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

Глава 10 Истинное происхождение математического описания Вселенной

Представив свои гипотезы о формировании понятий пространства и времени на основании активности мозга, я могу теперь двинуться дальше и описать еще одну важную ментальную абстракцию, использованную Истинным творцом всего для построения ясного описания реальности и внешнего мира. Чтобы приступить к рассказу, я должен поставить фундаментальный вопрос: откуда взялась математика?

Вообще говоря, этот вопрос находится в центре еще одного знаменитого исследования, которое занимало не только Альберта Эйнштейна, но и нескольких лучших математиков XX столетия. Например, в докладе в цикле лекций Рихарда Куранта по математическим наукам в Университете Нью-Йорка математик и лауреат Нобелевской премии по физике Юджин Вигнер упомянул о «необоснованной эффективности» математики в объяснении внешнего мира. В корне этой проблемы — повторяющееся на протяжении четырех с лишним последних столетий подтверждение того факта, что математические задачи и формулировки, как мы видели выше, с высокой точностью описывают природные явления в окружающем нас мире. Многократные проверки этого заявления вызывали удивление многих самых блестящих умов, внесших вклад в квантовую революцию, о чем свидетельствует еще одно замечательное выражение Вигнера, упомянутое Марио Ливио в книге «Был ли Бог математиком?»: «Математический язык удивительно хорошо приспособлен для формулировки физических законов. Это чудесный дар, который мы не понимаем и которого не заслуживаем. Нам остается лишь благодарить за него судьбу и надеяться, что и в своих будущих исследованиях мы сможем по-прежнему пользоваться им. Мы думаем, что сфера его применимости (хорошо это или плохо) будет непрерывно возрастать, принося нам не только радость, но и новые головоломные проблемы»[26].

В рамках мозгоцентрической космологии, чтобы разрешить эту загадку, нужно начать с идентификации истинного творца математики — «языка», созданного, взращенного и представленного в качестве самой лучшей грамматики для полного и точного описания космоса силами множества человеческих мозгосетей.

Ни для кого не секрет, что большинство профессиональных математиков верят в то, что математика существует во вселенной сама по себе, т. е. совершенно не зависит от человеческого мозга и разума. Математики поддерживают эту теорию главным образом из соображений профессиональной целесообразности, поскольку она позволяет им лучше контролировать их сферу деятельности. Однако возведенная в абсолют, эта точка зрения фактически подразумевает, что вся известная нам математика просто была открыта теми, кто ее практиковал. Представителей этого интеллектуального лагеря обычно называют платониками, поскольку они защищают существование математики Платона. Платоники не сомневаются в том, что Бог (если он существует) тоже принадлежит к их братству. Как это ни забавно, Курт Гёдель, продемонстрировавший внутреннюю неполноту аксиоматических формальных систем, тоже был ярым платоником.

На другой стороне этого спектра находятся специалисты в области когнитивной нейробиологии и психологи, такие как Джордж Лакофф и Рафаэль Нуньес, которые почти единогласно отвергают платоновское видение математики. Вместо этого они уверенно и на большом количестве экспериментального материала доказывают, что математика — лишь очередное порождение человеческого ума. Они считают, что вся математика зародилась в нашем разуме и лишь затем стала использоваться для описания природных явлений, происходящих в окружающем мире, и даже для предсказания будущих событий. Во вступлении к книге «Откуда пришла математика. Как воплощенный разум воплощает математику в жизнь» Лакофф и Нуньес пишут: «Человеческое существо может понять математику только в терминах, постижимых для человеческого мозга и разума. Единственное возможное для нас осмысление математики — это человеческое осмысление. Следовательно, математика в том виде, в котором мы ее знаем и преподаем, может быть только созданной человеком и осмысленной человеком математикой». Они продолжают: «Если вы изучаете природу математики в качестве научной проблемы, тогда математика — это математика, осмысленная человеческими существами с помощью когнитивных механизмов мозга».

Поэтому, задавшись важнейшим вопросом о том, почему математикам и физикам во все времена удавалось использовать математику для формулировки понятных и точных теорий о вселенной, Лакофф и Нуньес, не колеблясь, отвечают: «Любое совпадение между математикой и природой имеет место в головах ученых, которые пристально анализировали мир, хорошо изучили (или изобрели) соответствующую математику и сопоставили их (часто удачно) с помощью своего человеческого разума и мозга». В соответствии с такой точкой зрения нет сомнений в источнике происхождения математики: математика происходит от нас, точнее, от того типа мозга и разума, которым мы обладаем.

Как обсуждал Марио Ливио в книге «Был ли Бог математиком?», со временем многие видные математики вышли из рядов своего братства, чтобы публично заявить о том, что математика — творение человека, сваренное и упакованное внутри нашего мозга. Например, известный британско-египетский математик Майкл Атья, удостоенный Филдсовской премии и медали Копли, писал: «Если рассмотреть мозг в эволюционном контексте, удивительная успешность математики в физических науках хотя бы отчасти объясняется. Мозг эволюционировал, чтобы общаться с физическим миром, поэтому не стоит сильно удивляться, что он изобрел язык математики, который хорошо подходит для этой цели». Атья не боялся открыто признавать, что «даже такие базовые понятия, как натуральные числа, были созданы людьми путем отвлеченного анализа элементов физического мира».

Интересно, что точка зрения, защищающая идею зарождения математики в человеческом мозге, прямо противоречит знаменитому изречению Альберта Эйнштейна: «Самое удивительное во вселенной — это то, что она познаваема». Если исходить из того, что математика создана человеческим мозгом в ходе эволюции, получается, что Эйнштейн удивлялся зря. На самом деле, как указывает специалист по компьютерным наукам Джеф Раскин, «основы математики были заложены нашими предками давным-давно, вероятно, за миллионы поколений до нас».

