Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем

Глава 9 Строим вселенную из пространства, времени и математики

Однажды зимним утром в начале 1300-х годов первые слабые солнечные лучи осветили замерзшее небо Швейцарии, разбудив алую зарю, достойную древнегреческой поэмы. Жители деревни Санкт-Галлен, выстроенной под каменными стенами знаменитого монастыря Святого Галла, возведенного орденом бенедиктинцев в VIII веке, в который раз оказались резко выдернуты из своих последних циклов сна. Издавна повелось так, что каждое утро обитателей этой обычной средневековой деревни вырывал из сладких грез и теплых постелей звук, навсегда определивший их жизнь. Когда на монастырских башнях начинали звонить огромные чугунные колокола, объявляя о наступлении времени первой из семи канонических молитв дня, называемых часами, каждый мозг, затронутый этим священным звуком, исправно присоединялся к хорошо синхронизированной мозгосети.

В соответствии с буллой папы Сабиниана, установившего в VII веке традицию канонических часов, в последующие 24 часа колокола монастыря производили этот будоражащий звук еще шесть раз (первый час в шесть утра, третий около девяти, шестой — примерно в полдень, девятый — около трех дня, вечерня ранним вечером и комплеторий непосредственно перед отходом ко сну), усиливая свою непобедимую власть над умами людей XIV века и диктуя их распорядок дня. Эта практика стала негласным законом — все просыпались в шесть утра (час первой молитвы), обедали в полдень (в шестой час), ужинали и шли спать — все по команде монастырских колоколов. И поскольку этот ритм подчинил себе жизнь вокруг каменных стен бенедиктинского монастыря, при каждом ударе колокола мозг каждого обитателя деревни обязательно напоминал своему хозяину о том, что время перестало быть непрерывным и вольно тянущимся от рассвета до заката без остановок или назначения, перестало течь в ритме природы, ее сезонов и настроений.

С изобретением канонических, а позднее механических часов, которые вскоре появились на башнях того же самого средневекового монастыря, новый законодатель (придуманное человеком дискретное время) стал распоряжаться схемой дня, подчиняя себе даже врожденные модуляции биологических циркадных ритмов человека. Хотя решение о делении часа на 60 минут, а минуты — на 60 секунд было принято лишь в 1345 году, влияние отсчета времени на образ мыслей, поведение и жизнь людей было огромным. Отсчет времени средневековыми монастырями изменил жизнь людей, введя новое ощущение порядка, усилив регламентацию жизни и навязав искусственный принцип, который Льюис Мамфорд называл «регулярным коллективным биением и ритмом машины». Вполне в соответствии с основной идеей моего представления о формировании человеческих мозгосетей и о том, как они определяли социальное поведение человека еще с момента возникновения нашего вида, Мамфорд подкрепляет свое заявление, добавляя: «Часы — это средство не только для отслеживания времени, но и для синхронизации действий людей».

Эта новая реальность с вовлечением временного фактора в дела людей стала настолько всесильной, что бенедиктинским монастырям Европы можно поставить в заслугу введение одной из важнейших ментальных рамок, послуживших успеху промышленной революции (несколько столетий спустя) и одновременному появлению и распространению еще одной мощной ментальной абстракции — капитализма. Вот почему именно механические часы, а не паровой двигатель Мамфорд считает ключевым изобретением, огласившим наступление индустриальной эпохи и зарождение новой, «созданной человеком религии», которую он окрестил культом машины (см. главу 13).

Кроме того, отсчет времени был важен для расцвета еще одной принципиально важной человеческой ментальной абстракции — науки. Вновь приведем слова Льюиса Мамфорда: «Более того, часы — это элемент механизма, „продуктом“ которого являются секунды и минуты: по своей природе они отделяли время от человеческих событий и помогали создавать веру в независимый мир математически измеряемых последовательностей: особый мир науки».

Влияние официального источника отсчета времени на поведение человека легче понять, если вспомнить, что не только монастыри Западной Европы диктовали ритм жизни больших популяций людей. Во времена пророка Мухаммеда в VII веке мусульманский мир принял намаз: с тех пор пять раз в день все верующие должны оставить свои дела ради молитвы. Точное время пяти молитв определяется положением солнца на небе и поэтому различается в зависимости от географического местонахождения человека. Эти молитвы — фаджр (утром до рассвета), зухр (солнце в зените, полдень), аср (после полудня), магриб (на закате) и иша (между закатом и рассветом, до полуночи). Эти пять суточных призывов к молитве, объявляемые во всеуслышание пением муэдзина с минаретов мечетей всего мира, служили сигналом синхронизации для мусульман и для неверующих на протяжении последних четырнадцати столетий — с тех пор, как, по легенде, сам пророк Мухаммед узнал о них непосредственно от Аллаха. Иудейский зманим тоже отмечает моменты времени, когда нужно выполнять определенные требования в соответствии с Талмудом.

Суть этого краткого исторического экскурса сводится к тому, что фактически со Средних веков католики, мусульмане, иудеи и многие другие люди не могли избежать новой человеческой мантры отсчета времени. На самом деле в какой-то степени справедливо сказать, что последние вот уже семьсот лет, с тех пор как в Европе появились первые часы, большинство людей полностью зависят от непрекращающегося тиканья выдуманного человеком времени. Несмотря на модификации формы и стиля, часы и хронометры фактически оставались неизменными на протяжении столетий. А доказательство невероятного успеха этого монопольного бизнеса отсчета времени заключается в том, что и по сей день часы контролируют наши каждодневные дела. Если у вас есть хоть какие-то сомнения, просто взгляните на часы на вашем смартфоне и вспомните, что вы смотрите на следы средневековой технологии, существующей уже более семи столетий.

Сегодня мы можем только фантазировать по поводу того, насколько иным был бы мир, в котором мы живем, если бы отсчет и хронометраж времени не были изобретены и не заняли такого доминирующего положения в рутине человеческой жизни. Получить представление о таком альтернативном способе существования можно на примере немногих сообществ и культур, не поддавшихся искусственному ритму, навязанному отсчитывающими время устройствами. А также можно воспользоваться воображением и возвратиться во времени в ту эпоху, когда еще не существовало самого понятия времени. Так, несколько миллионов лет назад, еще до появления речи, которая позволила людям установить устную традицию пересказа историй и способствовала передаче информации из поколения в поколение, самой длинной историей для каждого отдельного гоминида была та, которую он мог сохранить в голове в форме собственных долгосрочных воспоминаний. Эти воспоминания, запечатленные в мантии мозга каждого индивидуума, хранили следы опыта, который он переживал или наблюдал за время жизни. Однако, поскольку осознанно человек может вспомнить (или декларировать, говоря профессиональным языком) только часть своей жизни, любая попытка восстановить историю жизни даже одного человека оказывается незавершенной, частичной и субъективной. И все же возникновение нейрофизиологических механизмов, позволяющих долгосрочным воспоминаниям записываться в нейронную ткань, сохраняться и оставаться доступными для будущего воспроизведения на протяжении жизни, знаменует важнейший переход к естественному процессу отсчета времени органической материей.

Гигантское влияние, которое долгосрочные воспоминания оказывали на наших предков гоминидов и оказывают на нас в нашей современной жизни, отчетливо проявляется, когда эта удивительная способность исчезает в результате неврологического заболевания или травматического повреждения мозга. В этом отношении наиболее символичный пример — история Генри Г. Молесона, вошедшего в анналы нейробиологической литературы под именем пациента Г. М. С десяти лет он страдал от легкой формы эпилепсии, но, повзрослев, стал полным инвалидом из-за утяжелившихся приступов, которые уже не подавлялись доступными в то время противосудорожными препаратами. В качестве последнего средства для решения проблемы в 1953 году Г. М. пошел на обширную и радикальную нейрохирургическую операцию по удалению большого фрагмента коры, локализованной в медиальной височной доле, ответственной за возникновение приступов. В процессе этой процедуры также было проведено двустороннее удаление значительных участков гиппокампа и других важных структур медиальной височной доли.

