Относительность – причина тому, что универсального времени не существует. Часы всей Вселенной никак нельзя синхронизировать друг с другом. Приведем в пример крайний случай: корабль, приближающийся к черной дыре, неизбежно будет затронут ее сильнейшим притяжением настолько, что для наблюдателя на Земле часы на этом корабле разительно замедлятся, а на то, чтобы пересечь горизонт событий и оказаться поглощенным черной дырой, уйдет бесконечно много времени.
Все, о чем говорилось выше, известно уже сто лет, однако в наше время произошло нечто принципиально новое: оказалось, что относительность имеет значение для повседневной жизни! На Земле часы идут медленнее, чем в безвоздушном пространстве, удаленном от гравитации. Таким образом, будучи удалены от земного притяжения, часы ускоряются или, по крайней мере, должны ускоряться. А значит, часы на спутниках, используемых для GPS-навигации, должны немного спешить по сравнению с земными часами. Если бы они были синхронизированы «один в один», то, спрашивая у навигатора в машине, где вы, вы бы получали чуть-чуть неверный ответ. «Чуть-чуть» хватило бы, чтоб промахнуться на несколько кварталов (что было бы катастрофической ошибкой для любой системы навигации по картам).
Путь Эйнштейна к теории относительности начался с его визуальных представлений, и для наших целей это очень важно. Он и сам был поражен, когда работа его ума породила картину реальности, какова она на самом деле. Она такова и есть, и все предсказанное теорией относительности сбылось, включая черные дыры и замедление времени в присутствии больших гравитационных полей. Эйнштейн понял, что время, пространство, материя и энергия взаимозаменяемы. Это перевернуло привычный мир пяти чувств, на которые все мы привыкли полагаться: все видимое, слышимое, обоняемое и осязаемое может оказаться не тем, чем кажется.
Вы можете доказать это себе, создав собственную визуализацию. Представьте себя в поезде, движущемся по путям. Вы смотрите в окно и видите, что на другом, соседнем пути есть еще один поезд. Вперед он не движется, и вы решаете, будто он стоит. Но это не так, ваши глаза лгут вам: в действительности оба поезда идут в одном и том же направлении с одной и той же скоростью! Мы мысленно подстраиваемся под то, что лгут наши чувства. Мы подстраиваемся под ложное утверждение, что солнце всходит на востоке и заходит на западе. Когда позади на дороге оказывается пожарная машина с сиреной, звук этой сирены становится громче, когда машина приближается к нам, и тише, когда она отдаляется. Но разумом мы понимаем, что звук этот все время один и тот же. То, что он становится сильнее или слабее, – обман нашего слуха.
Ни одному чувству нельзя верить безоговорочно. Если вы скажете кому-нибудь, что сейчас опустите его руку в кипяток, но вместо этого погрузите ее в ведро ледяной воды, ваш «подопытный» вскрикнет, как если бы в ведре действительно был кипяток. Ожидания разума заставляют чувство создавать ложную картину реальности. Таким образом, взаимоотношения между тем, что мы видим, и тем, что мы думаем, работают в обе стороны. Разум может не так понять то, что видят глаза, а глаза могут показать разуму не то, что есть. (Здесь мы вспоминаем историю, случившуюся с нашим знакомым. Когда он пришел с работы, жена сказала ему, что в ванне огромный паук, и попросила помочь от него избавиться. Он поднялся наверх и отдернул занавеску душевой. Жена внизу услышала, как он завизжал от страха, подумав, что видит громаднейшего паука в мире. Истина же состояла в том, что было первое апреля, а в ванне плавал живой омар!)
Если разум и чувства могут дурачить друг друга, реальность внезапно становится тошнотворной. Как мы можем доверять «реальности» вокруг нас, если все зависит от того, как именно мы двигаемся или в какие гравитационные поля вовлечены? Эйнштейн сделал, пожалуй, больше, чем кто-либо другой до эпохи квантовой механики, для возникновения этого отвратительного чувства – «все не то, чем кажется». Предоставим слово ему самому. Вот что он говорил о времени: «Я понял, что прошлое и будущее – иллюзии: и то и другое содержится в настоящем. Настоящее существует, и оно – все, что существует». Сложно представить себе более радикальное утверждение. Эйнштейну и самому было не по себе, когда он осознал, как ненадежно наше восприятие окружающего мира, и, в конце концов, принял, что и прошлое, и будущее иллюзорны, и эти иллюзии искажают мир, движимый представлением, что течение времени действительно существует.