Как сказано в книге Ливио, Раскин полагал, что математика была призвана согласовываться с физическим миром и в таком качестве является созданным человеком инструментом для описания вселенной, существующей за пределами нашего мозга. Следовательно, нет ничего загадочного в том, что математика так хорошо описывает окружающий мир: просто именно этот мир и все его особенности привели к встраиванию в наш мозг базовых понятий, из которых уже позднее появились математика и логика.

Эволюционную природу математики подкрепляют наблюдения за другими животными, включая позвоночных, млекопитающих и наших ближайших родственников обезьян и человекообразных обезьян, которые также демонстрируют рудиментарные способности к математике, особенно к основам арифметики. Лакофф и Нуньес приводят ряд удивительных примеров, накопленных за шесть последних десятилетий. Например, крыс можно научить нажимать на рычаг определенное число раз, чтобы получить в награду лакомство. Грызуны также обучаются распознавать небольшое количество сигналов, воспринимаемых как последовательность звуков или световых импульсов, что указывает на не зависящую от сенсорной модальности общую способность их мозга оценивать количество.

Экспериментальные данные показывают, что приматы обладают лучшими способностями к математике, чем грызуны. Например, дикие макаки-резусы, по-видимому, обладают уровнем арифметических способностей, сопоставимым с уровнем маленьких детей. В других исследованиях выяснилось, что шимпанзе могут выполнять операцию сложения с использованием долей, таких как четверть, половина и три четверти; если им показать четверть фрукта (яблока) и стакан, наполовину заполненный окрашенной жидкостью, в качестве ответа на эту математическую задачку шимпанзе неизменно выбирают три четверти.

Но в целом все сходятся во мнении, что мозг грызунов и приматов, в отличие от мозга человека, не предназначен для проявления математических навыков, выходящих за рамки некоторых элементарных действий. И по этой причине они не могут создавать абстрактного описания мира природы так, как это делаем мы.

Уже более половины столетия назад нейробиологи осознали, что отдельные нейроны в первичной зрительной коре млекопитающих и приматов обладают удивительным свойством достигать максимального возбуждения, когда в рецептивное поле зрительного нейрона попадают по-разному ориентированные линии света или движущиеся полосы. Как мне кажется, это явно указывает на то, что базовые понятия геометрии, такие как прямые линии, были встроены в мозг животных в ходе эволюционного процесса в результате взаимодействия с внешним миром. И поскольку это свойство дало значительное эволюционное преимущество, оно передавалось от поколения к поколению и от вида к виду, пока не укоренилось в глубинах зрительной коры человеческого мозга.

До сих пор я говорил о млекопитающих и приматах. Однако несколько лет назад Рональд Сикурел попросил меня обратить внимание на одно видео, которое ему показали во время научной конференции. На видео был заснят брачный ритуал, который самцы рыбы фугу исполняют на дне океана для привлечения самок. Эти небольшие рыбы, обычно почти невидимые в голубоватой океанской воде, целую неделю готовятся к единственному свиданию, без перерыва работая в режиме 24/7, чтобы сотворить свой геометрический шедевр. Используя шаблон, отпечатанный эволюцией в их примитивном мозге, с помощью плавников эти рыбы роют морское дно, создавая из морского песка и математического инстинкта великолепные трехмерные «призывные сигналы спаривания». Как сказал британский натуралист и комментатор Дэвид Аттенборо, если уж рыбы фугу не смогут убедить вас в том, что основы математики и геометрии были встроены в мозг животных, включая нас, давным-давно в ходе эволюции за счет взаимодействия с окружающим миром, убедить вас в этом не сможет уже ничто. Действительно, комментируя это видео про рыб фугу, Рональд прямо указал на важнейший момент: «Эволюция отбирала нас не для того, чтобы наблюдать или испытывать реальность, но чтобы максимально повысить возможность выживания в большинстве ситуаций, возникающих в окружающем нас мире. Это разные вещи. Ощущение реальности такой, какая она есть, вовсе не гарантирует адаптации к ней; оно даже может быть недостатком. Поэтому нашему мозгу для объяснения мира не нужно быть „реалистом“. Его функция заключается в том, чтобы предвидеть и сглаживать возможный риск, с которым может быть сопряжено наше внедрение в этот мир, даже если мы никогда не переживаем его в реальности, но лишь с точки зрения, созданной и предлагаемой нашим мозгом».

Лакофф и Нуньес поддерживают эту идею, представляя длинный список исследований, показывающих, что некоторые наши математические способности являются врожденными и проявляются у маленьких детей на очень ранних постнатальных фазах развития. Авторы подчеркивают, что все люди, вне зависимости от уровня культуры или образования, способны сообщить, видят ли они один, два или три предмета. Все экспериментальные доказательства показывают, что эта способность, называемая субитизацией, является врожденной. Некоторые базовые арифметические операции, такие как группировка, сложение и вычитание, а также некоторые простейшие геометрические понятия также являются врожденными, если речь идет о человеке.

В последние годы методы нейрофизиологии и визуализации помогли установить, какие отделы мозга вовлечены в математические вычисления. Одно из самых необычных открытий в этом направлении исследований заключалось в том, что нейрофизиологам удалось обнаружить несколько пациентов, у которых эпилептические приступы начинались в тот момент, когда они делали арифметические вычисления. Эти эпилептические приступы, получившие название epilepsia arithmetices, зарождаются в нижнем отделе теменной коры. Дальнейшие исследования с применением методов визуализации показали, что в осуществлении более сложных арифметических действий участвует префронтальная кора. Интересно, что механическая память, которую мы используем, например, для заучивания таблицы умножения, требует вовлечения субкортикальных структур, таких как базальные ганглии. Аналогичным образом алгебраические упражнения, по-видимому, требуют вовлечения иных мозговых цепей, чем те, что задействованы в арифметических вычислениях.