У оправившегося после хирургической операции Г. М. начали проявляться серьезные нарушения памяти. Непосредственно после операции он не мог вспомнить людей, которые ухаживали за ним днем, и не помнил никаких событий, происходивших во время его пребывания в госпитале. Хотя внимание, интеллектуальные способности и свойства личности не пострадали, вскоре всем стало ясно, что Г. М. потерял способность превращать какую-либо новую информацию, которую он воспринял или восстановил в уме, в долгосрочные воспоминания. Самая удивительная сторона этого дефицита внимания проявлялась тогда, когда Г. М. вступал в разговор с только что встреченным человеком. Он мог завязать разговор и взаимодействовать с новым знакомым, но через несколько минут уже не помнил ни разговора, ни человека, с которым говорил.

Это специфическое состояние пациента Г. М. стали называть антероградной амнезией. В целом он был не в состоянии создавать новые долгосрочные воспоминания и извлекать их из памяти. Он учился выполнять некоторые новые моторные и перцептивные задачи, но просто не мог вспомнить, что во время обучения уже осуществлял повторяющиеся движения, а также не умел описать словами этот опыт и свои взаимодействия с исследователями.

Но это еще не все.

Хотя у Г. М. сохранилось большинство прошлых воспоминаний, накопленных за годы до хирургической операции, он не мог вспомнить эпизодические события из собственного прошлого, из чего следовало, что у него также возникла частичная ретроградная амнезия. В результате этих неврологических нарушений после выхода из-под общего наркоза до конца жизни его мозг отказывался производить непрерывную регистрацию текущих событий, как будто был заморожен во времени.

Вслед за развитием нейрофизиологических механизмов, необходимых для создания и поддержания долгосрочных воспоминаний, следующий важнейший этап в биологическом отсчете времени наступил, когда наши предки стали активно пользоваться речью. По разным причинам появление устной речи может рассматриваться в качестве водораздела — еще одного истинного «Большого взрыва» в развитии человеческого мозга. В контексте проблемы хронометража способность выражать мысли с помощью речи означает, что сообщества Homo sapiens уже не были ограничены рамками частных и личных исторических воспоминаний о жизни отдельных существ, а могли создавать коллективные и более полные описания своих традиций, достижений, эмоций, надежд и желаний. Хотя для долгосрочного хранения эти новые коллективные исторические описания по-прежнему должны были регистрироваться в нервной ткани отдельных индивидуумов, они, безусловно, внесли значительный вклад в распространение понятия времени среди наших древнейших родственников. Поэтому появление устной речи и коммуникации в племенах Homo sapiens можно считать важнейшим ментальным механизмом сохранения воспоминаний, положившим начало бесконечному процессу построения человеческой вселенной при анализе окружающего космоса. В результате в один прекрасный момент родилась такая дисциплина, как история, — пожилые мужчины и женщины сидели у огня и пересказывали детям и внукам легенды и мифы, которые слышали когда-то от собственных родителей и дедов, и этот непрерывный процесс продолжался тысячелетиями. Вот почему мне нравится говорить, что история и хронометраж — близнецы-братья, родившиеся от одной матери — речи.

Мы нечасто задумываемся об этом, но устная традиция пересказа историй (посредством речи или песен) преобладала в методах общения нашего вида на протяжении всей его истории и по всему миру. В частности, до записи поэтических фрагментов «Илиады» и «Одиссеи» в VIII веке до н. э., скорее всего, их запоминали (и пели) бесчисленные поколения греков в качестве введения в культуру и традицию Древней Греции. Эта устная ритуальная практика была столь важна, что, по легенде, Платон и Сократ были рьяными противниками практики записи великих греческих поэм, поскольку считали, что эта новая форма передачи информации послужит быстрому исчезновению умственных навыков у их учеников. Сократ считал, что студенты станут лениться, поскольку, располагая письменным материалом, постепенно потеряют навык заучивать стихи путем многократного повторения и не будут знать их наизусть. Как мы увидим в главе 12, горячая дискуссия о влиянии новых средств коммуникации на человеческое познание почти в неизменном виде продолжается с V века до н. э.

Как мы уже обсудили, наши предки из эпохи верхнего палеолита нашли новый способ для отображения своего мировоззрения, придумав метод воспроизведения некоторых ментальных абстракций на искусственном носителе — разрисовывая каменные стены подземных пещер. Тем самым они не только смогли расширить время в собственных умах, но и способствовали длительному существованию визуальных образов прошлых исторических событий, которые могли оценить современники и будущие поколения. Примерно триста пятьдесят столетий ушло на то, чтобы перевести отсчет времени от наскальных рисунков на новый тип искусственного носителя. Новый временной стандарт был введен с появлением первых астрономических календарей, основанных на наблюдениях за повторяющимися небесными явлениями, такими как положение Земли относительно Солнца или ритм фаз Луны. Астрономические календари, впервые созданные шумерами, египтянами, а чуть позже китайцами, появились в то же время, что и первые свидетельства письменной речи — около 4000-х годов до н. э. Затем возникли календари вавилонян, персов, зороастрийцев и иудеев, что свидетельствует о том, что за короткий промежуток времени хронометраж стал важным аспектом всех главных человеческих культур.

Появление письменной речи, календарей, а позднее — массовой печати (благодаря первым изобретениям китайцев, а затем и станку, созданному в 1440 году Гутенбергом) обеспечило новые мощные механизмы для синхронизации человеческих мозгосетей. В каждом из этих примеров мозг многих индивидуумов мог синхронизироваться с другими, хотя находился на недосягаемом для глаз и ушей расстоянии. Благодаря массовому распространению печатных материалов люди, доверяя бумаге свои мысли, догадки, идеи, сомнения и теории, получили возможность общаться со значительно более широким кругом других людей, значительно разнесенных как в географическом пространстве, так и в историческом времени. В частности, печатные книги революционизировали порядок установления, поддержания и расширения со временем мозгосетей, обеспечив однонаправленный поток информации между современниками и людьми из разных поколений. Нейрофизиологический механизм образования таких мозгосетей аналогичен механизму, который мы обсуждали в главе 7. Основное различие заключается в том, что дофамин-зависимое подкрепление ожиданий и ментальные абстракции в мозге читателей конкретной эпохи возникали тогда, когда эти читатели входили в контакт с письменным интеллектуальным наследием, оставленным предыдущими поколениями. Например, когда я пишу этот параграф, я отчетливо ощущаю, как печатные слова Льюиса Мамфорда и других влияют на формирование моих собственных идей и на то, что я пишу. Аналогичным образом каждому настоящему ученому знакомо ощущение интеллектуальной связи с умами людей, живших десятилетия или столетия назад, но идеи которых, благодаря печати, получили бессмертие и продолжают направлять и формировать философские взгляды, идеи и экспериментальные стратегии спустя годы и века после их физической смерти. Это удивительное свойство — способность синхронизироваться, несмотря на большие пространственные и временные расстояния, — является уникальной особенностью человеческого мозга и в этом качестве играет основополагающую роль в процессе рассредоточения энергии для построения новых знаний Истинным творцом всего.

Теперь мы можем завершить этот краткий рассказ об отсчете времени и взглянуть на то, как в истории человечества формировалась концепция пространства. Чтобы оправдать смену темы, я прошу разрешения вовлечь в нашу мозгосеть Мамфорда, к которой я тоже подключен, еще один мощный разум. Я имею в виду Джозефа Кэмпбелла, написавшего следующее: «Пространство и время — „доопытные формы восприятия“, непременные условия, предшествующие любым переживаниям и действиям. Тело и органы чувств знают о пространстве и времени еще до рождения, поскольку это и есть сфера их грядущего бытия. Эти категории существуют не просто „где-то там“, словно далекие планеты; их не требуется познавать рассудком и путем многократных наблюдений. Мы несем законы пространства и времени в самих себе и, следовательно, изначально охватываем умом Вселенную».

В описании экспериментов с Пассажиром и Наблюдателем в главе 7 я кратко перечислил несколько имеющихся в мозге механизмов, предназначенных для определения абсолютного положения индивидуума в пространстве, а также другие нейрофизиологические способы вычисления относительных пространственных координат, таких как расстояние до вознаграждения или между представителями одной социальной группы. За несколько последних десятилетий исследований мозга такие фундаментальные нейронные механизмы были обнаружены у млекопитающих и приматов, но, очевидно, они существовали и у наших предков гоминидов миллионы лет назад. Однако представление о пространстве с точки зрения человеческого мозга очень сильно расширилось с момента появления Homo sapiens. По-видимому, в качестве одного из первых факторов, вызвавших расширение представлений Homo sapiens о пространстве, следует рассматривать миграцию, приведшую наших предков из Африки сначала в Европу, Левант и Азию, а затем и во все другие уголки планеты. Однако исторические записи об этих первых героических экспедициях нашего рода сохранились лишь в виде долгосрочной биологической памяти наших предков, поскольку в то время еще не было изобретено никакого искусственного носителя, пригодного для того, чтобы вести дневник этих древнейших путешествий.