Все ли относительно?
В 2015 году мир отметил столетнюю годовщину рождения главного труда Эйнштейна – «Общей теории относительности». Ни один из ее постулатов не прошел даром, и дело не в утверждениях, что реально, а что нет. Дело в том, что все мы признаем относительность в повседневной, обычной жизни, причем не называя ее относительностью. Если ваш малыш разрисовывает стену карандашами, бросает еду на пол, писает в кровать, то, скорее всего, вы будете относиться к его проделкам куда мягче, чем если бы это соседский малыш пришел к вам домой и натворил там тех же дел. Мы принимаем как должное, что наш ум лжет нам о том, что говорят наши чувства. Скажем, вы собираетесь на вечеринку, и вам сказали, что Икса, который тоже там будет, судят за несколько краж со взломом в вашем районе. На вечеринке Икс подходит к вам и без всякой задней мысли спрашивает, где вы живете. Вы слышите это, и в вашем мозгу рождается совсем иной ответ, нежели тот, который вы дали бы, спроси у вас адрес человек, которого вы считаете невинным.
Эйнштейн сумел увидеть умом, что скорость не покажется одинаковой тому, кто движется по световому лучу, и тому, кто находится на другом движущемся предмете. Поскольку скорость чего бы то ни было измеряется через время, в течение которого преодолевается определенное расстояние, время и пространство тоже оказываются относительными. Очень скоро выкладки Эйнштейна усложнились – ему понадобилось десять лет, с 1905 по 1915 год, консультироваться у математиков, чтобы найти корректные формулировки для своей теории. В итоге «Общая теория относительности» была провозглашена величайшим научным открытием, сделанным одним человеком. Но нельзя забывать, что Эйнштейн взломал код времени, пространства, материи и энергии, используя свой опыт визуализации.
Доказывает ли это, что вы сами сможете творить собственную реальность в соответствии с личным опытом? Конечно! Каждый день вы пропускаете реальность через множество фильтров, принадлежащих только вам. Тех, кого вы любите, не любит кто-то другой. Цвет, который вам приятен, кому-то кажется безобразным. Собеседование, которое для вас будет стрессом, для другого, более уверенного в себе человека не представляет никакой угрозы. Настоящий вопрос не в том, творите ли вы реальность – все ее творят, но в том, насколько далеко вы в этом заходите. Есть ли вообще вокруг нас что бы то ни было, что от нас не зависит?
Наш ответ – нет. Вся известная нам реальность – от субатомной частицы до миллиардов галактик, от Большого взрыва до возможного конца света – наблюдаема и может быть наблюдаема человеческими существами. Если что-то реальное и лежит за пределами нашего опыта, мы никогда об этом не узнаем. Давайте проясним один момент: нашу позицию не стоит считать ни ненаучной, ни антинаучной. Когда Эйнштейн видел своим умом изображения, должные перевернуть пространство и время, другие пионеры квантовой физики разоблачали реальность еще радикальнее. Теория относительности создана одним человеком, даже пусть и с помощью коллег, а квантовую теорию создавало великое множество европейских физиков. Твердые предметы стали представляться энергетическими облаками. Атом при ближайшем рассмотрении оказался по преимуществу пустым (электрон на орбитали атома водорода, к примеру, представился бы бейсбольным мячиком на орбите в 93 миллионах миль от земли, если увеличить масштаб).
Шаг за шагом квантовая революция, разразившаяся при жизни Эйнштейна, развенчивала каждую частицу того, что казалось надежным. Если подумать, то последствия были разрушительны. Известен афоризм признанного британского физика и астронома сэра Артура Эддингтона, наблюдавшего за особенностями процесса в квантовой области науки: «Творится что-то неведомое, и мы не ведаем что». Эти слова считают шуткой об ушедшей эпохе. Эддингтон, одним из первых подтвердивший, что теория относительности соответствует на самом деле реальности, жил до того, как физики сосредоточились на тотальном объяснении космоса, «всеобщей теории всего», которая, по некоторым представлениям, уже не за горами.
