Книга: Наша математическая вселенная

«Коса» жизни

«Коса» жизни

Георгий Гамов озаглавил автобиографию «Моя мировая линия». Этим выражением пользовался и Эйнштейн для обозначения пути по пространству-времени. Однако ваша собственная мировая линия, строго говоря, не является линией: она не прямая и имеет ненулевую толщину.

Рассмотрим сначала около 10²⁹ элементарных частиц (кварков и электронов), из которых состоит ваше тело. Вместе они образуют в пространстве-времени трубкообразную фигуру, наподобие спиральной траектории Луны (рис. 11.1), но более сложную (ваши передвижения от рождения до смерти гораздо сложнее, чем у Луны). Так, если вы плаваете по дорожке в бассейне, часть вашей пространственно-временной трубки будет иметь зигзагообразную форму. А если вы носитесь по детской площадке, часть вашей пространственно-временной трубки будет напоминать серпантин.

Однако самое интересное свойство вашей пространственно-временной трубки — не многочисленные изгибы, а её удивительно сложная внутренняя структура. В то время как частицы, составляющие Луну, скреплены более или менее жёстко, многие из ваших частиц находятся в постоянном движении друг относительно друга.

Рассмотрим, например, частицы, которые составляют красные кровяные тельца (эритроциты). Каждый эритроцит прокладывает собственную уникальную трубку в пространстве-времени, соответствующую сложному маршруту по артериям, капиллярам и венам с регулярным возвращением к сердцу и лёгким. Пространственно-временные трубки эритроцитов переплетаются и образуют нечто, напоминающее косу, только гораздо более сложную, чем всё виденное вами в парикмахерской. Обычная человеческая коса состоит из трёх чередующихся прядей примерно по 30 тыс. волос каждая. А пространственно-временная «коса» сложена из триллионов «прядей» (по одной на эритроцит), переплетённых в никогда не повторяющемся орнаменте, и каждая «прядь» состоит из триллионов волосоподобных траекторий элементарных частиц. Иными словами, если представить, что вы потратите целый год, делая подруге по-настоящему сумасшедшую причёску и переплетая отдельные волоски, а не пряди, то паттерн всё равно окажется гораздо проще.

И всё же эта сложность блёкнет в сравнении с паттернами обработки информации в мозге. Как говорится в гл. 8 и показано на рис. 8.7, у вас около 100 млрд нейронов, постоянно генерирующих электрические сигналы, которые приводят в движение миллиарды триллионов атомов (в основном ионов натрия, калия и кальция). Траектории этих атомов образуют в пространстве-времени чрезвычайно сложное переплетение, соответствующее запоминанию и обработке информации так, что возникает знакомое нам чувство самосознания. В научном сообществе есть широкое согласие относительно того, что мы ещё не понимаем, как это работает. Поэтому следует признать, что мы не вполне понимаем, что собой представляем. В общих чертах можно сказать: вы — паттерн в пространстве-времени. Математический паттерн. Пространственно-временная «коса», одна из сложнейших.

Для некоторых людей эмоционально неприемлемо думать о себе как о коллекции частиц. Действительно, лет в двадцать я здорово поржал, когда мой друг Эмиль, пытаясь задеть моего друга Мэтса, обозвал его atomh?g, по-шведски «атомная куча». Однако если кто-то скажет: «Не могу поверить, что я просто куча атомов!» — я обращу его внимание на использование слова «просто»: сложнейшая пространственно-временная «коса», которая соответствует сознанию, бесспорно, является самым красивым из сложных паттернов в нашей Вселенной. Пространственно-временной паттерн самого быстрого из компьютеров, или Большого Каньона, или даже Солнца, гораздо проще.

