Kitabı oku: «Магия времени от А до Я. Как научиться ускорять и замедлять жизнь», sayfa 3

За исключением червоточин, все эти теории бросают вызов ходу времени и опираются на раздел физики, называемый квантовой физикой. Квантовая физика объясняет поведение мельчайших известных науке частиц – атомов и субатомных частиц. Из-за микроскопических размеров мира квантовой физики для предсказания поведения «квантов» – мельчайших пакетов электромагнитной энергии – используют математику. В квантовом мире энергия и материя не подчиняются тем же законам, что и вещи, которые можно увидеть, почувствовать и потрогать. И это подводит нас к восприятию времени, которое лучше всего объясняется принципами квантовой физики.

Глава 3
Восприятие: квантовый мир

Сотни лет назад, еще до того, как открыли квантовый мир, физики-классики, такие как Галилей и Ньютон, изучали природу энергии во времени и пространстве. Они хотели создать законы, которые с высокой точностью смогут предсказать, что произойдет в мире вещей, которые можно увидеть, почувствовать и потрогать. Уже позже, около века назад, когда появилось более мощное оборудование, физики начали изучать невидимые человеческому глазу субатомные частицы – так появилась «квантовая физика». В то же время астрофизики изучали крупные космические тела, такие как галактики и даже скопления галактик, их движение и гравитационные поля, а также их взаимодействие с другими окружающими их крупными телами. В некотором смысле и астрофизики, и квантовые физики изучают частицы, просто одни частицы намного больше других.

Так что есть частица? Этот термин широко используется в науке для описания различных объектов, обладающих массой. Но правда в том, что ученые на самом деле не знают, что такое «частица». В микроскопическом квантовом мире частицы – это точечные объекты, необходимые для существования материи. К сожалению ученых, эти фундаментальные точечные объекты, из которых состоит материя, ведут себя не так, как крупные видимые объекты окружающего мира, включая планеты и солнце. По еще непонятным причинам мельчайшие атомные и субатомные частицы ведут себя странно по сравнению с более крупными объектами классической физики. Например, кажется, что эти микроскопические частицы не подчиняются законам причины и следствия, которые работают в повседневной жизни. Эти частицы могут в одно мгновение находиться в одном месте, а через мгновение оказаться в другом – без всякой видимой причины. На самом деле ученые обнаружили, что в квантовом мире нет никакой определенности. В этой главе я резюмирую некоторые ключевые принципы квантовой физики, влияющие на наше понимание времени, но, если вы хотите узнать больше об исследованиях, лежащих в основе этих концепций, см. «Приложение A: Наука».

Эффект наблюдателя

Вот пример того, насколько удивителен квантовый мир. В привычном нам мире, если вы стреляете в пруд, пуля попадает в воду. Когда пуля попадет в воду, она сгенерирует колебания, которые будут расходиться концентрическими кругами во все стороны и в конечном итоге разойдутся по всей поверхности воды. Если вы выстрелите над прудом, пуля пролетит в воздухе и приземлится в стороне от пруда. В обоих случаях пуля перемещается из одного места в другое. Но пуля, летящая над прудом, не будет создавать заметных колебаний в отличие от пули, выпущенной в воду; вторая пуля вонзится в землю и останется там. Теперь представьте, что этот же сценарий применим к субатомным частицам – фотонам (частицам света). Фотон можно сравнить с пулей, за исключением того, что он существует в виде крошечного пакета энергии. Иногда фотон ведет себя как пуля, которую выпустили в пруд, и создает колебания, а иногда – как пуля, которую выпустили над прудом, и не создает их.

В прошлом, до появления квантовой физики, ученые считали, что свойства света можно объяснить только в том случае, если он представляет собой волну. Но Альберт Эйнштейн доказал, что определенные частоты света также существуют в виде «дискретных пакетов энергии», которые подобны частицам. Вскоре после этого эксперименты показали, что свет в одних случаях может вести себя как волна, а в других – как частица. Оказалось, что поведение фотонов зависит от того, наблюдают ли за ними ученые и проводят ли измерения. Также выяснилось, что при наблюдении фотоны не могут быть и волнами, и частицами одновременно.

Когда ученые наблюдали за фотонами, происходило нечто, приводящее к изменению поведения фотонов. Как во время наблюдения частица может вести себя как частица, а вне наблюдения – как волна? В отличие от видимого глазу объекта, например, пули, фотон загадочен, ведь в зависимости от присутствия наблюдателя он может вести себя как волна или как частица.

