Дэниел Сигел – Разум (страница 54)

Далее — немного собственно физики: краткий обзор некоторых сложных, но захватывающих вопросов, основанный на работе Шона Кэрролла, одного из ведущих теоретиков (Carroll, 2010).

Итак, время можно считать концепцией, с помощью которой мы описываем одно из свойств Вселенной: события разворачиваются в пространстве-времени. Другими словами, существуют четыре измерения: высота, ширина, глубина и время. В теории струн измерений реальности намного больше, но мы остановимся на четырех. Некоторые говорят о «блок-вселенной» — этот термин подразумевает, что четыре измерения образуют колоссальный блок реальности. С этой точки зрения время просто показывает, в каком месте блока мы находимся и к какому обращаемся, говоря о прошлом и будущем, — мы не находимся там, но были или в состоянии там оказаться. Таким образом, время — просто одна из четырех координат, используемая для определения местоположения в четырех измерениях блок-вселенной.

Время само не течет — это ярлык, который помогает описывать нашу Вселенную. Мы меняем положение в блоке пространства-времени, и с помощью времени обозначаем это изменение. В то же время имеем часы: внутри организма — в дыхании и циркадных ритмах, и вне его — в часах, а теперь и в смартфонах. Благодаря их повторяющимся сигналам удобно отмерять ход времени — движение в четвертом изменении пространственно-временного континуума. Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, пространственно-временной континуум не плоский и не однородный: он способен иметь искривления, и его можно изогнуть так, что постоянные на вид интервалы времени меняются по отношению к скорости и гравитации события. Чем быстрее движение к границе скорости света и чем сильнее гравитационное поле, тем «медленнее» движется время — точнее, временные интервалы становятся шире по сравнению с исходным пунктом более малой скорости или меньшей гравитации. Таким образом, и скорость, и гравитация меняют форму пространственно-временного блока. Ничто не «течет»: это мир, имеющий четыре измерения, растягивается и изгибается. Роль гравитации в этом сложна и загадочна, и теоретики и исследователи активно работают над соединением таких представлений с квантовой физикой.

Одна из областей, которыми эта наука пока всерьез не занималась, — отношения между прошлым, настоящим и будущим. С точки зрения фундаментальных законов, которые управляют поведением малых частиц, равно как и с точки зрения квантовой физики, между прошлым и будущим нет разницы. Даже то, что в квантовой физике наблюдение вроде бы направленно «схлопывает волновую функцию вероятности», при ближайшем рассмотрении оказалось наложением классических ньютоновских понятий на функцию квантового состояния. Получилось, что сама квантовая теория не имеет направленного времени. Элементарные частицы и энергия Вселенной создают так называемые «микросостояния». Физика микросостояний симметрична, то есть обратима и не имеет собственной направленности. Именно это подразумевается в утверждениях, что уравнения фундаментальной физики, предсказывающие поведение микросостояний, симметричны и могут действовать любом направлении.

Однако мир больших скоплений микросостояний, сконфигурированных в макросостояния — например, организм человека как собрание многих молекул, образующих всевозможные конструкции, — имеет направленность в раскрытии. Он необратим и несимметричен. У макросостояний есть направленность, соединяющая прошлое, настоящее и будущее, а также причины и следствия. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим, например, смешение черничного сока с клубничным. В результате образуется пурпурная смесь, которая не разделится обратно на фиолетовый и красный слои. Направление раскрытия макросостояний называют «стрелой времени» (временной осью). Она относится к асимметрии происходящего, необратимости изменений, направленности времени. Нельзя вернуться и изменить прошлое, но можно предвидеть будущее и повлиять на него. Как раз это и подразумевается в утверждении, что прошлое зафиксировано, а будущее открыто. Такая видимая необратимость времени связана с тем, что мы живем в мире макросостояний.

Стрела, или ось, времени проявляется даже в психической жизни — в так называемом эпистемологическом раскрытии[77]: мы можем знать прошлое и не знать будущее, даже если способны предугадывать и планировать то, что произойдет. Я знаю, кто-то не согласится с этим, исходя из собственного опыта. Но это не просто наш ограниченный взгляд — такова точка зрения современной физики макросостояний.