В эпоху верхнего палеолита использование людьми подземных пещер для выражения новообретенной творческой способности также способствовало значительному развитию ментального представления о пространстве, поскольку, по мнению некоторых специалистов, наши предки верили, что подземелья относились к совершенно иному пространственному измерению, встроенному в глубины их собственного разума для обустройства территории для загробной жизни.

Позднее, когда нашим главным вдохновителем стали небеса, человеческое представление о пространстве вышло за пределы поверхности Земли и достигло небесных тел, хотя в те времена никто не представлял себе форму нашей планеты и расположение ее гипотетических границ.

К моменту появления первых постоянных поселений людей в эпоху неолита пространство в виде земельных территорий стало восприниматься как способ установления социальных разграничений между сообществами, а позднее — как способ расширения владений королевств и королей. Территориальная экспансия за счет войн и захвата, а также интенсивное строительство, использование новых знаний придворных инженеров и архитекторов стало для древних цивилизаций способом достижения доминирующего положения над собственным народом и соседними владениями. Пространство стало достоянием — условной валютой, обеспечивавшей социальную, экономическую и государственную власть тем, кто его завоевывал, занимал и перекраивал.

Еще один важный сдвиг произошел тысячи лет спустя, когда пространство впервые начали описывать с помощью математических терминов. Этот невероятный ментальный подвиг был совершен благодаря изобретению геометрии («измерению земли» по-древнегречески) Эвклидом — греческим математиком, жившим в портовом городе Александрии, в Египте, где-то в конце IV и начале III столетия до н. э. Классический многотомный учебник геометрии Эвклида «Элементы», вероятно, созданный под влиянием вавилонских текстов, содержал математическую формулировку пространства, которая считалась единственно верной и возможной на протяжении последующих двенадцати столетий, покуда немецкий математик Георг Фридрих Бернхард Риман из Университета Гёттингена (это Мекка немецких математиков) в середине 1800-х годов не предложил свою версию неевклидовой геометрии. Риманова геометрия, оперирующая многомерными гладкими многообразиями, была извлечена из академического забытья примерно через полстолетия после того, как ее впервые описал не кто иной, как Альберт Эйнштейн, который использовал это новое видение многомерного пространства для формулировки общей теории относительности.

Но прежде чем мозг Эйнштейна дал жизнь вселенной, в которой пространство и время сливаются в пространственно-временной континуум, другие революции повлияли на представления людей о пространстве, расширив его диапазон и охват от крохотного до бесконечно большого.

Опять-таки важнейшую роль здесь сыграли изменения ментальных абстракций, направлявшие переход от Средневековья к эпохе Возрождения в Европе — на сей раз в процессе расширения и нового определения пространства. Это глубокое изменение, вновь поставившее человечество в центр доминирующих космологических взглядов, также изменило восприятие пространства простыми людьми и, как часто случается в истории, его отражение в искусстве, особенно в живописи. И вновь я обращаюсь к словам Льюиса Мамфорда, чтобы подчеркнуть, насколько важный сдвиг в представлении о пространстве произошел при этом переходе. «В Средние века пространственные отношения обычно выражали в виде символов и значений. Самым высоким предметом в городе был церковный шпиль, указывавший в небеса и возвышавшийся надо всеми более низкими строениями, поскольку церковь доминировала над надеждами и страхами. Пространство разделяли произвольно, чтобы представить семь добродетелей, или двенадцать апостолов, или десять заповедей, или Троицу. Без постоянного символического указания на сказки и мифы христианства смысл средневекового пространства распался бы».

Это объясняет, почему в средневековой живописи размер персонажей выбирали таким образом, чтобы отразить разные уровни социальной значимости в группе. Сегодня некоторые из этих картин производят странное впечатление: эквивалентные человеческие тела, которые следовало бы изобразить одинаковыми по размеру в одном и том же визуальном ракурсе, нарисованы совсем разными, если, к примеру, один из этих персонажей является святым или как-то еще напрямую относится к церкви. Сочетая в живописи сцены из жизни Христа, произошедшие сотни лет назад, с картинами собственной современности, средневековые художники не стеснялись объединять в одном пространстве многочисленные временные эпохи. В качестве примера этой тенденции Мамфорд приводит картину Боттичелли «Три чуда святого Зиновия», на которой в одной городской сцене соединены три момента времени. Обобщая это средневековое видение пространства, в котором предметы могут появляться и исчезать на сцене без какой-либо логики или изображаться в неуклюжем или даже физически невозможном состоянии, Мамфорд заключает: «В этом символическом мире пространства и времени все было либо таинственным, либо чудесным. Связующая нить между событиями была космического и религиозного порядка; истинный порядок пространства [устанавливали] небеса, а истинный порядок времени — вечность».

Мощный удар, потрясший эту художественную традицию изображения пространства, а также другие тысячелетние средневековые установки, стал непосредственным следствием триумфа новой ментальной абстракции, которую вполне можно привести в качестве еще одного примера важнейшей революции в истории человеческого разума. После первого краткого эпизода в Греции V века до н. э. следующее восхождение обычного человека в центр человеческой вселенной произошло в Европе в период от XIV до XVII веков н. э. Среди прочего это героическое возрождение человеческого существа (уже не нераскаявшегося грешника, а главного действующего лица в центре вселенной) подразумевало необходимость пространственного переформирования представлений о мире природы. С этого времени пространство перестало восприниматься и представляться просто в качестве довеска к божественному порядку. Вместо этого мир стали изображать с точки зрения человеческого глаза. В этом новом контексте открытие принципов перспективы и их применение в создании совершенно новой школы живописи в Италии дало начало визуальной проекции (в цветном выражении) нового мирового порядка — того, который воспринимается и заполняется человеческим мозгом. Теперь собственная точка зрения мозга направляла руку художника, использовавшего контрастные цвета и оттенки для создания аналогового изображения окружающего мира. После почти тысячелетнего заключения внутри человеческого мозга этот новый взгляд на вещи наконец-то был освобожден и распространился среди сотен или даже тысяч людских умов, синхронизировав их в мозгосети за счет объединяющей и коллективной творческой работы и смелости и дав начало явлению, которое мы называем итальянским Возрождением. По оценкам Мамфорда, «между четырнадцатым и семнадцатым веком в Западной Европе произошло революционное изменение в концепции пространства. Пространство в качестве иерархии ценностей было заменено пространством в качестве системы величин… Тела не существовали отдельно, как абсолютные величины: они были скоординированы с другими телами внутри одного и того же поля зрения и созданы в масштабе. Для достижения этого масштаба необходимо точное отображение самого объекта — абсолютное соответствие картины и ее изображения… Новый интерес к перспективе дал глубину картинам и расстояние уму».

В качестве нового центра мироздания люди перестроили мир вокруг себя и раскрасили его — вначале у себя в голове, а затем на полотнах, которыми мы восхищаемся до сих пор. Разглядывая некоторые шедевры этого периода, можно какое-то время просто смотреть и изумляться тому, на что были способны умы и руки гениев Возрождения.

Чтобы дополнительно подтвердить эту независимость от небес, давайте отвлечемся от обсуждения искусства Возрождения и сконцентрируем внимание на совершенно другом жанре — на картографии. Основываясь на работах греческих и мусульманских картографов прошлого, к 1496 году картографы уже чертили карты под влиянием нового представления о пространстве, зародившегося в эпоху Возрождения. После изобретения широты и долготы все известные места на Земле получили точную двумерную локализацию. Новое поколение карт и новые инструменты для навигации в открытом океане (астролябии, эфемериды, компас и посох Иакова — предшественник секстанта XVIII столетия) способствовали тому, что в XV и XVI веках первые португальские и испанские мореплаватели положили начало великой эпохе морских исследований, создав еще один стимул для распространения идей Возрождения о пространстве. Внезапно после столетий религиозного покаяния на твердой земле Западной Европы исследование широчайших и совершенно неизведанных тогда пространств и границ мировых океанов и скрытых в них богатств стало главной страстью европейских властелинов и авантюристов, чьи имена известны и по сей день (учитывая героический размах их путешествий, а также, как сказали бы некоторые, их преступлений). Иногда эти европейские экспедиции, посланные Богом и судьбой в неизведанные пространства Земли, становились причиной чудовищного геноцида местного населения в самых разных частях света. Однако, не забывая об этих ужасных и трагических событиях, следует сказать, что такие люди, как Колумб, Васко да Гама, Педру Алвариш Кабрал, Америго Веспуччи, Эрнан Кортес, Франсиско Писарро и Фердинанд Магеллан, своими свершениями произвели революцию в коллективном средневековом ментальном представлении о том, что в действительности представляло собой пространство Земли. Не стоит удивляться, что новые территории, которые открыли Веспуччи, Колумб и Педру Алвариш Кабрал, стали называть Новым Светом. Исчезли средневековые представления европейцев о Земле, а открытие Америк фактически было сродни обнаружению новой экзопланеты из далекой звездной системы в XXI веке.