В то время как многие частицы внутри вас находятся в постоянном сложном движении, отвечающем за жизнедеятельность, движения других гораздо проще, в их числе, например, те, которые составляют кожу, не позволяющую остальным частицам разлететься. Это значит, что ваша пространственно-временная трубка чем-то похожа на электрические кабели, внутри которых жилы переплетены, а снаружи укрыты изоляцией в виде полой трубки. Более того, многие из ваших частиц регулярно заменяются. Например, около 3/4 веса вашего тела приходится на молекулы воды, которые заменяются примерно каждый месяц, а клетки кожи и эритроциты заменяются каждые несколько месяцев. В пространстве-времени траектории частиц, присоединяясь, а затем покидая ваше тело, создают паттерн, напоминающий волосатый початок кукурузы. На двух концах вашей пространственно-временной «косы», соответствующих рождению и смерти, нити постепенно разделяются, что соответствует частицам, которые сначала к вам присоединяются, взаимодействуют и в конце концов уходят своим собственным путём (рис. 11.4, справа). Это делает пространственно-временную структуру жизни похожей на дерево. В нижней части, соотносимой с ранним периодом, находится сложная система корней, отвечающая пространственно-временным траекториям множества частиц. Те постепенно объединяются в толстые сплетения и в конце концов образуют единую трубкообразную магистраль, соответствующую вашему нынешнему телу (внутри которого описанная выше «коса»). На вершине, соотносимой с поздним периодом, магистраль разделяется на всё более тонкие ветви, соответствующие вашим частицам, уходящим своими путями, когда ваша жизнь заканчивается. Иными словами, паттерн жизни имеет лишь конечную протяжённость во временном измерении, и «коса» на обоих концах расплетается на «локоны».

Рис. 11.4. Сложность — отличительный признак жизни. Движению объекта соответствует паттерн в пространстве-времени. Неживой комок из десяти частиц, ускоряемый влево, порождает простой паттерн (слева), тогда как частицы, составляющие живой организм, образуют сложный паттерн (посередине), соответствующий сложному движению, реализующему обработку информации и другие жизненные процессы. Когда живой организм умирает, он в конце концов разлагается, и его частицы отделяются друг от друга (справа). На этих иллюстрациях показано всего 10 частиц. Наш собственный пространственно-временной паттерн включает около 10²⁹ частиц, и он умопомрачительно сложен.

Все обсуждавшиеся здесь паттерны существуют, конечно, в четырёх измерениях, а не в трёх, и метафоры с косами, кабелями и деревьями не должны восприниматься слишком буквально. Основная мысль проста: вы можете быть неизменным паттерном в пространстве-времени — детали не так важны для идей, которые мы обсуждаем. Этот паттерн является частью математической структуры, представляющей собой нашу Вселенную, а отношения между частями этого паттерна задаются математическими уравнениями. Эвереттовская квантовая механика наделяет (гл. 8) вас более интересной (но не в меньшей степени математической) структурой, поскольку вы как единое существо (ствол дерева) можете разделяться на множество ветвей, и каждая ощущает себя единым и неповторимым существом.

Проживая мгновение

Итак, пространство и материя в нём могут быть частью математической структуры. Даже мы сами можем быть её частью. Но всему есть цена: мы пожертвовали привычным чувством течения времени, признав его иллюзией, и вместо этого считаем время четвёртым измерением в неизменной математической структуре. Но как примирить это с нашим субъективным опытом, свидетельствующим о том, что вещи от мгновения к мгновению изменяются?

Ваше субъективное восприятие существует в пространстве-времени, как все сцены кинофильма собраны на DVD. В частности, пространство-время содержит большое число косицеобразных паттернов, отвечающих субъективным восприятиям как в разных местах (соответствующих разным людям), так и в разное время. Будем называть каждое такое восприятие наблюдательным мгновением. В статье о математической Вселенной (1996) я предложил другое название, однако «наблюдательное мгновение» нравится мне больше, а Ник Бострём и другие философы в последние годы популяризовали его. Из собственного опыта вам известно, что некоторые наблюдательные мгновения ощущаются как связанные, образующие непрерывную последовательность, соответствующую тому, что вы называете своей жизнью. Однако это ощущение приводит к непростым вопросам. Как устроена эта связь? Существуют ли правила, определяющие, какие наблюдательные мгновения кажутся связанными, и почему связанные последовательности наблюдательных мгновений субъективно ощущаются как течение времени?

