В качестве примера, отражающего этот сдвиг, рассмотрим отношение к одному из важнейших вопросов психологии и нейробиологии: как мозг хранит воспоминания? Поскольку воспоминания касаются опыта из прошлого, память в обязательном порядке связана со временем. Но при этом проблему памяти редко рассматривали во временном контексте. Только в XXI в. ученые начали полностью отдавать себе отчет в том, что «информация о прошлом имеет смысл только в том случае, если позволяет предвидеть, что произойдет в будущем». Механизм памяти эволюционировал не для того, чтобы мы могли предаваться воспоминаниям. Единственная эволюционная функция памяти заключается в том, что она позволяет животным предсказывать, что и когда может произойти, и как следует реагировать, если что-то произойдет. Благодаря таким концептуальным сдвигам и множеству методологических достижений, нейробиология и психология гораздо больше внимания начали уделять вопросу времени. Более того, мы начинаем осознавать, что без понимания механизмов восприятия и отсчета времени в мозге мы не сможем понять, как функционирует человеческий мозг.
ПРЕЗЕНТИЗМ И ЭТЕРНАЛИЗМ
Эта книга в основном рассматривает вопрос времени в рамках нейробиологии и психологии, но нам также придется уделить некоторое внимание физике времени. Наша задача будет заключаться не только в том, чтобы понять важнейшие принципы природы времени, которые раскрывает физика, но также найти точки пересеченияили, точнее, столкновения идей физики и нейробиологии (главы 8 и 9). Чтобы продвинуться в этом направлении, необходимо вспомнить две важнейшие философские теории, касающиеся природы времени: презентизм и этернализм.
Как следует из названия, в рамках теории презентизма утверждается, что реально только настоящее. В таком случае прошлоеэто конфигурация вселенной, существовавшая в какой-то момент, а будущеенекая конфигурация, которую предстоит определить. Напротив, этернализм постулирует, что прошлое и будущее реальны в той же степени, что и настоящее. В настоящем нет ничего особенного: в рамках этернализма «сейчас» имеет для категории времени такой же смысл, как «здесь» для категории пространства. В настоящий момент вы находитесь в каком-то одном конкретном месте в пространстве, но вы прекрасно знаете, что существует множество других, столь же реальных, месткомнат, городов, планет и галактик. Аналогичным образом, даже если вы ощущаете себя в некоей временно́й точке, называемой «сейчас», существуют другиепрошлые и будущиемоменты времени, где находятся другие существа, а также вы сами более молодой и более старый (рис. 1.2).
Возможно, объяснить разницу между этими двумя концепциями проще всего на примере путешествий во времени. В рамках презентизма истинное путешествие во времени (перемещение назад и вперед, в прошлое и в будущее) невозможно. Такие технические детали, как возможность построения машины времени в рамках законов физики, просто не имеют смысла, поскольку нельзя перенестись в несуществующее время, как нельзя перенестись в несуществующее место. В рамках этернализма ось времени отчасти (но не полностью) аналогична пространственным осям, так что вселенная представляет собой четырехмерный «блок», в котором прошлое и будущее так же реальны, как север и юг по отношению к нашему местоположению в пространстве. Хотя сам этернализм не зависит от того, являются ли перемещения во времени возможными, сама постановка вопроса невозможной не является, поскольку на оси времени имеются «места» (моменты), в которые можно стремиться попасть.
Рис. 1.2. Две концепции природы времени: презентизм и этернализм
Постулаты презентизма совпадают с нашим интуитивным представлением о том, что каждый момент нашей жизни, переходящий в прошлое, просто исчезает. Вне зависимости от того, сохраняется ли этот момент в нашей памяти или нет, сам момент прекращает существование. Презентизм также подкрепляет наше ощущение контроля над ситуацией: наши решения и поступки формируют будущее. Нейробиологи редко сопоставляют теории презентизма и этернализма, но на практике они являются презентистами. В прошлом, настоящем и будущем они видят совершенно разные категории: мозг принимает решения в настоящем, основываясь на воспоминаниях о прошлом, чтобы создать благоприятную ситуацию в будущем. Однако, несмотря на привлекательность для нас на интуитивном уровне, в физике и философии презентизмнеудачная теория.