Но почему макросостояния имеют ось времени, если фундаментальные законы физики, эмпирически установленные закономерности поведения энергии и базовых частиц Вселенной, управляющие микросостояниями, не имеют направленности изменений? Начнем с того, что направленность развертывания макросостояний во Вселенной, или стрела времени, в действительности не свойство самого времени. Это может звучать странно, но направленность времени — то, что мы различаем прошлое и будущее, — это свойство «Вселенной макросостояний», а не времени как измерения пространственно-временного континуума. Понять направленность временной оси нетрудно с помощью второго начала термодинамики, гласящего, что изолированная, или закрытая, система (например, Вселенная) стремится к увеличению энтропии[78].

Энтропию часто описывают как меру неупорядоченности, случайности, но это не всегда уместно. Более полно ее можно определить, как число конфигураций микросостояний, которые на конкретном уровне макросостояния выглядят одинаково. Микросостояние состоит из мельчайших компонентов системы, представляющей собой макросостояние: атом, молекулу, более крупную конфигурацию микросостояний. В зависимости от уровня анализа микросостоянием может быть энергия, элементы атома, отдельные атомы или взаимосвязанные, которые мы называем молекулами. Для лучшего понимания снова обратимся к смешению соков, о котором мы говорили «в предыдущей точке блока пространствавремени». Представьте, что черничный и клубничный соки находятся в разных графинах. Вставим в отдельную стеклянную емкость перегородку, чтобы разделить жидкие среды. Нальем каждого доверху: справа красный, слева фиолетовый. Теперь уберем перегородку. Как вы думаете, что произойдет? Правильно: в нашей Вселенной действует второе начало термодинамики, поэтому молекулы, находившиеся в определенном состоянии энтропии, начнут двигаться, чтобы увеличить энтропию. Каким образом? Путем диффузии. Почему? Потому что конфигурация смешанного сока имеет намного больше возможностей: существует гораздо больше вариантов превратиться в смесь, чем не смешиваться. Есть ли вероятность, что жидкости останутся там, где были изначально налиты, или даже поменяются местами? Безусловно, но она очень, очень, очень мала. Число вариантов микросостояний, образующих макросостояние пурпурной смеси, несравнимо выше, поэтому процесс смешения наиболее вероятен. Со временем — с разворачивающимися изменениями во Вселенной — вы увидите дальнейшее повышение энтропии: макросостояние будет меняться в результате движения микросостояний — отдельных молекул сока. С точки зрения цветов пурпурная смесь более вероятна, чем отдельные красное и фиолетовое скопления макросостояний.

Чувство прошлого, настоящего и будущего имеет фундаментальное значение в психической жизни, поэтому прошу меня простить (особенно если вы не слишком любите физику) и уделить еще несколько мгновений, чтобы разобраться в сути второго начала термодинамики и его важности для понимания разума.

В физике принята так называемая гипотеза прошлого[79]: представление, которое гласит, что все, произошедшее во Вселенной раньше, имело более низкое состояние энтропии, чем сейчас. Это совпадает со вторым началом, согласно которому то, что происходит дальше, имеет большую энтропию. Не все конкретные макросостояния обязательно повышают ее — как живые существа мы, например, в силах понизить личную энтропию, наведя порядок на столе и даже, может быть, очистив разум. Однако второе начало термодинамики действительно утверждает, что общая сумма изменений во Вселенной со временем множится. Поэтому даже после уборки на столе и понижения энтропии персональной энтропия всего мира вырастет, так как во время работы выделилось тепло. «Подумаешь, — скажете вы. — Какое это имеет значение?» Однако если вас интересует, почему разум беспокоится по поводу прошлого и тревожится о будущем, следует помнить, что направленность времени оказывает большое влияние на психический опыт. Как это объясняет разницу между прошлым-настоящим-будущим и что говорит о стреле времени? Если повышение энтропии создает эту стрелу, или ось, времени, эту устремленность от прошлого к будущему, нетрудно заметить, что направленность времени напрямую связана с вероятностью, поскольку энтропия — это наивысшая вероятность конфигурации многих микросостояний, образующих конкретное макросостояние.

Вы можете спросить, как это связано с живыми существами и особенно с человеком. Ответ — никто по-настоящему не знает, почему пространство-время имеет направление, кроме следствий второго начала термодинамики и его попутчицы, гипотезы прошлого, согласно которым энтропия повышается по мере «движения сквозь время». Подумайте вот о чем: у пространства нет оси, или «стрелы». Мы можем двигаться в любую его сторону, и нет набора правил, определяющих, куда мы направимся. Однако во временном измерении, на уровне макросостояний, стрела времени есть — это направленность движения в блок-вселенной пространства-времени.