Но в шутке (на которые Эддингтон действительно был мастер) должна быть и своя правда. Даже такие уверенные умы, как Стивен Хокинг, так или иначе отказались от «теории всего», сосредоточившись на небольших теориях, объясняющих те или иные аспекты реальности, но не всю ее. Но что, если истина в ином: реальность настолько загадочна, что в ее истолковании ошибается каждый, и ошибается с самого своего рождения?
Кванты и планы
Теория относительности была столь умопомрачительной, что массовому сознанию она представлялась последним и величайшим достижением физики. Но это было далеко от истины. История о том, что реально, а что нет, совершила еще один неудобный поворот, известный теперь как квантовая революция. Она не была независимой от работ Эйнштейна: скорее, это отросток формулы E = mc², утверждающей, что количество энергии внутри любой части материи равняется массе самого объекта, помноженной на скорость света в квадрате. В этом утверждении содержится огромный объем знаний, применимых к столь различным явлениям, как расщепление атома и черные дыры.
Равное – значит, такое же, и, следовательно, энергия есть то же, что материя, или масса эквивалентна энергии. Трудно представить себе нечто более поразительное, поскольку с позиции пяти чувств материя (песчаная дюна, буханка хлеба, эвкалиптовое дерево) совершенно не похожа на энергию (молния, радуга, магнетизм, движущий стрелку компаса). Спустя годы было доказано, что формула Эйнштейна все-таки верна. Но нельзя сказать, что разгаданы все ее загадки. Изобразив природу полностью преобразуемой, с материей, постоянно превращающейся в энергию, формула поставила вопрос: а как же это работает?
К неудовольствию верующих в реальность песчаных дюн, деревьев и радуг, оказалось, что строительные блоки природы – субатомные частицы – иногда ведут себя как материя, а иногда и как энергия. Самый известный пример – свет. Когда он ведет себя как энергия, он – волна. Волна имеет длину; таким образом, радуга или любая призма подтверждают то, что обычный солнечный белый свет – на самом деле смесь нескольких цветов, и у каждого из них своя длина волны. Но когда свет ведет себя как материя, он движется в виде частиц – фотонов, которые сами по себе суть порции энергии. «Порция» по-латыни – «квант»; это название и избрал Макс Планк, немецкий физик, начавший квантовую революцию в 1900 году и получивший Нобелевскую премию в 1918 году.
E = mc² значит, что реальность может быть сведена к одному уравнению (во что-то подобное и верил к концу жизни Эйнштейн), но его прорыв привел к столкновению с квантовой теорией, уравнения которой с относительностью несовместимы. С таким противоречием физики сталкиваются даже сейчас, и оно – причина разрыва в ткани повествования о том, что реально, а что нет. Это не то чтобы потрясающе сложно: речь о больших вещах в сравнении с малыми. Все большие вещи – от ньютоновского яблока до далекой огромной галактики – ведут себя так, как предписывает им эйнштейновская теория относительности. Малые же вещи, вроде кванта или субатомной частицы, подчиняются особому набору правил, достаточно странных, или, по определению Эйнштейна, «жутких».
В детали этого «жуткого поведения» мы вникнем позже, а сейчас нас волнует большое. К концу двадцатых годов все поняли, что относительность и квантовая теория невероятно успешны, каждая по-своему, но стало очевидно и другое: они не взаимосвязаны. Вопросом дня были гравитация и ее невероятные нелинейные (искривленные) эффекты. Эйнштейн произвел революцию в изучении гравитации, используя визуальные образы, чтобы получить новые ответы на вопросы. Мы уже рассматривали образ тела в свободном падении; есть и другие. К примеру, Эйнштейн представил себе пассажира, стоящего в лифте, который, ускоряясь, трогается вверх. Пассажиру кажется, что сам он становится тяжелее, но он не знает почему, поскольку не видит ничего за пределами лифта. С его точки зрения, дело может быть и в воздействии притяжения, и в эффекте ускорения. Оба объяснения верны, а поэтому, утверждает Эйнштейн, у силы притяжения никаких привилегий здесь нет.