Эти новые территории были настолько чуждыми нашим предкам, что европейские дворы были глубоко потрясены открытием невероятного разнообразия животных, растений и источников пищи Нового Света, не говоря уже о его обитателях и их культуре. Однако этот шок был скомпенсирован фантастическим количеством золота, серебра и драгоценных камней, которые их посланцы извлекали из новых владений и доставляли своим королям и королевам.

Для королевств XVI столетия деньгами было пространство Нового Света, а не время.

Если говорить о человеческом восприятии пространства, две сотни лет от середины XV до середины XVII столетия можно назвать довольно беспокойными. Если открытие Нового Света — недостаточно удивительное событие, то уж мозгосети, возникшие за счет синхронизации идей и открытий, сделанных благодаря уникальным умам Николая Коперника, Иоганна Кеплера, Галилео Галилея, Исаака Ньютона, Роберта Гука и Антони ван Левенгука, среди многих других, почти наверняка внесли вклад в один из самых мощных взрывов сверхновых звезд в концепции пространства за всю историю человечества. Вообще говоря, соперничать с ним может только расширение пространства между концом XIX и серединой XX века, вызванное появлением общей теории относительности Эйнштейна и квантовой механики.

Вклад этих мозгосетей XV–XVII веков начал материализовываться, когда Николай Коперник (1473–1543) переехал из своей родной Польши в Италию и стал работать в Университете Болоньи, где — в результате одного из самых забавных поворотов истории — позднее был удостоен докторской степени по, как ни уморительно, каноническому праву. В первые десятилетия своей жизни Коперник вел астрономические наблюдения. Анализируя собственные данные и активно изучая труды греческих и арабских астрономов, Коперник начал находить серьезные дефекты в классической модели Солнечной системы, предложенной Птолемеем около 100 года н. э., в рамках которой неподвижная Земля занимала центральное положение не только в Солнечной системе, но и во всей Вселенной. Хотя обычно автором этой геоцентрической модели считают именно Птолемея, на самом деле она представляет собой усовершенствованную версию аналогичной модели, созданной в Греции астрономами, жившими несколькими столетиями ранее. Несмотря на кажущийся консенсус, другие греческие астрономы, такие как великий Аристарх из Александрии, оспаривали идею о центральном положении Земли во Вселенной. Эти сомнения отразились в записях и, вероятно, дожили до времен Коперника.

В геоцентрической модели Птолемея все звезды, планеты Солнечной системы, Луна и само Солнце вращаются вокруг неподвижной Земли. Пять столетий назад дискуссия об истинном положении Земли во Вселенной несла глубокий политический и религиозный подтекст, особенно для тех организаций, чье выживание зависело от постоянного и неоспоримого господства главных ментальных абстракций, давших начало Средневековью. Дело в том, что для средневекового общества Западной Европы особое пространственное положение Земли в эпицентре Вселенной было больше чем абстрактным астрономическим или научным вопросом; оно составляло однозначное доказательство справедливости двух самых заветных догм того времени: уникальности человечества в качестве любимого творения Бога и неоспоримой заявки католической церкви (а также ее представителей — армии кардиналов, епископов, монахов и священников) на роль единственного истинного представителя Бога на земле. В этом контексте геоцентрическая модель Вселенной, предложенная Птолемеем, для католической церкви являлась очень мощным инструментом власти, которую она упорно и жестко защищала до последнего, вне зависимости от того, сколько человеческих страданий и даже смертей это вызывало.

Сегодня нам легко с пренебрежением относиться к этому провинциальному геоцентрическому представлению о Вселенной, но нужно понимать, что на протяжении большей части временного отрезка длительностью в пятнадцать столетий моделью Птолемея постоянно пользовались для создания множества удивительно точных астрономических предсказаний движения планет. Как пишет физик Ли Смолин в книге «Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего», принимая концепцию эпициклов и используя некоторые усовершенствования, введенные арабскими астрономами, на основании модели Птолемея удавалось предсказать расположение планет, Солнца и Луны с минимальной ошибкой порядка 0,1 % — один к тысяче!

Примерно на сорока страницах своей монографии, озаглавленной Commentariolus («Небольшие комментарии»), которая никогда не была издана официально, но была известна среди широкого круга ученых в начале XVI столетия, Коперник изложил некую преамбулу к тому, что впоследствии стало его главным и долгосрочным вкладом в науку — к трактату De revolutionibus orbium coelestium («Об обращении небесных сфер»), опубликованному незадолго до его смерти в 1543 году. В этой работе в одном гениальном порыве, основанном на полувековых исследованиях, Коперник вытеснил из центра вселенной Землю со всеми живущими на ней людьми, животными, горами, океанами, пустынями, Старым и Новым Светом, а также с католической церковью и ее бюрократией. На ее место Коперник поместил Солнце, вблизи которого он расположил новый центр мироздания. В этой новой конфигурации Земля совершала полный оборот вокруг Солнца примерно за год по григорианскому календарю. Суточное вращение Земли определяло переживаемую всеми нами смену дня и ночи. Также Коперник установил, что по сравнению с расстоянием от Земли до звезд ее расстояние до Солнца является микроскопическим.

Коперник не дожил до того, чтобы узнать, насколько глубоким и всепроникающим окажется влияние его гелиоцентрической модели и сколь жесткой будет реакция на нее со стороны католической церкви. Обобщая потрясение, вызванное трудами Коперника и его последователей, Джозеф Кэмпбелл писал: «Коперник предложил вселенную, которую обычным глазом не увидеть и можно созерцать только мысленным взором, — математическая, совершенно незримая конструкция, способная заинтересовать разве что астрономов. Для прочих представителей рода человеческого, чье зрение и чувства по-прежнему были прикованы к Земле, такое мироздание оставалось невидимым и неосязаемым».

И все же гелиоцентрическая модель победила, несмотря на страшную жертву, принесенную многими из тех, кто отстаивал ее перед лицом геоцентрической догмы, принятой церковью. Судьба итальянского монаха доминиканского ордена и последователя Коперника Джордано Бруно, осмелившегося предположить, что звезды — это далекие солнца, вокруг которых вращались планеты, подобные Земле, представляет собой самый известный пример реакции церкви на новую космологическую модель Коперника. За все свои «ереси» Бруно подвергся пыткам святой инквизиции и был приговорен к смерти. В 1600 году, в период самого расцвета итальянского Возрождения, он был сожжен на костре заживо в наказание за свои «преступления».

Перехвативший эстафетную палочку у Коперника немецкий астроном Иоганн Кеплер внес следующий важный вклад в расширение человеческих представлений о пространстве. Используя методичные наблюдения, тщательно проделанные последним великим астрономом в человеческой истории до появления телескопов датчанином Тихо Браге, Кеплер приложил все свои силы, чтобы учесть небольшие расхождения, возникающие при использовании модели Птолемея для расчета орбиты Марса. Из этой небольшой ошибки в предсказаниях модели Птолемея Кеплер смог вывести совершенно новую ментальную абстракцию о вращении планет вокруг Солнца, сформулированную математическим языком. На основании им же сформулированных законов движения планет он показал, что все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца по эллиптическим (а не круговым) орбитам.