Некоторые версии этернализма уходят корнями в прошлое как минимум на два с половиной тысячелетияк греческому философу Пармениду, который считал, что мы живем в вечном мире, в котором не происходит никаких изменений. Сегодня, по вполне разумным причинам, большинство физиков и философов принимают этерналистский тезис о том, что все моменты времени в некотором смысле «уже» включены в некий «блок вселенной». И представление о времени как о четвертом измерениине просто удобная математическая абстракция, как ось времени на графике, но прошлое, настоящее и будущее действительно существуют на равных основаниях.
В этом-то и заключается камень преткновения между физикой и нейробиологией: если все моменты времени одинаково реальны, и все события прошлого и будущего навсегда вписаны в «блок вселенной», наше ощущение течения времени оказывается иллюзией (глава 9). Другими словами, если все моменты времени «уже есть», время не может идти или протекать в обычном смысле этих слов. Философ Джек Смарт однажды заметил: «Ход времени или опережающее сознаниеопасные метафоры, которые нельзя воспринимать буквально». Так что одно из самых очевидных и универсальных субъективных ощущений, а именно, ощущение хода времени, следует воспринимать как некую проделку сознания. Вообще говоря, это широко распространенная точка зрения. Например, философ Хью Прайс в книге «Стрела времени и точка Архимеда» пишет: «По этому вопросу философы всегда разделялись на два лагеря. На одной стороне те, кто считают поток времени и настоящее объективной реальностью мира [презентизм]; на другойте, кто утверждают, что это лишь артефакты нашего субъективного восприятия мира [этернализм] Лично я отношусь ко вторым».
Математик и физик Герман Вейль подметил несоответствие между нашим восприятием времени и моделью «блока вселенной», высказав ставшую знаменитой фразу: «Объективный мир просто есть, он не случается. Лишь для взора моего сознания, карабкающегося по мировой линии жизни моего тела, порождается часть мира как образ, плывущий в пространстве и непрерывно меняющийся во времени» .
МНОЖЕСТВЕННОСТЬ ВРЕМЕНИ
Обсуждение проблемы времени, будь то в рамках нейробиологии, философии или физики, неизбежно затрудняется еще и тем, что слово «время» используется для обозначения множества разных вещей. Одна из причин, почему это слово является наиболее часто употребляемым словом английского языка, как раз и связана со множественностью его смыслов. Использование слова «время» различно в разных языках. По-английски мы говорим, что скоростьэто расстояние, поделенное на время, и задаем вопрос: сколько сейчас времени? А у португальцев для этих случаев есть два разных слова. В определении скорости фигурирует слово tempo, но вопрос звучит иначе: que horas săo (который сейчас час)? Однако, в отличие от англичан, португальцы используют слово tempo еще и для обозначения погоды.
В каждодневной жизни мы без труда используем слово «время» в самых разных значениях, однако эта легкость обращения скрывает сложность данного понятия. Поэтому будет небесполезно если не определить, то хотя бы разграничить различные смыслы этого слова. Давайте разберем такое предложение: «Доклад Минковского о природе времени закончился вовремя, но казалось, что он продолжался много времени».
В этом немного неестественном предложении слово «время» использовано в трех разных смыслах, которые важны для нашего рассказа. В порядке появления в предложении они соответствуют естественному времени, часовому времени и субъективному времени.
Интуитивно мы воспринимаем время как некую среду, в которой протекает наша жизнь. Для обозначения времени в качестве этой среды или «измерения» я использую термин «естественное время». Именно естественное время находится в центре спора между сторонниками презентизма и этернализма. На практике большинство ученых не интересуются проблемами естественного времени, но, вообще говоря, что может волновать нас сильнее, чем возможность существования других «версий» нас самих на временно́й оси «блока вселенной» или реальность (или иллюзорность) нашего ощущения течения времени?