Вместо этого притяжение должно быть включено в череду трансформаций природы: так и только так преобразовываться будет не одна лишь материя в энергию или энергия в материю. Притяжение из силы постоянной величины стало искривлением пространства-времени, варьирующим от места к месту. Представьте, что вы идете зимним днем по заснеженной равнине и, внезапно поскользнувшись, падаете в дренажную канаву, которой не увидели под снегом. Вы движетесь быстрее, чем когда шли по снегу, и ваш вес увеличивается по мере того, как вы оказываетесь ближе ко дну канавы. Примерно таким же образом пространство искривляется вокруг больших предметов вроде планет или звезд, и, когда свет, идущий по прямой, натыкается на подобный предмет, траектория света, по теории Эйнштейна, тоже искривляется. (Подтверждение этому было поистине восхитительным, но об этом мы еще поговорим дальше.)
Одним движением Эйнштейн превратил гравитацию из силы в явление космической геометрии. Но при квантовом подходе к проблеме ученые-физики все еще рассматривают силу притяжения как одну из четырех фундаментальных сил природы. Три другие – электромагнетизм, слабое и сильное ядерные взаимодействия – ведут себя, по наблюдениям, так же, как свет: то как волна, то как частица. Но гравитационных волн или гравитационных частиц, так называемых гравитонов, в природе никто не обнаруживал. В газетные заголовки попадали заявления о гравитационных волнах, образовавшихся во Вселенной сразу после Большого взрыва, однако они не были ничем подтверждены.
Большинство физиков признает, что в истории реальности существует некий раскол. Следствие же этого раскола – примечательная возможность. Наш разум, в том числе поток наших ежедневных помыслов, может влиять на реальность «где-то там». Потому, возможно, малые вещи и ведут себя не так, как ведут себя большие. К примеру, попробуйте представить себе лимон, «увидеть» его неровную желтую поверхность, маслянистую кожуру. А теперь вы видите нож, которым этот лимон разрезают пополам. Капельки лимонного сока выступают наружу, когда нож проходит сквозь бледную плоть лимона…
Ну как, у вас потекла слюна от этой визуализации?
Предсказуемая реакция. Даже мысленный образ лимона может вызвать такую же реакцию организма, какую вызывает настоящий лимон. Вот так событие «здесь» может вызвать событие «там». Молекулы, передающие сообщение от мозга к слюнным железам, ничем не отличаются от подобных молекул в камнях или деревьях. Тело, в конце концов, тоже физический объект. Мы постоянно проецируем свой разум на материю. Каждая мысль вызывает физические изменения в мозге и далее – вплоть до изменений активности генов. Микровольты электричества стреляют по миллиардам нейронов, в то время как в синапсах, или промежутках между клетками мозга, протекают химические процессы. Эти явления не подчиняются общему готовому шаблону. Все сдвигается в соответствии с тем, как именно вы познаете мир.
Разум выше материи – это утверждение разрушило все научные планы, показав, что наблюдение – просто взгляд! – не пассивно. Если оглядеть комнату, где вы сейчас сидите, окажется, что вещи, которые вы видите – стены, мебель, светильники, книги, не изменяются. Ваш взгляд, казалось бы, совершенно пассивен. Но если говорить о происходящем «здесь», это не так! Зрительная оболочка вашего мозга меняет активность, когда ваш взгляд натыкается на те или иные предметы. Если вам случится увидеть в углу мышь, в вашем мозге произойдет вспышка активности. Все принимают как должное то, что вне нашего мозга видеть что-либо – обязательно пассивный процесс. Здесь-то квантовая механика всех и расстраивает.
Если перейти от больших вещей к малым и наблюдать протоны, электроны, другие субатомные частицы, то возникнет загадочный феномен, называемый «эффектом наблюдателя». Мы уже упоминали, что субатомные частицы существуют в двух аспектах – как частицы и как волны, но тем и другим одновременно они быть не могут. Согласно квантовой теории, когда фотон или электрон никто не наблюдает, он ведет себя как волна. Свойство волн – то, что они распространяются повсюду; нет никакого точно заданного направления, куда должен идти фотон в волноподобном состоянии. Но как только электрон или фотон оказывается под наблюдением, он ведет себя как частица, имеет местоположение, а также и другие свойства, такие как заряд и импульс.