Лакофф и Нуньес выдвигают идею о том, что ключевая причина, позволившая людям расширить врожденные математические способности, заключается в нашем умении строить то, что мы называем «концептуальными метафорами». Эта концепция очень напоминает мое представление о математике как о еще одном типе сложной человеческой ментальной абстракции. Лакофф и Нуньес считают исключительной ментальной способностью нашего вида умение превращать то, что изначально было лишь абстрактной концепцией, в гораздо более ощутимую проекцию. В поддержку этой идеи авторы высказывают мнение о том, что ментальные корни арифметики, ставшей реальным инструментом в жизни людей, кроются в аналогии со сбором предметов. Рассуждая в том же ключе, они предполагают, что более абстрактная алгебра, характеризующая логику Буля, могла возникнуть из метафоры, связывающей классы с числами.

Завершая эту часть рассуждений, я считаю, что будет справедливо дать Лакоффу и Нуньесу заключительное слово для отражения точки зрения, в соответствии с которой Истинному творцу всего принадлежат все авторские права на математику и все математические инструменты, когда-либо созданные для описания природных явлений в человеческой вселенной. «Математика — естественная часть человеческого существования. Она возникает из наших тел, нашего мозга и нашего каждодневного опыта в этом мире. Математика — это система человеческих представлений, делающая обычные инструменты человеческого познания невероятно полезными… За создание математики ответственны человеческие существа, и мы продолжаем отвечать за ее поддержание и расширение. Портрет математики имеет человеческое лицо».

Все главные аргументы исчерпаны, но остается еще одно замечание, отрицать которое не могут даже платоники. Если в один прекрасный день они найдут подтверждение своей точки зрения, это подтверждение возникнет в человеческом мозге, как и все прочие подтверждения, которые были получены за всю историю развития этой науки.

От Истинного творца всего никуда не денешься.

Я готов утверждать, что признание математики в качестве продукта активности мозга имеет далекоидущие последствия. Если согласиться с эволюционным происхождением математики, ни человеческую логику, ни математику нельзя считать универсальными. Это означает, что теории, созданные с помощью человеческой математики, нельзя считать единственно истинным описанием космоса. Резонно предположить, что, если во Вселенной существуют другие разумные формы жизни и когда-нибудь мы сможем установить с ними контакт и общаться, особенно с теми из них, кто эволюционировал в другой части Вселенной в совершенно иных естественных условиях, скажем, на планете, вращающейся вокруг двойных звезд, наша логика и математика для них могут оказаться совершенно бессмысленными. Вместо этого они могут предложить альтернативное объяснение вселенной, которое будет совершенно чуждым для нас. Главным образом это означает, что все космологические теории о Вселенной могут рассматриваться исключительно в качестве «релятивистских», поскольку разные разумные формы жизни, вероятно выработавшие разные биологические субстраты для своего разума, скорее всего, будут иметь разные взгляды на космос. В частности, это означает, что концепция Эрнста Маха об относительности движения, вдохновившая Альберта Эйнштейна на создание специальной теории относительности, должна быть расширена от узкого анализа движения до новых рамок для описания совершенно нового космологического видения Вселенной. Именно на это и нацелена моя мозгоцентрическая космология.

Эту идею можно проиллюстрировать на примере очень упрощенной математической аналогии, позаимствованной у математика Эдуарда Френкеля. В соответствии с этой аналогией попытаемся описать один и тот же простой вектор в двух системах отсчета, или координат. В зависимости от того, какую систему отсчета выбрать, один и тот же вектор определяется разными парами чисел. Именно это я и имею в виду, когда говорю, что космологическое описание может быть только релятивистским: как и в случае вектора, в зависимости от системы отсчета, использованной разными разумными формами жизни, обитающими в разных уголках Вселенной, один и тот же космос будет описываться совершенно по-разному.

В соответствии с релятивистской теорией мозга нелинейная природа электромагнитных взаимодействий нейронов, характеризующая гибридное аналогово-цифровое устройство человеческого мозга, позволяет внутри одного мозга создавать ментальные абстракции высокого порядка, такие как математика. Впоследствии благодаря социальному общению одних математиков с другими на протяжении многих поколений математические понятия и предметы могут эволюционировать естественным путем. По сути, внутренняя нелинейная динамика индивидуального человеческого мозга и обширных человеческих мозгосетей создает еще один тип непредсказуемого поведения, которое французский математический гений Анри Пуанкаре наблюдал в своих нелинейных уравнениях, когда слегка менял начальные условия, и проявления которого Илья Пригожин обнаружил в виде сложных пространственно-временных структур, возникавших в ходе некоторых химических реакций (см. главу 3). Благодаря способности создавать плодотворные динамические взаимодействия и сочетания долгосрочная активность мозгосетей математиков на протяжении сотен поколений, безусловно, внесла вклад в возникновение всех оттенков и уровней математической сложности, начиная с простейших истоков, зародившихся при отпечатывании примитивных математических и геометрических элементов в мозге наших предков среди животных и гоминидов. Следовательно, всю совокупность накопленных математических знаний можно рассматривать в качестве еще одного эмерджентного свойства, произведенного человеческими мозгосетями, распределенными во времени и пространстве на протяжении всей истории человечества.

Но почему эта тема так важна? Речь идет о двух концепциях, которых большинство ученых, особенно физиков, придерживались на протяжении достаточного длительного периода времени, поскольку, как очень хорошо подметил Шрёдингер в книге «Что такое жизнь?», они служат основой науки такого типа, которой мы занимаемся со времен Галилея. Без них очень многое изменилось бы в нашем подходе к изучению мира или, по крайней мере, в нашей интерпретации наблюдений. Эти две основополагающие концепции — существование объективной реальности, не зависящей от человеческого разума, и причинность. Как вы, возможно, уже заметили, предлагаемая мной мозгоцентрическая космология ставит под сомнение возможность обсуждения объективной реальности без учета влияния нашего мозга на описание всего сущего во вселенной. Хотя эти споры продолжаются уже какое-то время, к счастью для меня, в прошлом некоторые очень известные мыслители поддерживали изложенную здесь мозгоцентрическую точку зрения, хотя никогда не использовали этот термин. Моя задача в заключительной части главы состоит в том, чтобы вывести на передний план некоторых из этих физиков, ученых, писателей и философов, заложивших основы представленной в книге мозгоцентрической космологии.