Но вклад Кеплера гораздо глубже, чем может показаться. Своей работой он распространил самую успешную ментальную абстракцию пространства своего времени — эвклидову геометрию — на небеса. А это, в свою очередь, наделило гелиоцентрическую модель Коперника гораздо большей степенью математической точности, чем у самого Коперника, который для учета недостаточной кругообразности орбиты Марса использовал эпициклы. Элегантное решение Кеплера также послужило опорой для работ двух других гениев — Галилео Галилея и Исаака Ньютона.

Галилео Галилея считают создателем многих областей экспериментальной физики, включая инструментальную наблюдательную астрономию. Его же разум породил основу метода исследований, который и по сей день определяет процедуру научного поиска — так называемого научного метода. Его прорывные исследования Млечного Пути, природных спутников Юпитера, фаз Венеры, солнечных пятен, кратеров и гор на Луне стали возможны благодаря использованию телескопа — одного из двух мощнейших новых инструментов для освоения пространства, созданных в эпоху Возрождения. Как и его аналог микроскоп (1595), телескоп (1608) был введен в употребление благодаря усовершенствованию производства линз. Как и многие другие примеры в истории технологии, производство линз оказалось подстегнуто успехами предыдущих столетий: речь идет о значительном увеличении объемов выпуска стекла в XII и XIII веках из-за неснижавшегося спроса на цветные витражи для украшения всех европейских церквей. С организацией в XIII веке стекольных работ в Мурано, неподалеку от Венеции, итальянское Возрождение поспособствовало развитию технологии, навсегда изменившей исследования в разных пространственных масштабах: от очень крупных и далеких объектов до очень маленьких и близких — никогда ранее не исследованное пространство стало доступным для наблюдения, осмысления и удивления.

Появление микроскопа расширило пределы видимого пространства до микрометрового диапазона (1 мкм = 10^–6 м). В этом микроскопическом мире Роберт Гук обнаружил, идентифицировал и назвал ключевую функциональную единицу тканей животных и растений — клетку. В 1665 году Роберт Гук описал это и другие открытия в работе «Микрография». Прочитав книгу Гука, голландский торговец без школьного и формального научного образования Антони ван Левенгук решил научиться делать линзы и смастерить собственный микроскоп. В результате этих усилий, подгоняемый исключительно интеллектуальным любопытством, с помощью своих микроскопов Левенгук открыл бактерии, обнаружив их в образце собственной слюны, а также большое разнообразие микроскопических паразитов и других форм жизни.

К изумлению всех своих современников, Гук, Левенгук и другие микроскописты вскоре доказали существование широчайшего микромира, такого же богатого и разнообразного, как и тот, что мы видим невооруженным глазом. А вскоре выяснилось, что мозг человека образован миллиардами микроскопических клеток, которые назвали нейронами.

Глядя в противоположном направлении — в небеса, Галилео использовал телескоп для астрономических наблюдений за планетами, Солнцем и далекими звездами, и его поддержка идеи Джордано Бруно о том, что эти звезды и впрямь похожи на наше Солнце (все они — примеры небесных «топок»), еще больше расширила человеческие представления о небесном пространстве — до тех пределов, которых достигал вооруженный телескопом человеческий глаз. Современник Галилео Кеплер и сам Галилей говорили о том, что постижение вселенной доступно для человека, особенно с помощью возникшей к XVII веку ментальной абстракции, на которую полагался Кеплер, т. е. математики — шифрованного символического языка, который с тех пор используется для описания всего, что существует вокруг и внутри нас.

Показав, что все предметы вне зависимости от того, легкие они или тяжелые, падают на землю с одинаковым ускорением по одной и той же кривой — параболе, которую можно описать простым математическим уравнением, Галилео выдвинул предположение о том, что законы, выведенные на поверхности Земли с помощью абстрактного математического мышления и изобретательности, применимы и к гораздо более обширным пространствам вселенной. Большинство людей этого не осознавали, но тогда космос расширился на много порядков, по крайней мере в представлениях Галилео.

В день смерти Галилео родился человек, которому предстояло сделать решающий шаг в выполнении одного важного аспекта исходной исследовательской программы Галилея, а именно — трансформировать математические абстракции и объекты, выведенные исключительно за счет внутренней электромагнитной динамики человеческого мозга, в законы, применимые ко всему космическому пространству. Исаак Ньютон — еще один выдающийся представитель этой мозгосети, навсегда изменившей человеческое ощущение пространства, который вывел человеческий разум на ранее невиданные просторы, в широчайшее царство известной и неизвестной вселенной со скрытыми и по сей день пределами, и сделал он это с помощью понятия гравитации.

Трудно определить истинный масштаб интеллектуальных достижений Ньютона. На протяжении двух столетий после формулировки Ньютоном теории гравитации она оставалась первым и единственным описанием фундаментальной силы природы, способной действовать на расстоянии, всегда и везде следуя одному и тому же принципу. Тот факт, что такое потрясающее открытие было выражено одной простой формулой, стал для многих поколений первым примером героического триумфа человеческого рационального мышления над мистицизмом. В то время физика Ньютона стала этакой самодвижущейся ракетой, выведшей своей тягой материализм на доминирующую философскую позицию, которую он и поныне занимает в науке.

Одна из великих догадок Ньютона, а также его достижения в значительном развитии идей Галилея основаны на понимании того, что «движение по орбите есть форма падения». Поняв этот принцип, Ньютон преуспел в обобщении наблюдений Галилея относительно падения предметов на Земле и законов Кеплера о движении планет в единую элегантную теорию гравитации.

Но модель Ньютона выдала намного больше предсказаний и даже условий относительно поведения вселенной. Для начала во вселенной Ньютона пространство было абсолютной заданной сущностью, не требовавшей объяснения в плане происхождения, природы или поведения; оно просто существовало как некое свойство космоса и всего, что в нем содержится, включая нас. Такой подход также подразумевал, что пространство было не меньшим благом для математиков, хотя они, согласно Ньютону, могли вообще не обращать на него внимания. Пространство существовало, чтобы поддерживать изумительную картину сил, действующих на предметы и вызывающих конкретное движение. И в таком случае нам следует просто дать ему возможность делать свое дело спокойно и анонимно, не создавая нам каких-либо ненужных и раздражающих математических трудностей.

Возможно, еще более удивительным, чем вторичная значимость пространства, в представлениях Ньютона о вселенной было то, что и время вовсе не получило билет на небесное шоу. Все события, происходившие в космическом театре вселенной Ньютона, были полностью детерминистическими. Таким образом, зная начальные условия в системе и действующие на тело силы, с помощью законов движения Ньютона можно сразу предсказать все характеристики движения этого тела в будущем с помощью таких параметров, как ускорение, направление движения и общая траектория. Иными словами, если знать начальные условия в системе и силы и применить законы движения Ньютона, можно рассчитать следующее положение тела еще до того, как это тело туда попадет. Вот почему во вселенной Ньютона не бывает никаких сюрпризов; в ней нет места случайности; каждый шаг в будущее точно предсказан загодя, еще до наступления этого будущего. Используя вычислительную аналогию, которую я приводил в главе 6, можно сказать, что вселенная Ньютона похожа на машину Тьюринга — цифровой компьютер. Задайте входные данные и программу расчетов, и вы всегда будете получать один и тот же результат, и время на этот результат не влияет, поскольку его течение не меняет ни компьютерную программу, ни способ считывания компьютером исходных данных. Кроме того, как и в цифровом компьютере, во вселенной Ньютона можно обратить время вспять так же легко, как развернуться в другую сторону самому; исходя из определенного результата движения, путем обращения его направления и применения законов динамики, можно восстановить начальные условия, которые привели к этому конкретному перемещению.

Ньютоновское видение мира стали называть детерминизмом — убеждением, что все природные явления, включая наши человеческие намерения, задаются какой-то четко определенной причиной. Никто так не преуспел в выведении следствий из детерминистской философской ментальной схемы, основанной на главных аксиомах ньютоновской вселенной, как гениальный французский математик Пьер-Симон Лаплас, утверждавший, что «если бы [кто-то] знал точное положение и скорость всех атомов во вселенной, а также точное описание действующих на них сил, он мог бы совершенно однозначно предсказать будущее вселенной».

Ньютон был не одинок в таком подходе: модели вселенной Коперника, Кеплера и Галилея, по сути, исходили из одинаковых представлений об абсолютном пространстве и отсутствии времени.

Таким образом, во вселенной Ньютона наблюдателю не отводилось никакой роли. События происходили вне зависимости от того, наблюдали ли мы (или кто-то другой) за ними или нет.