Возможно, это одно из самых удивительных заключений в квантовой теории. Фотон есть фотон; он не должен волшебным образом превращаться из частицы в волну. Не должно иметь никакого значения, наблюдает за ним ученый или нет. Тем не менее, согласно экспериментам, наблюдение вызывает «коллапс волновой функции» в частицу. И хотя мы начали с фотонов, важно отметить, что речь идет не только о них. Подобные эксперименты – самый известный из которых двухщелевой опыт (см. «Приложение А. Наука») – проводились с нейтронами, атомами и даже более крупными молекулами. Корпускулярно-волновой дуализм – явление, при котором наблюдение приводит к коллапсу волны в частицу, – по-видимому, регулирует поведение всех элементарных частиц, встречающихся в природе. На самом деле все фундаментальные частицы, включая частицы, из которых состоит материя, могут вести себя и как частицы, и как волны.

В результате человек был включен в квантовый мир как один из факторов, влияющих на физические измерения. Это явление назвали «эффектом наблюдателя». Это один из фундаментальных принципов квантовой физики, который предполагает, что наблюдение – другими словами фокусирование – играет роль в формировании реальности. Хотя данное открытие противоречит нашему восприятию окружающего мира и нарушает законы классической физики, его невозможно игнорировать. Столетие спустя очевидно, что это не просто домыслы. Со временем появляется все больше авторитетных свидетельств того, что происходящее в микроскопическом, квантовом мире, происходит и в привычном нам макроскопическом мире. Некоторые ученые считают, что причина эффекта наблюдателя – сознание, поэтому фраза «сознание вызывает коллапс» в некоторых кругах стала синонимом эффекта наблюдателя. Макс Планк, основатель квантовой теории, говорил: «Я считаю, что сознание лежит в основе всего. Что материя – производная сознания. Мы не можем игнорировать сознание. Основой всего, о чем мы говорим, что, как мы полагаем, существует, является сознание».

Квантовая суперпозиция

Если во время наблюдения мельчайшие частицы материи существуют в нескольких вариантах, ученые сделали предположение, что до тех пор, пока ее наблюдают, она может находиться одновременно в нескольких местах. В 1935 году австрийский физик Эрвин Шредингер придумал, как проиллюстрировать эту идею, используя нечто большее, чем фотон – кота. Не волнуйтесь, это был теоретический, «мысленный» эксперимент – при его проведении ни один живой кот не пострадал. Представьте, что вы сажаете кота в коробку с устройством, которое по вашему желанию может выпустить ядовитый газ. Если выпустите газ, кот умрет. Предположим, вы подбрасываете монетку, чтобы решить, выпускать газ или нет. В данном случае математическая вероятность того, что газ будет выпущен, равна вероятности выпадения орла или решки – 50 %. Далее, открыв коробку, вы обнаружите кошку живой или мертвой.

Если бы кот был квантовой частицей, на то, жив он или мертв, мог бы повлиять наблюдатель. Подобно фотону, который в отсутствие наблюдения может быть и волной, и частицей, кот может быть одновременно и живым, и мертвым, пока вы не откроете коробку и не посмотрите на него. Вывод Шредингера состоял в том, что, если бы в данном эксперименте работали квантовые законы, кот находился бы в состоянии, которое называется квантовой суперпозицией, то есть кот был бы и живой, и мертвый одновременно. Этот вывод сильно обеспокоил ученых, поскольку он идет вразрез с законами причины и следствия, которые, по их предположениям, управляют Вселенной. В обычной ситуации ядовитый газ выпущен или нет; кот в коробке жив или мертв, независимо от наблюдателя. Этот знаменитый мысленный эксперимент приводят повсеместно, чтобы пролить свет на таинственный мир квантовой механики и проиллюстрировать, насколько законы квантового мира отличаются от законов, которые, как считается, управляют видимым миром.

Квантовая запутанность

Что еще более странно, квантовая физика также предсказывает, что частицы могут каким-то образом мгновенно взаимодействовать друг с другом, находясь в разных концах комнаты или даже в разных концах Вселенной. Частицы, связанные таким образом, называются запутанными. Вот как это работает. Допустим, у вас с другом есть две необычные колоды карт. Их особенность заключается в следующем: каждый раз, когда друг одновременно с вами переворачивает карту, он видит ту же карту, что и вы. Если вы перевернете карту и увидите пикового туза, ваш друг тоже увидит пикового туза. Подобно этим необычным картам, ученые могут запутать два фотона и отправить один из них в другое место. Если один ученый проводит измерение какого-либо свойства фотона, например, поляризации, ученый в другом месте при измерении получит те же результаты. Обратите внимание, что запутанность была открыта не только для фотонов, но и для других частиц. Здесь также можно говорить об эффекте наблюдателя, поскольку до наблюдения свойства частиц неизвестны. Ученые показали, что при нахождении двух фотонов на большом расстоянии друг от друга происходящее с одним фотоном может моментально повлиять на другой, как если бы они посылали друг другу мгновенные сигналы.