Вполне справедливо утверждать, что первой перестрелкой в современной битве за истинную природу реальности стала активная дискуссия между знаменитыми австрийскими физиками Эрнстом Махом и Людвигом Больцманом, происходившая в Вене в последние десятилетия XIX века, однако я хочу проиллюстрировать раскол между двумя противоборствующими мнениями на примере другой встречи. Я говорю о беседе, которую можно назвать одной из величайших интеллектуальных дуэлей XX века. Это знаменитое столкновение взглядов на жизнь началось 14 июля 1930 года, когда лауреат Нобелевской премии бенгальский поэт, брахман и философ Рабиндранат Тагор заглянул в Берлине в гости к Альберту Эйнштейну. Во время этой первой встречи между ними произошел следующий диалог:

Этот диалог продолжился во время второй встречи в августе 1930 года.

Если бы пять лет назад меня спросили, кто выиграл в этом споре, я незамедлительно ответил бы, что верх одержал Эйнштейн. Но сегодня я готов признать, что в этом обмене мнениями честно победил поэт Тагор, который в конце концов заставил Эйнштейна признать, что независимая от человека объективная реальность, существование которой тот всю жизнь отчаянно защищал, есть не что иное, как продукт его собственных религиозных представлений, если не сказать личных интеллектуальных пристрастий. И поэтому именно Тагор, обладающий данными лишь поэтам от бога способностями, самым удачным образом подытоживает те доводы, которые я пытался представить в двух последних главах. Если вы перечитаете этот диалог несколько раз, чтобы привыкнуть к лексике и манере речи Тагора, вы легко обнаружите в его речи ключевые концепции обсуждаемой нами мозгоцентрической космологии: такие понятия, как гёделевская информация, гёделевские операторы (такие как вера), мысленные абстракции для объяснения внешнего мира и неизбежное осознание того, что, какое бы научное объяснение мы ни дали вселенной, пусть даже прекрасно подтвержденное экспериментальным путем, оно всегда будет ограничено нейробиологическими свойствами человеческого мозга, поскольку, в конце концов, единственная доступная нам реальность — это реальность, созданная нашим мозгом. А это означает, что в навязчивом желании осмыслить космос наша самая «человеческая» способность одновременно является и даром, и ограничением.

Философская позиция Тагора помогает мне вкратце коснуться еще одной важной темы — причинности. В соответствии с релятивистской теорией мозга наш мозг создает внутри себя обширную карту причинно-следственных связей, которые он извлекает из информации, поступающей из внешнего мира. Подобно времени, пространству и математике, эта созданная мозгом база данных причинно-следственных связей чрезвычайно важна для нашего выживания и поэтому поддерживалась естественным отбором в качестве способа повышения нашей приспособленности. По моему мнению, как и в отношении восприятия, созданная мозгом причинность определяется множеством поступающих исходных сигналов и собственной точкой зрения мозга. В рамках этого процесса мозг концентрируется на создании краткосрочных причинно-следственных связей, которые имеют смысл в рамках нашей обыденной временной шкалы. Поэтому гораздо более сложные и долгосрочные причинные схемы, возможно лежащие в основе естественных явлений, могут вовсе не учитываться в базах данных причинно-следственных связей мозга. Такой взгляд на причинность отчасти сродни представлениям шотландского философа XVIII века Дэвида Юма, считавшего, что все мысленные построения (или идеи, в его терминологии) и связи между ними, создаваемые нашим мозгом, диктуются нашими органами чувств, опытом и размышлениями.

Понятное дело, большинство физиков, подобно Эйнштейну, не признают мозгоцентрический подход Тагора или кого бы то ни было еще. Как и сторонники математического платонизма, большинство традиционных физиков продолжают доблестно отражать атаки на крепость объективной реальности (или реализм, как говорят философы), поскольку им глубоко претит сама мысль о том, что в наши представления о вселенной и всех ее чудесах закрадывается хоть капля человеческой субъективности. Стоит только посмотреть на YouTube недавнюю дискуссию между физиком-теоретиком Шоном Кэрроллом и буддистским философом Брюсом Аланом Уоллесом — и вы убедитесь в том, что немногое изменилось со времен беседы между Тагором и Эйнштейном. Опять-таки мне кажется, буддистский философ одерживает здесь верх, представляя гораздо более обоснованные взгляды на происхождение реальности.

Забавно, что, как пишет физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер в своей книге «Уродливая Вселенная», большинство физиков все еще говорят о красоте, простоте, элегантности или «естественности», когда пытаются оценить потенциал какой-то новой теории или объяснить, почему выбирают тот или иной математический подход для нового описания физического мира, которое не проверено экспериментальным путем (и никогда не будет проверено, как теория струн). На самом деле, перечисляя эти очевидно субъективные критерии, Сабина прямо заявляет: «Эти тайные законы вездесущи в основаниях физики. Они неоценимы. И находятся в острейшем конфликте с требованием научной объективности»[28].

Очевидно, что наиболее явным образом эти два конфликтующих взгляда на реальность сталкиваются в сфере квантовой механики — самой успешной научной теории, когда-либо созданной человеком. Хотя квантовая механика была подтверждена бессчетное число раз как в теоретических выкладках, так и в экспериментах, не существует единого мнения по поводу интерпретации ее результатов. В целом физики очень гордятся тем, что квантовая механика работает, но тут же заявляют, что не знают, почему она работает, но это не имеет никакого значения, пока она продолжает работать.

