скачать книгу бесплатно
Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности
Энтони Агирре
Элементы 2.0
Энтони Агирре – не только известный физик, космолог и математик, но и популяризатор науки, выступавший как эксперт в ряде документальных фильмов. В своих “Космологических коанах” он решил рассказать об устройстве нашего мира именно как физик и прибегнул для этого к практике дзен-буддистских коанов. Коаны – это своего рода притчи, в которых заключено учение о реальности, как оно понимается адептами дзен-буддизма. Таких коанов в книге несколько десятков, и каждый из них затрагивает какую?то одну тему (классическую и квантовую механику, теорию вычислений, энтропию и т. д.). Нелегко говорить о таких сложных предметах понятно и увлекательно, но автору это удалось: вдумчивый читатель еще раз убеждается, что наша Вселенная – место довольно таинственное и что между ее свойствами и существованием людей есть связь.
Энтони Агирре
Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности
Anthony Aguirre
Cosmological koans. A journey to the heart of physical reality
© Anthony Aguirre, 2019
© Т. Лисовская, И. Каганова, перевод на русский язык, 2021
© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2021
© ООО «Издательство АСТ», 2021
Издательство CORPUS ®
Карта путешествия
Введение
Однажды, несколько лет назад, я прогуливался и размышлял о других вселенных. Эта тема выходит за рамки деятельности профессионального космолога, прямая обязанность которого – исследование нашей вселенной, но именно тем снежным днем я думал о других. Точнее, у меня в голове крутилась мысль о том, что комфортность жизни в нашей вселенной зависит от совпадения многих очень специфических факторов. Например, если бы электростатическое отталкивание между протонами в ядрах атомов было чуть сильнее, эти атомы, а следовательно, и химические реакции, а следовательно, скорее всего и сама жизнь не могли бы существовать. Есть много и других подобных «совпадений». Я пришел к выводу о том, что существуют четыре – всего лишь четыре! – возможных объяснения того факта, что законы физики кажутся тщательно продуманными и созданными такими, чтобы позволить нам – живым сознательным существам – существовать в этом мире.
Первое. Возможно, законы физики действительно были созданы именно для нас: когда рождалась вселенная, она (или какое-то Сверхсущество, которое ее создало) специально проектировала ее для нас или, по меньшей мере, для какой-то жизни. Второе. Возможно, это просто невероятное совпадение и нам крупно повезло: кто-то однажды «бросил игральную кость», и выпала грань с той цифрой, которая, помимо прочего, соответствовала нужной силе взаимодействия между протонами. Третье. Может оказаться, что «вселенных» много, и в каждой из них – свои законы физики, и мы с вами помещены в одну из вселенных, в которых возможна жизнь. Четвертое. Возможно, все совпадения – иллюзия, и жизнь могла бы найти способ возникнуть в любой вселенной при любых возможных законах физики.
Но тут мои мысли зашли в тупик, и вот почему: каждое из четырех объяснений выглядело невероятно захватывающим, и все же мне казалось, что корректным должно оказаться лишь одно из них. В глубине души у меня крепла уверенность в том, что наша Вселенная – действительно довольно таинственное место.
Меня поразила не столько загадочность самой Вселенной, сколько то, отчего этот вопрос встает в полный рост только тогда, когда мы его задаем. Загадка не в том, почему Вселенная обладает теми, а не другими свойствами, а в том, какая связь есть между ними и существованием всех нас – людей, наделенных сознанием и размышляющих над этими свойствами.
Цель «Космологических коанов» – исследовать ту странную глубинную связь, которая возникает между структурой физического мира (от бесконечно малых до самых больших, космических, масштабов) и нашим субъективным опытом – опытом обитателей этого мира. Я приглашаю вас взглянуть на важнейшие физические вопросы через призму личного опыта и надеюсь передать вам хотя бы частичку того ощущения тайны, смятения и удивления, которое возбудили во мне эти размышления. Я посвятил годы своей жизни физике, потому что именно на этом пути самые блестящие умы человечества приблизились к разгадке фундаментальных тайн устройства мира. Мы с вами неотъемлемы от него, и иногда новые ощущения приносят мне даже мои собственные раздумья. Именно так и случилось во время той прогулки по снегу, когда я ясно ощутил тайну, лежащую в основе нашего мира и наших жизней как его части. Однако многие люди, и профессионалы в том числе, воспринимают физику совсем иначе – как довольно трудную, абстрактную и сухую науку, имеющую мало общего с реальной жизнью и еще того меньше – с красотой и тайной. Даже энтузиасты, увлеченные экзотическими черными дырами, путешествиями во времени, квантовыми парадоксами и проблемами космоса, часто относятся ко всему этому только как к чему-то странному (хотя и интересному), существующему за рамками «нашего» мира. По их мнению, изучать подобные феномены и тем более разбираться в них могут лишь весьма далекие от земных проблем люди, принадлежащие, если угодно, к высшей касте. Но красота и единство мира – и, безусловно, физики как науки, его описывающей, – говорят нам о том, что мы связаны с этими вещами гораздо более тесно, чем думает большинство людей.