В конце XIX века и на протяжении двух первых десятилетий XX века человечество пережило следующее расширение и обновление понятия пространства. Как и в XVII веке, понятие пространства вновь расширилось в двух основных направлениях: в сторону очень-очень больших величин (размер Вселенной описывается миллиардами световых лет) и, напротив, в сторону очень-очень маленьких (атомный мир описывается в нанометрах, 10^–9 м, и ангстремах, 10^–10 м). Для начала давайте кратко поговорим о расширении в сторону очень больших величин.

На протяжении двух первых десятилетий XX века революционные ментальные абстракции Альберта Эйнштейна легко вытеснили доминировавшее представление об относительном движении, пространстве и гравитации и при этом создали такую вселенную, которая совершенно очевидным образом отличалась от вселенной Исаака Ньютона. В опубликованной в 1905 году статье о специальной теории относительности Эйнштейн поместил в центр сцены наблюдателя с его точкой зрения. Он задался вопросом о том, могут ли два наблюдателя, находящиеся вдалеке друг от друга и движущиеся с определенными скоростями по отношению друг к другу, согласиться в одновременности двух событий, разделенных большим расстоянием. Поднимая этот вопрос, Эйнштейн в значительной степени находился под влиянием известного австрийского физика Эрнста Маха, который считал, что любое происходящее во вселенной движение является относительным. Иными словами, предметы движутся относительно друг друга, а не сами по себе. Гениальность Эйнштейна заключалась в осознании того, что при объединении представлений Маха об относительности движения с другим фундаментальным предположением — о постоянстве скорости света (постоянство скорости света подразумевает, что два наблюдателя, вне зависимости от разделяющего их расстояния, при измерении этой скорости получают одинаковое значение 186 282 миль/с, или 299 792 км/с) — ни время, ни расстояние нельзя более рассматривать в качестве абсолютных величин. Эта дилемма Эйнштейна вовсе не смутила: он просто отказался от ньютоновских представлений о времени и пространстве и предложил то, что Пол Хэлперн в книге «Играют ли коты в кости?» назвал «более пластичными версиями» этих исходных концепций. При этом Эйнштейн показал, что время и само суждение об одновременности событий, происходящих вдалеке друг от друга, являются относительными и неоднозначными.

Классический пример для иллюстрации специальной теории относительности Эйнштейна основан на взаимодействии двух наблюдателей, в роли которых выступают братья-близнецы. Один находится на борту космического корабля, движущегося почти со скоростью света вдалеке от Земли, где второй брат ожидает его возвращения. У обоих братьев есть часы, с помощью которых они могут отмечать истекшее время. В этих условиях, если бы оставшийся на Земле брат мог взглянуть на часы брата, находящегося внутри далекого и быстро движущегося корабля, он бы убедился, что там время идет медленнее, чем показывают его собственные часы на Земле. Такая «растяжимость времени», как стали называть это явление, означает, что вернувшийся на Землю космонавт обнаружит, что его брат на Земле состарился гораздо сильнее, чем он сам. Интересно, что с точки зрения мозга каждого из них время шло так же, как обычно, хотя один оставался на Земле, а второй путешествовал на космическом корабле.

Аналогичным образом, если бы оставшийся на Земле брат мог использовать чрезвычайно мощный телескоп и определить размер космического корабля второго брата, он бы обнаружил, что при перемещении со скоростью около скорости света его размер слегка уменьшился. Такое сокращение размера означает, что при приближении к скорости света сжимается само пространство!

Иными словами, специальная теория относительности Эйнштейна показывает, что определение одновременности двух событий — дело нетривиальное, поскольку два находящихся друг от друга на большом расстоянии наблюдателя, движущихся с разными скоростями, будут расходиться в оценках. Эта загадка не просто ставила под сомнение синхронность часов братьев-близнецов, но полностью разрушала идею о существовании во вселенной абсолютного времени. Еще большее беспокойство вызывало то, что специальная теория относительности Эйнштейна поднимала вопрос о возможности объективно оценить, имеют ли два события, происходящие вдалеке друг от друга, какую-либо причинную связь, т. е. приводит ли одно событие к другому. Вот как пишет Ли Смолин: «Следовательно, в той степени, в которой [специальная теория относительности] основана на истинных законах мироздания, Вселенная не обладает временем. Время не играет никакой роли по двум причинам: нет ничего соответствующего переживанию момента, и наиболее полным описанием истории является одновременное представление всех причинно-следственных связей. Эта картина истории на языке причинно-следственных связей созвучна представлениям Лейбница о Вселенной, согласно которым время полностью определяется соотношением между событиями. Причинно-следственные отношения — вот единственная реальность, соответствующая времени»[23].

Путем введения концепции вселенной без времени Эйнштейн завершил «государственный переворот», начатый его товарищами по мозгосети Галилеем и Ньютоном, предложив так называемую блок-вселенную, в которой время фактически рассматривается в качестве еще одного пространственного измерения. Этот переворот стал еще более ощутимым, когда в 1909 году, всего через четыре года после опубликования Эйнштейном своей теории, один из его бывших профессоров из Цюриха математик Герман Минковский предложил геометрическую формулировку специальной теории относительности Эйнштейна. Для этого Минковский соединил три традиционных измерения пространства со временем, создав четырехмерный пространственно-временной континуум, отвечающий за все перемещения во вселенной в геометрических терминах.

В мгновение ока одного математика швейцарская ментальная абстракция — пространственно-временной континуум — полностью удалила время из вселенной.

Ли Смолин приводит еще одну прекрасную метафору для описания произошедшего в общем контексте, цитируя знаменитого математика Германа Вейля, который так выразился о значении достижений Эйнштейна: «Объективный мир просто есть, в нем ничего не происходит. Лишь в моем сознании, движущемся параллельно с моим телом, фрагмент мира оживает как мимолетный образ в пространстве, постоянно изменяющийся во времени».

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 геометрией Римана, Эйнштейн делал все новые и новые открытия. Первой важной революцией, ставшей результатом его ментальной абстракции, было введение понятия о том, что основание вселенной — пространственно-временной континуум Минковского — является не жестким и фиксированным, а скорее динамическим. Это означает, что оно может изгибаться и складываться, способствуя распространению волн.

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 в предыдущей главе при описании рисунка 8.1, релятивистская теория мозга предлагает очень прямой ответ относительно тайны происхождения времени и пространства: они оба являются порождением человеческого мозга.

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.

У таких млекопитающих, как мы, циркадному ритму подчиняются многие физиологические процессы. К ним относятся, среди многих других, цикл сна и выделение гормонов. Поддержание таких циркадных колебаний определяется мозговыми часами — крохотным кластером нейронов гипоталамуса, называемым супрахиазматическим ядром, который создает и распространяет циркадные сигналы, в конечном итоге достигающие всего мозга и тела. Нейроны супрахиазматического ядра способны выполнять эту задачу, поскольку напрямую связаны с отростками клеток сетчатки животных, которые сообщают о наличии света в окружающей среде. Кроме того, некоторым нейронам супрахиазматического ядра свойствен 24-часовой цикл активности, который продолжается в полной темноте. В таком качестве супрахиазматические ядра и сети нейронов, получающие от них сигналы, вероятно, играли важную роль в возникновении представления о времени у наших предков. Однако тогда время считали непрерывным и менявшимся постепенно в соответствии с уровнем освещенности внешнего мира.

Существование в мозге этих древнейших циркадных часов — хороший пример для иллюстрации того, как сигналы из внешней среды (в данном случае вариации интенсивности солнечного света) могли использоваться человеческим мозгом для создания ощущения проходящего времени, которое нам всем так хорошо известно. На самом деле ощущение течения времени может создаваться нашим мозгом из любого постоянно меняющегося процесса — как во внешнем мире, так и у нас в голове. В последнем случае течение времени естественным образом воспринимается как непрерывное явление, поскольку связано в первую очередь с ментальными явлениями, требующими передачи гёделевской информации. К ним относятся наши эмоции и чувства, которые могут проявляться в ритме, в котором мы поем какую-то песню или читаем стихи. Это последнее проявление диктуется еще одной ментальной абстракцией — нашим эстетическим чувством. Поэтому не стоит удивляться тому, что время всегда занимает ключевое, хотя и непонятное место в большинстве наших научных теорий, созданных для объяснения событий, происходящих во внешнем мире.

