Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

«Сейчас» – это не только когнитивная иллюзия, но и математический трюк, связанный с тем, что мы определяем пространство и время с помощью количественных характеристик. Соответственно, восприятие настоящего как прослойки между прошлым и будущим, – это не что иное, как удобная ложь. Если настоящее представляет собой период времени, не имеющий длительности, оно не может существовать. Реальны лишь память о недавнем прошлом и ожидания от ближайшего будущего. Мы связываем прошлое и будущее с помощью концептуального понятия настоящего, или «сейчас». Но на самом деле все, чем мы располагаем, – это накопленная память о прошлом (хранящаяся в биологических системах или на различных устройствах) и ожидания от будущего.

Понятие времени неразрывно связано с изменениями, а течение времени – это всего лишь инструмент для их отслеживания. Когда мы видим, как что-то движется в пространстве, мы можем наблюдать изменение его положения с течением времени. Допустим, перед нами мяч. Двигаясь, он описывает в пространстве кривую, то есть воображаемую последовательность точек между стартовым положением А и финишным положением В. Мы можем определить, в какой точке между А и В находится мяч, расположив все его передвижения в хронологическом порядке; ноль секунд – мяч отрывается от ноги футболиста, то есть покидает точку А, одна секунда – мяч попадает в верхний левый угол ворот, то есть в точку В. Кривая между А и В показывает положение мяча в промежуточные периоды времени между нулем и одной секундой. Однако мяч никогда не занимает одну-единственную точку в пространстве, а время невозможно измерить с абсолютной точностью (самые точные часы имеют погрешность в одну миллиардную секунды, а время в них измеряется на основании перехода электронов в атомах). Рассуждая математически, мы отбрасываем все эти уточнения и рассчитываем, как позиция мяча изменяется в каждый момент времени, в который нам известно его положение. Разумеется, это всего лишь приближение, пускай и очень хорошее.

Мы представляем время в виде последовательности единиц, каждая из которых имеет порядковый номер. В нашем примере с футбольным мячом время охватывает промежуток с нуля до одной секунды. Но сколько единиц времени умещается между ними? С математической точки зрения их количество бесконечно, как и количество чисел между нулем и единицей. Любой временной интервал делится на более мелкие: десятые, сотые, тысячные доли секунды и т. д. Но даже самые точные часы имеют погрешность. Пусть мы представляем себе время последовательно, но измеряется оно в дискретных единицах. Соответственно, понятие «сейчас», временной интервал, не имеющий длительности, – это всего лишь математическая условность, не имеющая никакого отношения к реальности временных измерений и тем более нашего восприятия времени. Я еще вернусь к этой теме и к тому, почему она важна для нашего представления о реальности, когда мы перейдем к теме квантовой физики – области знаний, в которой нет ничего непрерывного.

По мере приближения к современной космологии становится все интереснее и интереснее. Сочетание Вселенной, имеющей ограниченный возраст (ведь время возникло в момент Большого взрыва), и конечности скорости света создает непреодолимый барьер для нашего познания космоса. Данный барьер совершенно не похож на те, которые мы видели до этого, потому что он не зависит от точности наших измерительных приборов, то есть от нашей «близорукости» в отношении реальности. Это абсолютная граница возможных знаний о физическом мире, о которой даже не подозревали Галилей, Коперник и Ньютон. Пространство Вселенной может быть бесконечным, но мы никогда не узнаем этого наверняка. Мы живем в информационном пузыре, как рыбки в аквариуме. За этим пузырем тоже что-то есть, мы можем делать выводы об этом, исходя из тех неясных образов, что мы видим через его стенки, но нам никогда не узнать наверняка, что за ними скрывается. Три века назад де Фонтенель уже понимал, что агония и экстаз научного и философского познания проистекают из желания знать больше, чем мы можем увидеть. Мы тянемся к границе познания, рискуя разбить себе голову о стекло. Так же как и наши предшественники, мы мечтаем освободиться от ограничений и коснуться неведомого. Но теперь это невозможно. То, что находится за установленными границами, останется неизвестным.

Теории относительности Эйнштейна устанавливают довольно жесткие ограничения для тех, кто мечтает путешествовать во времени в прошлое. Специальная теория прямо заявляет, что это невозможно, так как по мере достижения скорости света масса объекта бесконечно возрастает. Однажды, во время традиционного метафизического спора по дороге в школу, мой шестилетний сын Луциан гордо заявил мне: «Папа, только одна штука может двигаться со скоростью света. Это свет!» Что ж, это верно. И ему это удается потому, что у света нет массы. Любая частица материи, даже находящаяся в состоянии покоя, будет иметь энергию, равную ее массе (m), умноженной на квадрат скорости света (с2), что и показал Эйнштейн в своей знаменитой формуле Е = mc2. Но, в отличие от материи, свет никогда не бывает в состоянии покоя. Его энергия зависит от частоты (f), что выражается в до смешного простой формуле E = hf, где h – это постоянная Планка, крошечная природная константа, задающая тон всему квантовому миру. Чем выше частота света, тем больше его энергия. Формула E = hf не описывает поведение света, который мы видим вокруг себя и который представляет собой постоянно отражающиеся от объектов волны. Эта формула скрывает одну из величайших загадок современной науки.

Для того чтобы создать свою формулу энергии света, Эйнштейн предложил теорию, которую он сам считал своей самой революционной идеей. Он заявил, что свет можно одновременно интерпретировать и как волну (как считали большинство ученых в XIX веке), и как частицу. Частицы света называются фотонами, а формула E = hf описывает энергию одного фотона. Потоки света содержат множество фотонов, и их энергия всегда кратна энергии одного – hf. В данном случае можно провести аналогию с деньгами. Сумму любой финансовой сделки, от пары долларов до миллиардов, можно выразить в центах. Разумеется, при больших объемах теряется «квантовость» сделки, то есть ее центовое выражение. Но как каждый цент – это деньги, так и каждый фотон – это свет.[58]

На практике в одном световом потоке могут находиться фотоны с разной длиной волны. К примеру, солнечный свет состоит из всех видимых цветов, от красного до фиолетового, а каждый цвет имеет свою длину волны и свои фотоны. Если продолжить нашу финансовую аналогию, солнечный свет – это клиент, который приходит в обменный пункт с множеством разных валют (цветов спектра), и при этом каждая из них имеет свой вариант цента (фотон с энергией, равной hf).