Проблемы в понимании того, что конкретно квантовая механика сообщает о реальности, начались еще с классического эксперимента, осуществленного не кем иным, как самим отцом теории распределенного кодирования в мозге — британским эрудитом Томасом Юнгом в начале 1800-х годов. Пропуская свет через две узкие вертикальные прорези в листе картона, Юнг наблюдал на экране, размещенном на некотором удалении, типичную картину волновой интерференции. Он немедленно заключил, что, вопреки представлению Ньютона, свет ведет себя как волна, а не как поток частиц. Он сделал такой вывод на том основании, что проходящий через две прорези свет создавал на экране такую же картину, как та, что возникает, например, на поверхности воды при столкновении двух волн, идущих от двух брошенных в пруд камней.

Вопрос о природе света усложнился еще больше, когда Альберт Эйнштейн предположил, что, если направить на металлическую поверхность коротковолновый ультрафиолетовый свет, можно зарегистрировать испускание электронов металлом. По мнению Эйнштейна, чтобы производить такой эффект, свет должен представлять собой пучок дискретных частиц, каждая из которых несет определенное количество (квант) энергии. Это явление, которое стали называть фотоэлектрическим эффектом, было экспериментально продемонстрировано Робертом Милликеном буквально через несколько лет, обеспечив теоретику (Эйнштейну) и экспериментатору (Милликену) получение Нобелевской премии по физике.

Невероятное значение открытия Юнга в эксперименте с двумя щелями можно оценить на основании того факта, что даже теперь, двести с лишним лет спустя, физики по-прежнему спорят об интерпретации результатов этого эксперимента и многих других результатов, полученных в различных вариантах исходного опыта.

Теперь мы знаем, что при пропускании пучка индивидуальных фотонов, электронов, атомов или даже небольших молекул, вроде так называемых фуллеренов, через современную версию аппарата Юнга с двумя прорезями возникает такая же интерференционная картина. Но на деле все обстоит еще более странно: если детектор поместить ровно перед каждой щелью (или перед обеими), при ударе об это измерительное устройство непосредственно перед прохождением через щели каждый отдельный фотон (или электрон, атом, молекула) ведет себя как частица, оставляя сигнал отдельного удара, а не картину интерференции. Иными словами, если проводить измерения перед прохождением через щели, свет ведет себя как поток частиц. Этот корпускулярно-волновой дуализм остается важнейшей загадкой в интерпретации законов квантовой механики.

Было предложено три основных варианта интерпретации, объясняющих эту волновую интерференционную картину. В соответствии с так называемой копенгагенской интерпретацией, первоначально предложенной знаменитыми физиками Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, интерференция возникает по той причине, что через щели проходит не свет как таковой, а вероятностная волновая функция, определяющая возможные состояния света при измерении. Когда эти функции достигают экрана за прорезями и наблюдатель смотрит на него (и это ключевой момент для нашего обсуждения), функции, как говорят, коллапсируют, производя интерференционную картину, которую наблюдал Юнг. Если же детектор расположен перед прорезью, волновые функции коллапсируют иначе — и возникает эффект удара частиц.

Но почему это происходит? Это так называемая проблема измерения в квантовой механике. В рамках копенгагенской интерпретации предполагается, что осуществляемый внешним наблюдателем акт измерения (непосредственный или с помощью инструмента) необходим для приведения набора вероятностей, описывающих потенциальные свойства физической системы (волновую функцию), к единственной вероятности (частица или волна). До проведения измерения квантовая механика может описать физическую систему только через математический (ментальный) конструкт — волновую функцию.

Второе объяснение, называемое гипотезой многих миров, было предложено в конце 1950-х годов американским физиком Хью Эвереттом; оно исключает какое-либо влияние наблюдателя на коллапс вероятностной волновой функции, о котором говорится в копенгагенской интерпретации. Вместо этого предполагается, что интерференция возникает по той причине, что, хотя мы и проводим эксперимент в нашей вселенной, производимые нами фотоны (или электроны) к моменту достижения щелей взаимодействуют с аналогичными частицами из разных других вселенных. В соответствии с этой гипотезой наблюдаемая нами интерференционная картина является результатом сложного взаимодействия между бесконечным числом миров.

Наконец, существует третья интерпретация, известная как теория волны-пилота, или теория де Бройля — Бома, названная в честь французского физика и лауреата Нобелевской премии Луи де Бройля и американского физика Дэвида Бома. Суть этой гипотезы в очень упрощенном виде сводится к тому, что интерференционная картина возникает по той причине, что каждый фотон (или электрон) движется на пилотной волне, которая проникает через обе щели одновременно. Поэтому наблюдаемая нами интерференционная картина возникает в результате взаимодействия пилотных волн, с которыми движутся все частицы. Как и в гипотезе многих миров, наблюдателю не отводится никакой роли.

Хотя большинство физиков, скорее всего, со мной не согласятся, описываемая в этой книге мозгоцентрическая космология совместима с копенгагенской интерпретацией эксперимента с двумя щелями. Во-первых, вероятностная волновая функция, введенная в копенгагенской интерпретации, фактически идентична моему определению потенциальной информации как исходного сигнала, который наблюдатель получает из внешнего мира. Во-вторых, обе концепции признают активную роль наблюдателя в определении результата на квантовом уровне. В копенгагенской интерпретации это проявляется в том, что «коллапс волновой функции» требует наличия наблюдателя. Близость мозгоцентрического представления и копенгагенской интерпретации квантовой механики можно далее проиллюстрировать словами Нильса Бора, так высказавшегося о созданном им же самим научном направлении: «Нет никакого квантового мира. Есть только абстрактное квантово-физическое описание. Неверно думать, что задача физики состоит в том, чтобы открывать, что собой представляет природа. Физику интересует, что мы можем сказать о природе»[29].

И Нильс Бор был не одинок. Вот как был вынужден выразиться на тему квантово-механической теории знаменитый британский астроном и физик сэр Артур Эддингтон: «Наши знания о природе объектов в физике состоят исключительно из показаний [на приборной шкале] и других индикаторов».

Бертран Рассел выразил ту же точку зрения, когда сказал: «Физика математична не потому, что мы знаем так много о физическом мире, а потому, что мы знаем так мало; мы способны открывать лишь его математические свойства».