История возникновения циркадных ритмов также помогает мне придать смысл всем историческим данным, описанным в начале главы, поскольку позволяет сказать, что часы и все другие искусственные инструменты отсчета времени могут влиять на нервную ткань, незаметно создавая у нас в голове ощущение течения времени. На самом деле, поскольку на протяжении столетий мы как вид жили под влиянием искусственных концепций секунд, минут или часов, каждый из нас способен почувствовать, что означает каждый из этих отрезков времени, хотя мы не осознаем, что это искусственные рамки, созданные человеческими технологиями и ментальными абстракциями, как мы обсуждали выше.

Как понятие времени было создано мозгом, так и создание представления о пространстве тоже можно приписать Истинному творцу всего. Говоря попросту, наше ощущение пространства — не что иное, как умозаключение мозга о том, что находится между предметами, которые мы идентифицируем и отделяем от фона в окружающем нас мире. В этом смысле нейрофизиологические механизмы формирования понятия пространства очень близки к тем, которые дают нашему мозгу способность собирать разнообразные сенсорные стимулы (тактильные, проприоцептивные, зрительные и т. д.) для создания ощущения самих себя и живого опыта нахождения в собственном теле, отделенном от окружающего мира.

Позвольте привести простой пример, который помогает выдвинуть гипотезу о том, каким образом человеческий мозг создает наше общее представление о пространстве. Пока я пишу эти строки, с помощью периферического зрения я вижу стоящий на столе стакан воды. Благодаря прорывным исследованиям, проведенным Гансом Гейгером и Эрнстом Марсденом в 1908–1913 годах в лаборатории новозеландского физика и лауреата Нобелевской премии Эрнеста Резерфорда в Университете Манчестера, мы знаем, что атомы в составе стекла и воды, которые я воспринимаю в виде раздельных и непрерывных сущностей, на самом деле образованы из крохотных тяжелых ядер, электронного облака и огромного количества пустого пространства. Это означает, что большая часть объема, занимаемого атомом, фактически не занята ничем. Классические эксперименты Гейгера — Марсдена выявили эту основополагающую структуру атомов, продемонстрировав, что при бомбардировке очень тонкой золотой фольги пучком альфа-частиц (ядер гелия, образованных двумя протонами и двумя нейтронами) большинство частиц проходят сквозь металл. Однако вы, я, а также все люди на Земле и все другие земные животные чувствуют, что стекло и вода занимают во внешнем мире определенное непрерывное трехмерное пространство. Когда мы смотрим на них, как я сейчас, мы не видим никаких признаков пустоты; мы видим лишь сплошную структуру, несмотря на гигантские пустоты в их строении на атомном уровне.

В рамках релятивистской теории мозга то, что мы называем пространством, по сути, является продуктом активности нашего мозга — ментальной абстракцией, созданной сетями нейронов, чтобы позволить нам осмыслить все то, что мы видим перед собой, в частности, расположение отдельных предметов по отношению друг к другу. Эмерджентное понятие пространства воспринимается легче, если мы способны признать, что на макроскопическом уровне конкретные ощущаемые нами свойства стекла и воды (т. е. жидкое состояние воды или гладкость поверхности стекла) нельзя распознать на основании свойств отдельных атомов или даже небольших групп атомов, образующих воду или стекло. Иными словами, при проекции атомных структур, существующих в их естественном нанометровом диапазоне, на макроскопический мир, в котором мы живем и чувствуем, мы воспринимаем свойства предметов (такие как «жидкое состояние» воды или «гладкость» стекла), которые невозможно вывести на основании даже самого тщательного описания индивидуальных атомов. Системы, в которых возникают такие эффекты, называют сложными, а структуры, возникающие в результате взаимодействия составляющих их элементов, называют эмерджентными свойствами. Поскольку наш мозг склонен создавать абстракции, он постоянно производит эмерджентные свойства, такие как жидкое состояние воды и гладкость стекла. Поэтому все то, что мы переживаем и испытываем в каждодневной жизни, является результатом или зависит от эмерджентных свойств, возникающих при интерпретации нашим мозгом потенциальной информации, поступающей к нам из таких сложных систем.

До сих пор мы говорили об общепринятых понятиях, таких как сложные системы и эмерджентные свойства, которые в 2019 году уже не вызывают серьезных разногласий, хотя, безусловно, не были такими общепринятыми еще в совсем недавнем прошлом. Глубоко и тщательно обдумав этот вопрос, я осознал, что наш мозг постоянно занят созданием эмерджентных свойств для построения непрерывной картины внешнего мира, которая была бы для нас осмысленной. Рассуждая на эту тему, я задумался о том, как эмерджентные свойства могли быть пережиты впервые без таких наблюдателей, как мы, мозг которых активно пытается придать смысл внешнему миру, чтобы повысить шансы на выживание. Давайте воспользуемся метафорой, исходно предложенной физиком Джулианом Барбуром в книге «Конец времени» для иллюстрации центральной идеи его теории космологии без времени, и рассмотрим еще один конкретный пример — кошку. На квантовом уровне кошка есть не что иное, как огромный набор атомов, расположенных в определенном и довольно сложном молекулярном порядке. Время от времени этот гигантский набор атомов принимает разные состояния или конфигурации, которые в атомном масштабе не имеют большого смысла. Однако для нас в качестве наблюдателей (и, вероятно, для несчастной мыши) кошка — совершенно определенное существо: живой и дышащий организм, который мы воспринимаем в качестве непрерывной сущности, способной прыгать, бегать, царапаться, а иногда спокойно сидеть у нас на коленях и одаривать нас невероятной привилегией ее гладить. Это при условии, если мы хорошо себя ведем.

Подумав об этой метафоре, сначала я решил, что объяснить, почему мы не ощущаем пустого пространства, когда смотрим на массу атомов, образующих стакан воды или кошку, а воспринимаем предметы непрерывными на макроскопическом уровне, можно на примере гипотетического механизма, посредством которого человеческий мозг, особенно наша зрительная система, реагирует на неожиданную прерывистость в объектах внешнего мира. Общее нейрофизиологическое явление, связанное с этой непрерывностью восприятия, называют зрительным заполнением. Чтобы понять, что это такое, вспомним мой любимый афоризм: мы видим до того, как смотрим. Я имею в виду, что для предсказания того, что мы увидим в следующий момент, наш релятивистский мозг всегда основывается на своей внутренней модели мира. Феномен зрительного заполнения (рис. 9.1) прекрасно иллюстрирует это фундаментальное свойство. Хотя на рисунке 9.1 не нарисован белый треугольник, наш мозг создает соответствующий ему образ, объединяя пустое пространство, образованное в результате специфического расположения разомкнутых кругов и черных треугольников. У пациентов с повреждениями сетчатки реализуется аналогичный феномен заполнения. Это объясняет, почему иногда они совершенно не осознают наличия у себя даже значительного зрительного дефицита, пока не пройдут осмотр у офтальмолога, не врежутся в дверной косяк или не побьют машину, пытаясь заехать в гараж. В этом суть заполнения; мозг фактически заполняет пустое пространство (так называемую скотому, вызванную повреждением сетчатки) с помощью соседних элементов.

Рис. 9.1. Явление зрительного заполнения (рисунок Кустодио Роса).

Заполнение также происходит и в других сенсорных путях, что означает, что это общая стратегия мозга для осмысления сценариев, в которых ему недостает некоторой информации. Таким образом, по той же причине, по которой для нашего мозга в мире не должно быть «дыры» от слепого пятна, мы также «восполняем» слова в разговоре, когда слышим лишь частичные или прерванные фразы. Благодаря тому же механизму последовательности отдельных тактильных возбуждений кожи, происходящих с определенной частотой, могут восприниматься как непрерывное прикосновение к руке. В рамках релятивистской теории мозга явление заполнения, которое, по-видимому, происходит на уровне коры, представляет собой еще один пример способности электромагнитных полей нейронов вызывать массивную синхронизацию нейронов, создающую непрерывное аналоговое описание внешнего мира.