Очевидная догадка — эта связь имеет отношение к непрерывности: два наблюдательных мгновения ощущаются как связанные, если они соседствуют в пространстве и времени, а также являются частью одного паттерна. Однако рис. 11.5 демонстрирует, что этот вопрос сложнее, чем кажется. Во-первых, наблюдательное мгновение в, соответствующее моменту, когда я проснулся, ощущается связанным с наблюдательным мгновением б, которое соответствует моему засыпанию. А именно, мне кажется, что в является продолжением б, несмотря на то, что эти два наблюдательных мгновения вовсе не соседствуют в пространстве и времени. Во-вторых, имеется множество других наблюдательных мгновений (соответствующих восприятиям других людей, находящихся со мной на борту), которые гораздо ближе к в как в пространстве, так и во времени. Так почему бы в не ощущаться связанным с одним из их наблюдательных мгновений? В-третьих, представьте себе моего идеального клона, созданного, пока я спал. У него все частицы находятся в тех же конфигурациях, за исключением того, что он находится на борту другого такого же самолёта. Тогда субъективное восприятие клона после пробуждения будет субъективно идентичным тому, что было у меня в точке в, то есть по определению оно будет ощущается связанным с б, несмотря на отсутствие связи паттернов в пространстве и времени.[76]

Рис. 11.5. Моя мировая линия при полёте в Лондон. Вскоре после взлёта (а) я уснул (б) и проснулся (в) незадолго до посадки (г). Несмотря на то, что моё сознательное восприятие в точке в отстоит от того, что было в точке б как в пространстве, так и во времени, всё равно кажется, что оно непрерывно связано с моим последним сознательным восприятием в точке б, а не с множеством других сознательных восприятий (принадлежащих моим попутчикам), которые гораздо ближе к в, чем к б, как в пространстве, так во времени.

Это наводит на мысль, что соображения непрерывности — ложный след и что попросту не существует никакого ещё не открытого физического процесса, который вызывал бы ощущение связанности некоторых наблюдательных мгновений, объясняя тем самым знакомое нам ощущение течения времени. К счастью, существует более простое объяснение, не требующее никакой новой физики. Гипотеза математической Вселенной в сочетании с нашим субъективным опытом подразумевает, что в пространстве-времени существуют очень сложные косицеобразные структуры, обладающие самосознанием и субъективно воспринимающие наблюдательные мгновения. Мы знаем, что эти структуры могут быть хорошо локализованы как в пространстве, так и во времени: мозг занимает объём всего около литра, а время, требующееся ему для отдельной мысли или ощущения, составляет обычно около десятой доли секунды плюс-минус порядок величины. Это означает, что субъективное восприятие наблюдательного момента зависит только от того, что находится прямо здесь, в небольшой области пространства-времени, а не от чего-либо отдалённого в пространстве (такого, как внешняя реальность, которую вы видите вокруг) или во времени (вроде пережитого вами несколько секунд назад). Вместе с тем важнейшим элементом сознательного восприятия является следующее: прямо сейчас вы воспринимаете и тот факт, что перед вами эта книга, и фразу, которую прочли пять секунд назад, несмотря на то, что ни книга, ни фраза не принадлежат малой области пространства-времени, составляющей ваше настоящее наблюдательное мгновение. Иными словами, вам кажется, будто способ, каким вы ощущаете свои наблюдательные мгновения, задействует нечто, находящееся в отдалении и в пространстве, и во времени — хотя влияние ни того, ни другого не допускается. Как это возможно?

Обсудив пространственную часть этого парадокса (гл. 9), мы пришли вот к чему: сознание наблюдает не внешний мир, а, скорее, детализированную модель реальности в мозге. Эта модель непрерывно обновляется за счёт данных, поступающих от органов чувств, следящих за внешним миром.[77] Так что пространственно-временной паттерн, отвечающий вашему текущему наблюдательному мгновению, включает мгновенное состояние вашей модели реальности. Как показано на рис. 11.6, аналогично дело обстоит и с временной частью: ваша модель мира включает не только информацию о текущем состоянии окружения, но и память о том, каким оно было. Каждый из восьми фрагментов фильма представляет собой наблюдательное мгновение. Для каждого есть чёткий образ того, что происходит сейчас, и всё более туманные воспоминания о том, что происходило в прошлом. Таким образом, всю последовательность событий во времени вы осознаёте прямо сейчас. Модель пространственной реальности даёт субъективное ощущение видения трёхмерного пространства, хотя сознание имеет дело с моделью реальности в мозге. Модель временной реальности с последовательностью воспоминаний даёт субъективное ощущение протекания последовательности событий во времени, несмотря на то, что сознание имеет дело лишь с моделью реальности в мозге в одно-единственное наблюдательное мгновение.