Вот что пишет Бертран Рассел в книге «Исследование значения и истины»: «Все мы начинаем с „наивного реализма“, т. е. с представления, что все вещи такие, какими кажутся. Мы думаем, что трава зеленая, камни твердые, а снег холодный. Но физика утверждает, что зелень травы, твердость камня и холод снега, о которых мы знаем из собственного опыта, являются чем-то совсем иным. Когда наблюдатель, как ему самому кажется, смотрит на камень, на самом деле, если верить физике, он воспринимает только то влияние, которое оказывает на него камень. Кажется, что наука находится в войне с самой собой: когда она наиболее объективна, она впадает в субъективность против собственной воли. Наивный реализм ведет к физике, а физика, если она справедлива, демонстрирует ошибочность наивного реализма. И поэтому, когда бихевиорист думает, что регистрирует наблюдения о внешнем мире, на самом деле он регистрирует наблюдения о том, что происходит с ним самим».

Как справедливо отмечает Филип Гофф в Guardian, и Бертран Рассел, и Артур Эддингтон хотели сказать, что «хотя физика может с успехом сообщать нам, что делает материя, она, по сути, не в силах ничего сообщить о том, что та из себя представляет». Гофф продолжает: «Что нам действительно известно о внутренней сущности материи помимо того, как она воздействует на наши измерительные приборы? Только то, что какая-то ее часть — а именно, содержимое мозга — действует через сознание. И поэтому именно сознание должно быть для нас отправной точкой в попытках познать, что представляет собой материя, а не что-то, что мы пытаемся вытянуть из него в виде результата обдумывания».

Точка зрения Гоффа проявляется очень ярко, когда мы пытаемся следовать обычным путем бесконечного регресса, называемого редукционизмом, которым пользуются в физике для описания реальности. Поначалу нам говорят, что мир состоит из атомов. Отлично. Углубляясь в проблему, мы узнаем, что атомы состоят из элементарных частиц, таких как электроны, протоны и нейтроны. Дальше — больше. Погружаясь еще глубже, мы узнаем, что протоны и нейтроны состоят из странных сущностей, называемых кварками. Ладно. Кварки настолько странны, что по сей день ни один ученый не смог увидеть их ни глазами, ни с помощью самых точных инструментов. А все по той причине, что они существуют лишь как математические объекты, очень удобные для предсказания поведения материи. Но из чего состоят кварки? Если вы верите в последнюю математическую абстракцию редукционизма, вы вынуждены признать, что кварки состоят из бесконечно малых колеблющихся струн (10^–35 м), скрученных в гораздо большем числе измерений, чем известные четыре, с которыми мы имеем дело в обычной жизни (трехмерное пространство плюс время). Хотя эти струны считаются одной из самых горячих тем в современной теоретической физике, нет такого эксперимента, в котором можно было бы проверить их существование. Это лишь крайне вычурные математические концепции, результат абстрактного мышления, порожденный мозгом очень одаренных математиков.

И в этом качестве они кажутся чрезвычайно полезными для математики.

Юджин Вигнер соглашался с мнением Рассела, Эддингтона и Гоффа, когда писал в статье «Заметки по вопросу разум — тело: симметрии и отражения»: «Когда область физической теории расширилась и охватила микроскопические явления путем создания квантовой механики, вновь на передний план выдвинулась проблема сознания: было невозможно формулировать законы квантовой механики полностью последовательным путем без учета сознания. Все, что может обеспечить квантовая механика, — это вероятностные связи между последовательными впечатлениями (также называемыми „апперцепциями“) сознания, и даже если линия раздела между наблюдателем, чье сознание подвергается влиянию, и наблюдаемым физическим объектом может быть в значительной степени сдвинута в одну или другую сторону, ее нельзя уничтожить. Возможно, преждевременно считать, что теперешняя философия квантовой механики останется постоянным атрибутом будущих физических теорий; в какую бы сторону ни развивались наши будущие представления, по-прежнему будет удивительным, что само исследование внешнего мира приводит к заключению, что окончательной реальностью является содержание сознания»[30].

После революции, которую произвела в физике квантовая механика, несколько знаменитых физиков стали открыто поддерживать принципы мозгоцентрической космологии, которые я здесь отстаиваю. В статье «Ментальная вселенная», опубликованной в журнале Nature в 2005 году, знаменитый астроном из Университета Джона Хопкинса Ричард Конн Генри привел слова некоторых из них, чтобы убедительно продемонстрировать основания для принятия мозгоцентрического представления о вселенной. Среди других известных светил квантовой революции и мира физики XX столетия Генри цитирует английского физика сэра Джеймса Хопвуда Джинса, который сказал: «Поток знаний движется в сторону немеханической реальности: вселенная начинает больше походить на большую мысль, чем на большую машину. Разум уже не кажется случайным гостем в царстве материи… Мы скорее должны восславить его в качестве создателя и правителя царства материи».

Другие подтверждения мозгоцентрической космологии можно найти в новой интерпретации квантовой механики. Например, в 1994 году итальянский физик Карло Ровелли из Центра теоретической физики в Люмини при Университете Экс-Марсель выдвинул новую теорию, названную им реляционной квантовой механикой. В ней Ровелли выдвигает доказательства в пользу того, что абсолютных физических величин не существует. Вместо этого, как он считает, состояние любой квантовой системы является относительным, т. е. полностью зависит от отношения или взаимодействия между системой и наблюдателем. В частности, подход Ровелли предлагает использовать систему координат наблюдателя для описания любой физической системы, примерно как в моей мозгоцентрической космологии.