На практике под временем иногда понимают показания часов. Это определение может показаться бессмысленным тождеством, но оно чрезвычайно важно. Однако оно неизбежно поднимает другой вопрос: что такое часы? В самом общем смысле часыэто устройство, которое воспроизводимым образом подвергается определенным изменениям и позволяет на количественном уровне измерить эти изменения. Изменения могут выражаться в движении маятника, вибрации кристалла кварца или даже соотношении радиоактивных изотопов углерода в окаменелостях. Чаще всего в научных сферах под временем понимают именно часовое время. Впрочем, Эйнштейн подчеркивал, что «подобное определение приемлемо только тогда, когда мы говорим о времени в той точке, где находится наблюдатель; но оно неприемлемо, если нужно сопоставить по времени события, происходящие в разных местах». Часовое время локальная мера изменений, но ни в коем случае не абсолютная и не универсальная. И, тем не менее, именно часовое время управляет нашей жизнью: оно не только подсказывает нам, когда нужно вставать, идти на работу и ложиться спать, но, поскольку само тело тоже представляет собой часы, часовое время определяет момент нашего старения и ухода.
Субъективное время описывает наше подсознательное ощущение времени: как ощущение хода времени, так и ощущение количества времени. Как любой субъективный опыт, субъективное времяпорождение мозговой деятельности. И оно не существует за пределами человеческого черепа. Аналогично тому, как наше субъективное восприятие цвета позволяет нам изучать физические свойства видимого света (света с разной длиной волны), наше субъективное восприятие времениэто продукт деятельности головного мозга, который в каком-то смысле позволяет нам «чувствовать» как естественное, так и часовое время.
***
Философы и ученые на протяжении тысячелетий ломали головы над тайной времени. И до сих пор, спустя 1600 лет после того, как Блаженный Августин рассуждал о сложностях определения времени, мы все еще не знаем ответа на такие важнейшие вопросы, как равноценность реальности прошлого, настоящего и будущего или иллюзорность нашего ощущения хода времени.
Чтобы найти ответы на эти вопросы, нейробиология должна еще созреть и принять тот факт, что понимание устройства человеческого мозга невозможно без описания того, как мозг определяет, воспринимает и отражает время. Дело в том, что, как я покажу в следующей главе, мозг представляет собой машину времени, которая не только определяет время и предсказывает будущее, но и позволяет нам мысленно перемещаться в будущее. Часто мы оставляем без внимания тот факт, что без способности мысленного путешествия в будущее наш вид никогда не смог бы изготовить из вулканического стекла орудия труда или понять, что посев зерна сегодня обеспечит выживание завтра.
Однако наша уникальная способность воспринимать концепцию времени и вглядываться в отдаленное будущее является одновременно и даром, и наказанием. В ходе эволюции мы перестали следовать за непредсказуемыми капризами матери-природы и начали управлять ею: мы научились манипулировать настоящим, чтобы обеспечить себе выживание в будущем. Однако способность предвидения неизбежно привела нас к пониманию конечности и быстротечности собственной жизни. Получив этот великий дар или великое наказание, мы стоим перед удивительной тайной: Что же такое время?
2:00ЛУЧШАЯ НА СВЕТЕ МАШИНА ВРЕМЕНИ
Каждое реальное тело должно обладать четырьмя измерениями: оно должно иметь длину, ширину, высоту и продолжительность существования. Но вследствие прирожденной ограниченности нашего ума мы не замечаем этого факта. И все же существуют четыре измерения, из которых три мы называем пространственными, а четвертоевременны́м.
С идеей о путешествиях во времени нас познакомил Голливуд. «Терминатор», «День сурка», «Назад в будущее», «Жена путешественника во времени», «Петля времени», «Полночь в Париже», «Интерстеллар» и многие серии «Звездного пути» лишь некоторые примеры из длинного списка фильмов, в которых мы сталкиваемся с парадоксами, возникающими в результате игр со временем, таких как убийство собственных предков при перемещении в прошлое.
