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

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.