Как и многие другие аспекты квантовой физики, это открытие является огромной проблемой. Если запутанные частицы могут мгновенно посылать друг другу сигналы, то они должны перемещаться быстрее скорости света, что, согласно научной теории, невозможно. Бесстрашные ученые продолжают исследовать квантовую запутанность на все больших расстояниях, все сильнее подвергая сомнениям наши представления о физическом мире. Пока нет объяснения, как частицы запутываются и что вызывает сверхсветовую корреляцию. Но эксперименты не оставили и тени сомнений – нечто вызывает этот феномен. И хотя Эйнштейн недоверчиво называл его «призрачным действием на расстоянии», он вполне реален.

Теория всего

Теперь те из нас, кто не является физиками, могут задаться справедливым вопросом: как субатомные, микроскопические частицы могут вести себя столь отлично от тех же самых частиц, но сгруппированных в макроскопические, видимые объекты? Квантовая механика, управляющая микроскопическим миром, и общая теория относительности, управляющая макроскопическим миром, – обе теории хорошо доказаны. И хотя в обеих есть странные результаты, казалось бы, идущие вразрез с привычной нам реальностью, при тщательной проверке они всегда подтверждают выводы соответствующих теорий.

Также обе теории утверждают, что четыре фундаментальные силы влияют и на привычный нам макроскопический мир объектов, и на микроскопический мир квантовых частиц. Гравитация – сила, которая удерживает планеты и галактики на месте. Электромагнитная сила связывает электроны и ядра, а также атомы и молекулы. Сильное взаимодействие связывает атомные ядра и кварки друг с другом. А слабое взаимодействие вызывает медленный распад атомных ядер. Но как одни и те же силы могут действовать в двух, казалось бы, совершенно разных мирах?

Ученые пытаются создать теорию, объясняющую все четыре взаимодействия таким образом, чтобы она была применима как к микроскопическому, так и к макроскопическому миру. Ведутся попытки разработать единую теорию, точно описывающую микроскопическое и макроскопическое, которая широко известна как теория всего, или единая теория.

Последние 30 лет жизни Эйнштейн посвятил работе над объединением гравитации, которая работает в макромире общей теории относительности, с электромагнетизмом. С тех пор ученые продолжают эту работу, но пока и им не удается связать три негравитационные силы. Если ученые добьются успеха в этой области исследований, последствия для тех, кто заинтересован в изменении восприятия времени, будут огромными. Это предполагает, что законы квантовой механики оказывают измеримое, заметное влияние на макроскопические группы частиц в видимом мире, играют роль в образовании материи и определении реальности времени. Последние теории, которые связывают гравитацию с тремя другими силами, так амбициозны, что словосочетание «квантовая гравитация» стало синонимом «теории всего». (Подробнее об исследованиях, лежащих в основе теории всего, см. в «Приложении A: Наука».)

Среди них особенно выделяются две теории. Одна из них называется теорией струн, и ее смысл довольно точно отражает название. Теория предполагает, что Вселенная состоит из двух типов крошечных вибрирующих струн: с двумя открытыми концами и с замкнутыми петлями. Принципы растяжения, соединения, вибрации и разделения струн объясняют все явления во Вселенной, включая макроскопический мир общей теории относительности и микроскопический мир квантовой теории. Другая теория, которая называется петлевой квантовой гравитацией, предполагает, что Вселенная состоит из сети «петель», которые ведут себя как квантовые системы, в том числе подвержены квантовой неопределенности.