Как считаем мы с Рональдом Сикурелом, ключ к лучшему пониманию того, что происходит при коллапсе волновой функции, можно отыскать в хорошо известном явлении квантовой запутанности, ставшем одной из главных тем исследований в современной физике. Если вкратце, частицы оказываются в запутанном состоянии, когда их квантовые состояния не могут быть описаны независимым образом. В таком случае, когда вы осуществляете измерение конкретного физического свойства одной частицы, скажем, ее спин, вы одновременно влияете на то же самое свойство парной частицы. Таким образом, если исходное измерение дает для первой частицы спиновое число −1/2, частица-близнец приобретает спин 1/2. Следовательно, между частицами в запутанном состоянии по определению существует корреляция. Мы с Рональдом считаем, что при измерении (например, когда мы смотрим на свет, проходящий через двойную щель) находящиеся в нашей сетчатке частицы входят в запутанное состояние с фотонами светового пучка и производят коллапс волновой функции, предсказанный в рамках копенгагенской интерпретации. Дальнейшее изучение этой гипотезы в сотрудничестве с физиками может в будущем снабдить нас квантовым доказательством для принятия мозгоцентрической космологии.

Возвращаясь к основной нити нашего разговора, я хочу привести последний пример в подтверждение моего тезиса о том, что за всеми нашими научными теориями кроются ментальные абстракции. В соответствии с данными самых свежих исследований одно из важнейших свойств элементарных частиц — их масса — приобретается ими в результате взаимодействия с абстрактной математической сущностью, полем Хиггса, и эта операция происходит при посредничестве теперь уже хорошо известных бозонов Хиггса. Опять-таки этот важнейший компонент в объяснении реальности — масса частиц — может быть описан физиками только в качестве математического объекта. Из этих данных следует, что для физики весь существующий вокруг нас космос представляет собой всего лишь огромный суп из потенциальной информации, которую мы можем описать только с помощью чрезвычайно сложных ментальных конструктов (или математических объектов), созданных в умах некоторых самых блестящих представителей человечества. Вот почему, к неудовольствию некоторых (но не всех) моих друзей-физиков, я говорю, что человеческая вселенная — единственное доступное для нас описание космоса. Опять-таки эту мысль выразил Льюис Мамфорд: «Только через просвещение человеческого разума космическая или человеческая драма приобретает смысл».

И прежде чем кто-то заявит, что я освобождаю мою мозгоцентрическую теорию от представленных выше ограничений, я скажу, что даже не сомневаюсь в том, что любая созданная человеком теория сдерживается одинаковыми нейробиологическими рамками. Именно поэтому, пытаясь объяснить, как работает наш мозг, нейробиологи попадают в те же ловушки, в которых оказываются физики при объяснении материальной реальности. Единственное небольшое преимущество, которое есть у нейробиологов по сравнению с нашими коллегами физиками, заключается в том, что большее число из нас готово признать, что настало время передвинуть человеческий мозг в центр человеческой вселенной и начать учитывать мозг наблюдателя при формулировке научных теорий.

В целом уже нельзя игнорировать тот факт, что все математические абстракции, предложенные для объяснения независимой от человека объективной реальности, являются истинными побочными продуктами активности человеческого мозга, а не какого-то независимого процесса во вселенной. На это физики обычно отвечают, что, поскольку вселенная существовала задолго до появления на Земле нашего вида, ни существование человека, ни его субъективный опыт и восприятие не могут объяснить существовавшую до нас реальность. Однако при таком способе рассуждений можно сказать, что нет никакого смысла объяснять вселенную, существовавшую на протяжении миллиардов лет до нашего появления, с помощью логики и математики, созданных благодаря нейробиологическим свойствам человеческого мозга. Вероятность найти такое объяснение ничтожна; она равна нулю. Следовательно, выведенные нами физические законы можно считать универсальными лишь до тех пор, пока дело касается человеческого мозга и его самого удивительного творения — человеческой вселенной, поскольку в конечном итоге как создание, так и подтверждение этих законов зависит от теоретических формулировок, экспериментальной проверки и инструментов, выполненных той же сущностью — человеческим мозгом. На самом деле физика страдает от хорошо известной в биомедицинских исследованиях проблемы — от отсутствия контрольной группы! Чтобы действительно доказать, что выведенные человеческим мозгом законы физики являются универсальными, нам следовало бы проверить, выработали и приняли бы другие эквивалентные разумные формы жизни, эволюционировавшие в других частях вселенной, такие же законы, к каким мы, люди, пришли при объяснении космоса. К сожалению, это нереально. По крайней мере, пока.

Что все это означает? Все просто. Люди не могут ускользнуть из пещеры Платона[31]. Как Тагор столь поэтично, но убедительно объяснил великому Эйнштейну, то, что мы произвольно называем вселенной, можно исследовать, описать и понять только сквозь облака ускользающей реальности, постоянно создаваемой и оттачиваемой в глубинах человеческого разума в качестве продукта собственной точки зрения мозга. И, как демонстрируют идеи философа Людвига Витгенштейна и заключения Курта Гёделя, чисто математического описания реальности может быть недостаточно для описания всей сложности и богатства человеческой вселенной. Какое бы удивление это все еще ни вызывало в некоторых академических кругах, мы, ученые, должны смиренно признать, что наш традиционный научный подход, возможно, недостаточно широк для описания всей полноты человеческой вселенной. Лично я, как ученый, не вижу в этом никакой трагедии или поражения — скорее невероятную возможность для размышлений и изменения старых привычек. И под этим я вовсе не имею в виду, что ученые должны начать прибегать к каким-то мистическим, религиозным или метафизическим подходам — скорее мы просто должны осознать ограничения нашей профессии. После столетий интеллектуальных битв, в которых сложные математические абстракции ожесточенно боролись за право считаться лучшим описанием вселенной, сделанным нашим видом, мы наконец достигли плато, которое подвело нас к нескольким неприятным выводам. Мало того что природа в своем квантовом ядре является невычислимой и, следовательно, непредсказуемой в ньютоновско-лапласовском смысле, но и, вопреки глубочайшим религиозным убеждениям Эйнштейна, не существует никакой объективной реальности, о которой можно говорить без учета фильтра, наложенного мозгом наблюдателя. В случае человеческой вселенной это подразумевает нас. И это хорошо, поскольку, как учит Тагор, вопреки абстрактным понятиям, существует лишь одна вселенная, которая действительно имеет для нас значение: человеческая вселенная.