Однако, несмотря на популярность этой темы в мире современного кино, телевидения, литературы и даже в серьезных физических исследованиях, концепция путешествий во времени не существовала на протяжении большей части истории человечества. В Библии и других религиозных книгах и устных преданиях есть множество историй о говорящих животных, божествах и других сверхъестественных вещах. Там есть рассказы о превращении животных в человека и человека в животных, о путешествиях в космическом пространстве, о людях вроде Мафусаила, проживших несколько столетий, о волшебстве и воскрешении. Но, что странно, ничего или почти ничего о путешествиях во времени. Даже Шекспир, который, кажется, предвосхитил практически все трюки современного кинематографа, никогда не касался темы путешествий во времени.
На этом фоне есть лишь несколько исключений. Например, в древнеиндийской поэме «Махабхарата», созданной в 800-х гг. до н.э., рассказывается о царе и его дочери, которые отправились к богу Брахме, чтобы найти достойного жениха. Позднее они узнают, что за время их отсутствия на Земле сменилось несколько поколений, и исчезли все царские сокровища. В новелле «Рип ван Винкль» говорится о том, что время может идти с разной скоростью, но там не происходит перемещений вперед и назад во времени. Предшественником историй о перемещении во времени можно считать повесть Чарльза Диккенса «Рождественская песнь», написанную в середине XIX в. Духи переносят героя рассказа Эбинейзера Скруджа в рождественские дни прошлого и будущего, однако эти путешествия совершаются пассивно, как бы во сне, и персонажи из разных эпох не общаются между собой. И лишь в конце XIX в. появилась идея «истинного» путешествия во времени, в частности, в повести Г. Уэллса «Машина времени», герой которой отправляется в будущее, встречается с выродившимися потомками человеческой расы и возвращается в свое время.
Почему идея перемещений во времени не появлялась в фантастической литературе до конца XIX в.? Возможно, по той причине, что человеческие существа по своей природе являются презентистами: для нас совершенно очевидно, что прошлое ушло и поэтому не может измениться, а будущее еще не существует. Возможно, идея о том, что прошлое и будущее так же реальны, как настоящее, и поэтому являются возможным направлением для путешествия, слишком сильно противоречит интуиции и слишком фантастична даже для фантастической литературы. Так что же изменилось в конце XIX в., что позволило нам совершать воображаемые путешествия во времени? Однозначно ответить на этот вопрос сложно, но, совершенно очевидно, какую-то роль сыграла научная революция.
Кульминацией этой революции была публикация в 1905 г. специальной теории относительности Эйнштейна, которая навсегда изменила наше представление о природе времени. Эйнштейн показал, что при разной скорости перемещения часов они тикают с разной скоростью. Через два года после этого учитель Эйнштейна Герман Минковский показал, что теория Эйнштейна вполне совместима с концепцией четырехмерного пространства, т. е. пространства, в котором есть еще одно измерениевремя.
Об открытиях в физике, способствовавших принятию модели четырехмерной вселенной, мы поговорим в главе 9, а сейчас только отметим, что в XX в. в среде физиков постепенно стало возможным поднимать вопрос о путешествиях во времени. Не потому, что большинство физиков поверили в реальную возможность перемещений в прошлое или будущее, но потому что никто не мог доказать, что такой возможности не существует. Многие физики соглашаются, что, в принципе, на шкале времени есть «места», куда можно попасть, но при этом считают, что по практическим или теоретическим причинам законы физики не позволяют осуществлять эти перемещения. Дело в том, что для перемещений во времени должны выполняться весьма специфические требования. Наименее неправдоподобным способом таких перемещений, наверное, является перемещение по пространственно-временно́му туннелю («кротовой норе»). Представьте себе поверхность Земли как слой пространства и времени, а затем вообразите туннель, ведущий напрямую от Вашингтона до Пекина. Идея пространственно-временны́х туннелей не противоречит современным законам физики, но пока остается гипотетической. Для путешествий во времени не только потребуется создать или найти такой туннель, но и двигать один выход относительно другого с очень большой скоростью. А дальше остается надеяться, что такой туннель стабилен и проходим, т. е. входящий в него не подвергнетсяиспользую научный терминспагеттификации.