В дополнение к теориям об устройстве Вселенной ученые также работают над теорией всего, пытаясь продемонстрировать, что управляющие микроскопическим миром квантовые системы действуют и в макроскопическом мире. Например, ученые предполагают, что квантовая запутанность и обнаруженные в космосе червоточины могут быть одним и тем же феноменом. Другие ученые провели мысленный эксперимент, объединяющий гравитацию и квантовую механику, и продемонстрировали, что квантовая суперпозиция – помните кота Шредингера? – может существовать и для очень больших объектов, таких как космические корабли. Десятилетиями ученые работали над доказательством того, что сознание может вызывать коллапс, а эффект наблюдателя воздействует и на привычные нам крупные объекты. Так как наука неустанно прогрессирует, квантовые эксперименты над объектами, по своим размерам превышающими частицы, к которым применима квантовая теория, кажутся неизбежными.

Давайте чуть подробнее остановимся на последствиях того, что мы уже рассмотрели. Если квантовая запутанность реальна, если материя в отсутствие наблюдения существует в состоянии суперпозиции и, если эффект наблюдателя конструирует реальность, – буквально все может произойти, если подождать достаточно долго. Если рассматривать всю совокупность человеческих мыслей, можно сказать, что наши возможности безграничны. Вы можете представить, что на вашем заднем дворе приземляется самолет, а я – как на коленях появляется огурец.

Также вы можете растягивать и ускорять время – вот почему моя состоящая из двух частей формула о том, как работает время, в каком-то смысле является теорией всего. Научные теории, объединяющие гравитацию с квантовой теорией в единую теорию, основываются на наблюдении – я его называю состоянием сфокусированного внимания. Состояние субатомных частиц не определено и зависит от наблюдателя – вас. Это говорит о том, что реальность – в том числе время – отчасти физическое, отчасти воспринимаемое явление. Поскольку вы контролируете вторую часть формулы, свое восприятие, вы можете контролировать время.

Так почему же «все что угодно» не случается чаще? Что ж, оно может происходить чаще, чем мы думаем. Допустим, вы роняете стакан и видите, что он падает так медленно, что можете легко поймать его до соприкосновения с полом. Скорее всего, вы посчитаете это странным, придумаете логичную причину, по которой это произошло, и забудете о том, что произошло. Или скажете себе: «Я и впрямь это видел? Не может быть». Чаще всего мы сбрасываем со счетов подобный опыт. Находим ему объяснения. Почему? Потому что он не вписывается в наши представления о реальности. Но ученые все чаще доказывают, что подобное действительно происходит в макроскопическом мире. Как предположительно сказал Уинстон Черчилль о своем политическом оппоненте, премьер-министре Стэнли Болдуине: «Порой он спотыкался о правду, но всегда брал себя в руки и шел дальше, будто ничего не произошло». То же можно сказать и о нас, когда происходит нечто необычное, и мы не обращаем на это внимание.

Исследователи в подобных случаях говорят про избирательное внимание. Избирательное внимание – фокусирование на одном из двух происходящих в одно время событий. Прекрасный пример – забавное видео, на котором люди в белых и черных футболках кидают друг другу два баскетбольных мяча. Закадровый голос просит посчитать зрителя, сколько раз люди в белых футболках бросили друг другу мяч. Прежде чем читать дальше, посмотрите это видео, если не видели его раньше. Спойлер: в конце зрителя спрашивают, видели ли они гориллу. Действительно, некто в костюме гориллы идет к игрокам, останавливается в самом центре разворачивающегося действа, несколько раз бьет себя в грудь перед камерой и уходит. Однако большинство людей, не зная о том, что нужно обратить внимание на гориллу, не замечают ее.

Это прекрасный пример работы избирательного внимания: мы не замечаем нечто столь очевидное, как человек в костюме гориллы, потому что сосредоточены на чем-то другом и не ожидаем увидеть нечто подобное. Схожим образом, если мы ожидаем, что все видимое подчиняется законам классической физики, но вместе с ней в привычном нам мире работает и квантовая механика, мы можем просто не замечать того, что происходит на самом деле. Почему самолет не приземляется у нас во дворе и огурец не появляется на коленях? Потому что мы получаем то, чего ожидаем. Чаще всего.

Хотя многие приведенные здесь утверждения все еще имеют теоретический характер, исследования, применяющие квантовую теорию к макроскопическому миру, позволяют предположить, что квантовая механика применима ко всей реальности – к большому, маленькому и всему промежуточному. Наши ожидания могут не совпадать со всеми научными открытиями.

Противоположностью избирательного внимания является то, что я называю состоянием сфокусированного восприятия – когда человек переходит в высшее состояние сознания, которое еще называют зоной, потоком или Сейчас.

В следующей главе мы рассмотрим другие доказательства, демонстрирующие, какую огромную роль играет восприятие в ощущении времени и способности влиять на него или даже контролировать.