Говоря словами Бора: «В физике мы имеем дело с таким положением вещей, которое гораздо проще, чем в психологии, и все равно мы вновь и вновь узнаем, что наша задача заключается не в том, чтобы изучать суть вещей — мы вообще не знаем, что это означает, — но развивать такие концепции, которые позволяют нам говорить друг с другом о природных явлениях продуктивным образом».

И это подводит нас к двум заключительным пунктам, которые я хотел бы отметить. Еще один удивительный и вызывающий робость вывод мозгоцентрической космологии — теория о том, что, если в окружающем космосе существуют более сложные вещи, чем наш мозг, они навсегда останутся за пределами понимания человека. В таком контексте то, что мы называем случайными процессами, возможно, просто отражает такие явления, которые находятся за границами логики, до которых человеческий мозг способен дойти, прежде чем окончательно потеряться и заблудиться. Если исходить из этой точки зрения, как любит говорить мой друг Марсело Глейзер, человеческую вселенную фигурально можно сравнить с небольшим островком знаний, окруженным широчайшим океаном энтропии, который, учитывая ограничения нашего мозга, никогда не будет освоен ни одним человеческим мозгом.

Меня это совсем не расстраивает, и я ясно вижу, что эта аналогия указывает нам истинный масштаб ценности и уникальности, которые мы в качестве вида приобрели совместными усилиями путем тщательного построения этого островка знаний на протяжении миллионов лет. Я имею в виду, что пока не будут найдены конкретные доказательства существования внеземных разумных существ, человеческая вселенная будет оставаться самым большим достижением ума какой-либо разумной формы жизни, которая смогла возникнуть, вырасти и сохранить определенное количество смелости и решимости, чтобы оставить свой ментальный отпечаток в почти безжизненном, холодном и навеки непостижимом космосе.

В заключение важно подчеркнуть, что мозгоцентрический подход предполагает, что для наиболее точного описания окружающего нас космоса окончательное определение и интерпретация реальности должны включать в себя точку зрения мозга наблюдателя. Если распространить эту точку зрения на всю человеческую вселенную, получается, что для точного описания человеческого космоса нужно принять во внимание точку зрения мозга всех наблюдателей, которые когда-либо жили и хотя бы на протяжении одной миллисекунды наблюдали окружавшие их чудеса. На самом деле во вселенной, состоящей из потенциальной информации, в реальности ничего не происходит, ничто ни к чему не приводит, и ничто не имеет вообще никакого значения до тех пор, пока мозг наблюдателя или мозгосеть не придадут смысл исходному наблюдению, за счет чего еще одна песчинка знаний попадет на берега того острова, который впервые стал расти в открытом море в результате наблюдений наших первых предков, осмелившихся поднять головы, посмотреть в ночное небо и с благоговейным страхом впервые задуматься о том, откуда все это взялось.

В соответствии с этой точкой зрения в каждый момент времени человеческая вселенная определяется результатом всеобщего слияния в единую, постоянно растущую сущность всех отдельных жизней, наблюдений, размышлений, рассуждений, творений, воспоминаний, удивления, любви, обожания, ненависти, понимания, описания, математических рассуждений, сочинительства, живописи, писательства, пения, разговоров, восприятия и переживания, порожденных мозгом всех когда-либо живших людей.

Но что вам мои слова. Вот послушайте, что сказал на закате своей карьеры великий американский физик Джон Уилер. Обсуждая противоречивые результаты, полученные в эксперименте с двумя щелями, Уилер предложил мысленный эксперимент, предсказывавший, что при наблюдении сегодня за светом, излученным далекой звездой миллиарды лет назад, человек изменяет поведение расщепленного пучка этого света, излученного той же звездой, который направляется в другие части пространства. По сути, Уилер предположил, что проводимые сегодня человеком наблюдения могут менять природу света, излученного в прошлом звездой, расположенной на расстоянии миллиардов световых лет от нас. Основываясь на таком теоретическом рассуждении, Уилер вывел теорию о том, что вселенную можно описать только в качестве «партисипативного» космоса, поскольку все, что в нем происходит, зависит от общих наблюдений, выполненных всеми населяющими его разумными формами жизни.

Годы спустя после публикации Уилером его скромной идеи эксперименты подтвердили справедливость этой концепции с помощью аппарата, названного квантовым ластиком с отложенным выбором. В общих чертах этот эксперимент показал, что, если расщепить пучок света для получения непрерывного потока пар запутанных фотонов и каждый фотон из пары перенаправить в разные точки в аппарате, можно доказать, что сам акт наблюдения за одним из этих фотонов, движущихся по более длинному пути внутри аппарата, способен изменить свойства второго фотона из пары, движущегося по более короткому пути, даже если этот последний фотон был зарегистрирован на восемь наносекунд ранее. Таким образом, если бы я в качестве наблюдателя следил за фотоном, следовавшим по более длинной траектории, и обнаружил, что он ведет себя как частица, сам акт наблюдения заставил бы второй фотон из пары запутанных фотонов также вести себя подобно частице (а не волне), даже если он уже достиг детектора несколькими наносекундами ранее. Поскольку теперь данный эксперимент воспроизведен во многих лабораториях, эти результаты создали еще одну нерешенную задачу для квантовой физики. Конечно же, если вы не согласитесь с мозгоцентрической интерпретацией Уилера: самое полное объяснение космоса — это объяснение, создаваемое в результате всех наблюдений всех населяющих космос разумных форм жизни.

Как видите, чем больше мы пытаемся узнать о происхождении тех вещей, которые, казалось бы, нужны для определения нашего человеческого представления о реальности, таких как пространство, время, математика и наука, тем яснее становится, что едва ли не все дороги, по-видимому, ведут к одному источнику — к Истинному творцу всего.