Рис. 11.6. Субъективное восприятие пространства-времени (наблюдательные мгновения) дайвера и лыжника в четыре отдельных момента времени. Каждый отрезок фильма соответствует одному наблюдательному мгновению и включает ясное изображение того, что происходит в данный момент, а также всё более туманные воспоминания о том, что происходило в прошлом. Если я перемешаю случайным образом эти восемь отрезков, вы легко сможете восстановить последовательность, опираясь на связи между ними: текущее зрительное впечатление (правый кадр) в некоторые наблюдательные мгновения совпадает с воспоминаниями в другие мгновения.

Иными словами, субъективное ощущение того, что время течёт, возникает из отношений между воспоминаниями, которые есть у вас прямо сейчас. Представьте мысленный эксперимент, в котором мой идеальный клон создан спящим вместе со всеми моими воспоминаниями, а затем разбужен ровно настолько, чтобы воспринять одно-единственное наблюдательное мгновение. Он всё равно почувствовал бы, что время течёт из сложного и интересного прошлого, хотя сам он мог воспринять лишь одно мгновение. И это означает, что субъективные восприятия длительности и изменений являются квалиа — базовыми непосредственными восприятиями вроде красноты, голубизны или сладости.

Указанное следствие из гипотезы математической Вселенной весьма радикально. Пожалуйста, сделайте паузу, чтобы хорошенько его обдумать. То, что вы осознаёте в этот момент, ощущается не как фотография, а как видеоклип. Кино не является реальностью — оно существует только у вас в голове, это часть вашей модели реальности. В нём много информации об актуальной внешней физической реальности (если только вы не спите и не галлюцинируете), но всё равно это лишь отредактированная версия реальности, вроде вечерних теленовостей, в основном состоящая из определённых деталей в пространственно-временных окрестностях, которые ваш мозг считает полезным осознавать.

При просмотре теленовостей вы не наблюдаете непосредственно отдалённые области пространства, а смотрите отредактированное кино об этих областях. Подобным образом вы наблюдаете не прошлое, а отредактированное кино об этом прошлом. Но, в отличие от просмотра новостей в течение нескольких минут, вы видите свою внутреннюю кинохронику всю сразу, одновременно осознавая настоящие и прошлые события. Секунду спустя вы вновь видите свою внутреннюю кинохронику всю сразу, и по большей части она остаётся неизменной, как повторный выпуск теленовостей, но с некоторыми монтажными изменениями: добавлена секунда свежего материала в конце и немного сокращено остальное. То есть, несмотря на то, что наблюдательное мгновение объективно занимает менее 1 литра и 1 секунды, субъективно оно ощущается так, как если бы занимало всё пространство, которое вы осознаёте, и всё время, которое вы помните. Вы ощущаете, будто здесь и сейчас наблюдаете это пространство и время, но они являются лишь составляющими модели реальности, которую вы воспринимаете. Вот почему вы субъективно чувствуете, что время течёт, хотя этого не происходит.

Самосознание

Вы также присутствуете в этом кино: ваша модель реальности включает и модель себя. Вот почему вы не только сознаёте, но также самосознаёте. Когда вы чувствуете, что смотрите в книгу, в действительности происходит следующее: модель реальности в мозге содержит модель вас, смотрящего в модель этой книги (рис. 11.7). Это приводит к фундаментальному для проблемы сознания вопросу: кто смотрит на модель реальности вашего мозга, чтобы породить субъективное осознание? Моё предположение — никто! Если бы существовала другая часть вашего мозга, которая действительно смотрела бы на модель реальности в целом и осознавала бы всю эту информацию, то такая область мозга должна была бы физически перемещать эту информацию в собственную локальную копию. С эволюционной точки зрения это было бы пустой тратой ресурсов, и нейрофизиологические исследования не обнаруживают никаких признаков такого масштабного дублирования. Более того, это всё равно не дало бы ответа на вопрос: если наблюдатель действительно необходим, то дублированная модель реальности, в свою очередь, нуждалась бы в наблюдателе, чтобы быть субъективно воспринимаемой, а это вело бы к ещё одной проблеме бесконечного регресса.