Из всего этого следует, что генерализация явления заполнения в мозге дает эволюционное преимущество за счет обеспечения оптимального восприятия внешнего мира при наличии локальных «дыр» в информации, поставляемой рецепторами с периферии тела. Случайно, как раз в тот момент, когда я печатал этот абзац, я наблюдал на собственном примере яркую демонстрацию возможной роли зрительного заполнения. Поскольку мой взгляд был сосредоточен на экране компьютера, я лишь периферическим зрением левого глаза различал стоявший на подставке рядом на столе айпад. Вдруг я подпрыгнул в кресле, поскольку абсолютно отчетливо почувствовал, что ко мне по столу приближается таракан. Выяснилось, что мнимым тараканом оказалось не что иное, как коричневая сфера, двигавшаяся в горизонтальном направлении на рекламной полосе, вспыхнувшей на экране планшета. Благодаря явлению заполнения мой мозг превратил эту бессмысленную коричневую сферу в потенциальную угрозу — таракана Северной Каролины — и заставил меня отскочить с его пути.

Я предполагаю, что зрительное заполнение имеет отношение к тому, каким образом мы на макроскопическом уровне воспринимаем непрерывными вещи, являющиеся прерывистыми на квантовом. Иными словами, если бы не наш мозг, проекции квантового мира в нашем мире не воспринимались бы в виде непрерывных предметов. Однако, чтобы полностью разъяснить, как именно это происходит, нужно предложить механизм, с помощью которого зрительная система обучается анализировать непрерывность предметов (и использовать полученные данные в качестве основного эталона или обычного стандарта) и затем старается воспроизводить его на протяжении всей жизни вне зависимости от уровня прерывистости той или иной сцены или предмета. Я считаю, что эта способность нашего мозга сформировалась в целом в ходе долгого пройденного нами эволюционного пути, но также что она формируется у каждого конкретного человека в процессе длительного постнатального развития. Я предполагаю, что в последнем случае для калибровки нашего зрительного восприятия используются другие сенсорные возможности, особенно тактильные (и наоборот), так что в результате перебора наш мозг приходит к окончательному решению воспринимать предметы непрерывными. В этом контексте уместно напомнить, что на самом деле мы никогда ни до чего не дотрагиваемся. Согласно принципу запрета Паули и из-за того, что электроны на поверхности любого предмета отталкивают электроны на поверхности нашего тела (отрицательные заряды отталкиваются), кончики наших пальцев приближаются к поверхности любого предмета на микроскопически малое расстояние, но никогда ее не касаются. Возможно, одна из самых забавных сторон сенсорной нейробиологии заключается в том, что все наши тактильные ощущения — лишь результат электромагнитного отталкивания.

В ходе раннего постнатального развития наш мозг, помимо мультимодальной калибровки, вероятно, также подвергается влиянию множества социальных воздействий, помогающих каждому из нас обучаться согласованной модели ожидания в восприятии внешнего мира. Разговаривая с маленькими детьми и обучая их разным аспектам жизни («Осторожнее с горячей водой», «Не бери нож за лезвие»), матери, вероятно, помогают мозгу ребенка консолидировать определенную модель восприятия различных предметов. В совокупности все эти механизмы (эволюция, мультимодальная калибровка и постнатальный социальный консенсус), вероятно, отвечают за то, как наш мозг генерирует такие эмерджентные свойства, которые позволяют нам ощущать твердыми и непрерывными предметы, которые на атомарном уровне в основном состоят из пустоты.

Если развить эту гипотезу чуть дальше, не так уж сложно представить себе, что самые примитивные представления о пространстве и времени, какими мы их ощущаем, также можно считать эмерджентными свойствами, производимыми нашим мозгом с помощью аналогичной, но несколько расширенной версии явления заполнения. На сегодняшний день наилучшие подтверждения данной гипотезы получены от людей, находившихся под влиянием галлюциногенных веществ. Так, хорошо известно, что некоторые люди под воздействием ЛСД заявляют, что окружающее их пространство внезапно становится каким-то жидким. Мой любимый классический пример я впервые услышал много лет назад, когда учился на медицинском факультете. Это был рассказ об одном человеке, который через несколько минут после употребления ЛСД внезапно решил нырнуть в довольно твердый бетонный тротуар, приняв его за бассейн. В своей книге «Двери восприятия» Олдос Хаксли подробно описывает, что он почувствовал через полчаса после приема небольшой дозы мескалина[24]. Когда его спросили, как он воспринимал окружавшее его пространство, Хаксли сообщил: «На это было трудно ответить. Да, перспектива выглядела довольно странно, и стены комнаты, казалось, уже не смыкались под прямыми углами. Но эти факты были на самом деле не важны. В действительности важным фактом было то, что пространственные отношения перестали иметь большое значение и что мой ум воспринимал мир в иных категориях, нежели пространственные. В обычное время глаз занимает себя такими проблемами, как: Где? — Насколько далеко? — Как и относительно чего располагается? Под воздействием мескалина подразумеваемые вопросы, на которые отвечает глаз, — иного порядка. Место и расстояние прекращают представлять какой-либо интерес»[25].

Когда Хаксли попросили описать мебель в комнате, вот как он рассказал о пространственных связях между столиком для печатной машинки, плетеным креслом и стоящим за креслом рабочим столом: «Три эти предмета образовывали причудливый узор горизонталей, вертикалей и диагоналей — узор тем более интересный, что его нельзя было передать терминами пространственных отношений. Столик и письменный стол объединялись в композицию, напоминавшую что-то из Брака [а также Пабло Пикассо, одного из создателей кубизма] или Хуана Гриса, — натюрморт, узнаваемо соотносимый с объективным миром, но переданный без глубины, без какой бы то ни было претензии на фотографический реализм».

Когда Хаксли спросили о восприятии времени, он был еще более категоричен: «Его, кажется, очень много… Много, но сколько точно — совершенно неважно. Я, конечно, мог бы посмотреть на часы; но я знал, что мои часы находятся в другой вселенной. В действительности и до того, и в тот момент я воспринимал или неопределенную длительность, или нескончаемое настоящее, сделанные из одного, непрерывно меняющегося, апокалипсиса».

Позднее, вспоминая о своем очень необычном опыте, Хаксли заключал: «Однако поскольку мы — животные, наша задача — во что бы то ни стало выжить. Для того чтобы сделать биологическое выживание возможным, поток Всего Разума должен быть направлен через редуцирующий клапан мозга и нервной системы. То, что выходит с другого конца, — жалкий ручеек того сознания, которое поможет нам остаться в живых на поверхности данной планеты».

Большинство людей на основании такой информации, как свидетельства Хаксли, делают вывод, что при объяснении пространства и времени с учетом роли мозга мы лишь меняем способ восприятия, подразумевая при этом, что пространство и время — все же некие реальные сущности из окружающего мира. Такова на сегодняшний день основная общепринятая точка зрения. Я готов поспорить с такой интерпретацией. По сути, моя гипотеза предполагает, что пространство и время, напротив, являются как раз таки ментальными абстракциями, созданными нашим мозгом посредством нейрофизиологических механизмов, к числу которых относится заполнение. Это в значительной степени напоминает идею, впервые выдвинутую немецким эрудитом Готфридом Вильгельмом Лейбницом (главным соперником Исаака Ньютона), который еще в XVII веке утверждал, что пространство следует рассматривать не как сущность, но как эмерджентное свойство, вытекающее из установившихся между предметами взаимосвязей. Некоторые философы предлагали в аналогичном ключе рассматривать и понятие времени, о чем писал в своей книге Ли Смолин.

Я считаю, что особые ощущения времени и пространства входят в состав «набора», который должен создавать наш мозг, чтобы оптимизировать наши шансы на выживание. Однако, как свидетельствует Хаксли и многие другие, тонкая структура этого сформированного мозгом пространственно-временного континуума очень легко разрушается.

Я подозреваю, что теперь вы задаете себе вопрос, что же в таком случае можно сказать о стреле времени Пригожина или о том, что природа, неотступно соблюдая второй закон термодинамики, обеспечивает направляющий сигнал, из которого возникает время? Однако одно дело иметь потенциальные природные часы, и совсем другое дело — извлекать из них время. Я считаю, что для материализации и восприятия времени требуется наблюдатель (точнее, мозг наблюдателя). Более того, согласно знаменитой теореме Анри Пуанкаре о возвращении, через какой-то очень длительный, но конечный отрезок времени динамическая система, принявшая некую специфическую конфигурацию, может вернуться в исходное состояние. В таком контексте через очень-очень большой отрезок времени, когда система вернется в исходное состояние, потенциальная стрела времени Пригожина может просто исчезнуть.