоретики всерьез воспринимают возможность путешествий во времени, а также возможность существования других временных измерений, параллельных нашему. Не считая нарушения основных физических законов, здесь есть еще одна деталь. Если бы путешествия во времени действительно были осуществимы и люди могли бы переноситься в прошлое, то где они? В истории нет ни одного свидетельства о встречах с таинственными пришельцами из будущего.
Даже ход времени, который кажется вполне ощутимым, воспринимается по-разному, а в реальности определенно изменяется. Мы наблюдаем в телескопы такие уголки пространства, где время как будто пробуждается от летаргического сна (в соответствии с теорией относительности), видим звезды и галактики в том виде, в каком они существовали миллиарды лет назад. Состав времени кажется не менее странным и таинственным, чем состав дешевых сосисок.
Давайте рассмотрим одно из типичных изменений хода времени, поставив простой мысленный эксперимент. Допустим, вы с огромной скоростью летите на ракете прочь от Земли и смотрите из заднего иллюминатора кабины на удаляющуюся планету. Допустим, вы обладаете невероятной зоркостью и, как в телескоп, можете рассмотреть, что сейчас происходит на полигоне космодрома, откуда вы стартовали. Там стоят люди и аплодируют, радуясь успешному запуску ракеты. В каждое мгновение вы все сильнее отдаляетесь от них, свету требуется все больше времени, чтобы преодолеть расстояние между вашими глазами и космодромом. Соответственно, все наблюдаемые события вы видите с все более существенной задержкой. В результате вы видите происходящее как при замедленной съемке, люди аплодируют удручающе вяло. Если физическое тело от нас удаляется, нам обязательно будет казаться, что оно замедляется. Поскольку почти все вещество во Вселенной действительно от нас удаляется, небеса открываются перед нами как при своеобразной замедленной съемке. Практически все события, наблюдаемые в космосе, происходят не в тот момент, когда мы их видим.
Благодаря именно этому явлению удалось понять, что существует скорость света. Это открытие совершил более 200 лет назад норвежец Оле Ремер. Он заметил, что скорость спутников Юпитера регулярно замедлялась, а через полгода становилась прежней. Оказалось, это происходит, когда Земля, двигаясь по околосолнечной орбите, удаляется от Юпитера. Ремер вычислил скорость света с 25%-ной погрешностью от ее истинного значения. Напротив, в следующие полгода казалось, что бег юпитерианских лун ускоряется. Если бы эти спутники были обитаемыми, а мы снарядили к ним пилотируемую экспедицию, то наши космонавты рассматривали бы этих существ «с ускорением». Подобное ускорение на кинопленке применялось в кино и наиболее известно по походке героев Чарли Чаплина.
Эти иллюзорные, но тем не менее неизбежные искажения приводят к тому, что время действительно замедляется на высоких скоростях и в сильных гравитационных полях. От такого явления уже нельзя отделаться поверхностными объяснениями вроде тех, которыми пытается оправдаться подгулявший супруг, явившийся домой среди ночи. Здесь мы имеем дело с исключительно странным феноменом.
Такой эффект, называемый «релятивистским замедлением времени», обычно остается несущественным, но на субсветовых скоростях он просто поразителен. При достижении 98 % скорости света время течет вполовину медленнее, чем обычно. При достижении 99 % время замедляется уже в семь раз. Причем нам известно, что это действительно так, это реальные данные, а не гипотетические построения. Например, космические лучи бомбардируют молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы. Под действием этих лучей молекулы разлетаются на мелкие частицы, как бильярдные шары, и эти частицы несутся к Земле почти на скорости света. Некоторые из таких микроскопических снарядов пронзают наши тела, где они могут повредить генетический материал и вызвать опасные заболевания.
Но эти субатомные частицы не должны были бы попадать в нас и причинять такой вред. Ведь эти атомные компоненты являются исключительно короткоживущими. Так, мюон обычно существует не дольше миллионной доли секунды, и этого времени недостаточно, чтобы долететь до поверхности Земли. Мельчайшие осколки атомов попадают по нам именно потому, что движутся с огромной скоростью и время для них замедляется. Они могут пронизывать наше тело именно потому, что каждая из таких частиц как будто существует в фантастическом мире, где время течет совсем не так, как у нас. Поэтому релятивистские эффекты далеко не умозрительны; порой они могут вызывать болезни и смерть.
Если бы вы могли прокатиться на ракете, развивающей 99 % от скорости света, то испытали бы на себе семикратное замедление времени. Но сами бы вы этого не заметили. Так, если бы ваше путешествие продлилось 10 лет по корабельному времени, то вы стали бы на 10 лет старше. Но, вернувшись на Землю, вы бы обнаружили, что отсутствовали дома целых 70 лет и никого из ваших друзей уже нет в живых… В таком случае вы на практике испытали бы то, что сейчас кажется лишь теорией. Вы и остальные члены экипажа действительно прожили всего 10 лет, тогда как за то же время на Земле прошло целых 70 лет. Абстрактные аргументы неуместны, ведь 10 лет вашей жизни на корабле оказались равны жизни целого поколения дома.
Вы можете возразить, что время не имеет никакого «основного состояния». Как сама природа определяет, кто должен стареть быстрее, а кто — медленнее? Все уголки Вселенной существуют по одним и тем же законам. Возможно, и вы находились в том же состоянии, что и Земля, так планета тоже удалялась от вас с субсветовой скоростью, а потом приближалась к вам с такой же скоростью. Почему же это вы старели медленнее, а не земляне? Физика позволяет ответить и на этот вопрос. Вы прожили дольше, соответственно, ответ также заключается в вас.
Действительно, ведь это вы были в космическом полете, вы испытали на себе разгон почти до скорости света, а на обратном пути — такое же сильное замедление. Согласитесь, это ваша скорость увеличилась, а не скорость Земли.
Весь парадокс исчерпан: тот, кто отправился в путешествие на субсветовой скорости, знает, кто должен испытать на себе замедление времени.
((