Напротив, я считаю, что мой ответ красив своей простотой: никакого наблюдателя не требуется, поскольку ваше сознание, по сути, и есть ваша модель реальности. Я думаю, что сознание — это способ, каким информация ощущает то, что она подвергается обработке определёнными сложными методами. Поскольку различные отделы мозга взаимодействуют друг с другом, различные части вашей модели реальности тоже могут взаимодействовать, так что ваша модель себя может взаимодействовать с моделью внешнего мира, порождая субъективное ощущение, что первое воспринимает второе. Когда вы смотрите на клубнику, ваша модель красного цвета ощущается субъективно совершенно реальной, и то же самое происходит с вашей моделью вашего мысленного взора с определённой наблюдательной позиции. Мозг удивительно изобретателен в интерпретации базовых типов электрических сигналов в пучках нейронов в качестве квалиа, которые субъективно ощущаются как различные. Мы воспринимаем их как цвета, звуки, запахи, вкусы или прикосновения в зависимости от того, приходит пучок нейронов от глаз, ушей, носа, рта или кожи. Ключевое различие не в нейронах, передающих информацию, а в схемах их соединения. Хотя ваше восприятие себя и восприятие вами клубники различны, правдоподобно предположение, что на фундаментальном уровне и то, и другое однотипные вещи — сложные паттерны в пространстве-времени. Иначе говоря, я утверждаю, что ваше восприятие себя, то есть наблюдательной площадки, которую вы называете «я», — это квалиа, как и субъективное восприятие «красного» или «зелёного».

Рис. 11.7. Я думаю, что сознание — это способ, каким информация ощущает то, что она подвергается обработке определёнными сложными методами и что конкретный тип сознания, который субъективно воспринимаем мы, возникает, когда модель себя в вашем мозге взаимодействует с моделью мира в том же мозге. Стрелки вверху показывают информационные потоки. Например, информация, непрерывно поступающая от органов чувств, помогает вашей модели мира следить за внешней реальностью. А информация, выводящаяся через моторную кору больших полушарий головного мозга, управляет мышцами, чтобы влиять на внешнюю реальность, например, переворачивая страницы этой книги.

Предсказание будущего

Одна из ключевых целей науки и, на самом деле, одна из ключевых функций мозга состоит в предсказании будущего. Но если время не течёт, то что мы подразумеваем под предсказанием нашего будущего?

На рис. 11.6 показано, как можно переформулировать этот чувствительный вопрос без упоминания об изменениях или потоке времени. Восемь представленных наблюдательных мгновений принадлежат двум людям. Первый занимается дайвингом, а второй горными лыжами, и каждому человеку соответствует длинный косицеобразный паттерн в пространстве-времени. При сравнении этих восьми наблюдательных мгновений между ними обнаруживаются интересные отношения: текущее визуальное впечатление (правый кадр в каждом фрагменте) определённого наблюдательного мгновения совпадает со свежей памятью (средним кадром) других, а эти свежие воспоминания отчасти совпадают с более старой памятью (левый кадр) других наблюдательных мгновений. Так уникальным образом определяются две временные последовательности, соответствующие левому и правому столбцам. Фрагменты, соответствующие более поздним моментам времени, на рисунке расположены выше.

Рассмотрим все наблюдательные мгновения во всём пространстве-времени. Вашими будущими восприятиями естественно называть те, которые, стыкуясь друг с другом, подобно пазлу, соединяются с вашим настоящим наблюдательным мгновением. В частности, все они должны содержать ваши текущие воспоминания в правильном порядке (с разумными поправками на забывчивость и ошибки памяти), дополненные соответствующими воспоминаниями. Допустим, вы дайвер, только что заметивший гигантскую черепаху, плывущую вправо (рис. 11.6, левая колонка, второе наблюдательное мгновение сверху), и хотите предсказать своё будущее. В порядке мысленного эксперимента допустим также, что вы бесконечно умны, знаете, какова математическая структура Вселенной, рассчитали все её наблюдательные мгновения и как они субъективно воспринимаются. Вы понимаете, что единственное из них, которое совпадает с вашим текущим наблюдательным мгновением и содержит дополнительную секунду восприятия в конце — это наблюдательное мгновение на рисунке вверху слева. Таким образом, вы предсказываете, что именно это вы и будете воспринимать через секунду: вы должны увидеть секунду спустя, как гигантская черепаха повернёт к вам. Тут-то вы и вспоминаете о привычном научном понятии причинности: именно так, исходя из настоящего, будущее и предсказывается.