В моей книге высказывается довольно радикальное предположение о том, что мы не только неотъемлемы от всей нашей огромной Вселенной, но и занимаем в ней центральное место. Это не отменяет того, что в действительности мы представляем собой некое образование из мельчайших пылинок на крохотной планете – одной из миллиардов триллионов планет в нашей наблюдаемой вселенной, которая, в свою очередь, вполне может быть одной из множества вселенных. В физическом смысле мы и впрямь до смешного незначительны. Но я постараюсь убедить вас, что ваше существование имеет гигантское значение: вы – думающее, сознательное существо – являетесь частью сообщества существ, ответственных за придание смысла вселенной, в которой мы все живем, и даже за само ее бытие.
В какой-то момент после того, как я стал размышлять о множественных вселенных, я заговорил об этом со своим другом, который, как выяснилось, давно увлекался дзен-буддизмом. Он заметил, что мой рассказ напомнил ему о том, что происходит во время практики дзен-коанов. Мы с ним побеседовали об этом, и вскоре мне стало ясно, что практика коанов очень похожа на мой метод размышления, хотя и несколько отличается от него по поставленным целям. Дзен-буддистские коаны, собранные в книгах, являются своего рода притчами, в которых заключено учение о реальности, как оно понимается адептами дзен-буддизма. Классические коллекции дзен-коанов продаются в книжных магазинах. Но практика коанов была разработана как средство, с помощью которого учитель может предложить ученику ситуацию, изначально кажущуюся тупиковой, но способную быть разрешенной, если практикующий сумеет преодолеть привычный ход мыслей и решить коан не на основе имеющегося у него знания или предыдущего опыта, а на основе нового понимания. Практика коанов всегда является полностью личным опытом и предполагает соучастие.
Итак, я решил создать набор космологических коанов, чтобы исследовать связь между нами и невообразимо огромной, поразительно сложной и бесконечно загадочной Вселенной.
Цель этой книги – не сравнивать, не уравнивать и не противопоставлять друг другу физику и восточный мистицизм, как это сделано в некоторых сочинениях. В процессе изложения возникнут и реальные параллели, но в первую очередь я позаимствовал из практики дзен методику и подход, а не содержание. И в физике, и в практике дзен глубокое понимание достигается путем преодоления традиционного образа мыслей и выработки совершенно нового взгляда на проблему. Стандартные подходы могут быть невероятно цепкими и закамуфлированными. Например, Аристотель установил, что предметы стремятся оставаться в состоянии покоя, перемещаясь только тогда, когда их толкнут или потянут; после того как эти воздействия прекратятся, предметы вернутся в состояние покоя. И почти все верили в это (а многие верят и до сих пор). Галилею и другим ученым понадобилось целых 2000 лет, чтобы обнаружить (а потом еще и убедить в этом мир!), что на самом деле предметы стремятся оставаться в движении. В состоянии покоя они оказываются не по естественным причинам, а под действием определенных сил, например, силы трения.
История физики изобилует такими революционными прозрениями как ньютоновское открытие идентичности физической природы гравитации на Земле и в Солнечной системе. Или радикальный переворот в нашем понимании пространства и времени, произведенный Эйнштейном. Или открытие Гейзенбергом присущей фундаментальной физике неопределенности, и т. д. Как эти прорывы совершались? Во многом, как и в практике дзен, этому предшествовали долгое пребывание в растерянности, признания в непонимании и в своем «невежестве», а нередко и сражение с кажущимися парадоксами. Но в конце концов всегда побеждала смелость взглянуть на явление по-новому. Как сказал философ Артур Шопенгауэр, «задача состоит… не столько в том, чтобы увидеть то, что никто еще не видел, а в том, чтобы подумать о том, что все видят, но о чем еще никто не думал»[1 - Цитата из книги Ludwig von Bertalanffy. Problems of Life: An Evaluation of modern Biological Thought. Eastford, CT: Martino Fine Books, 2014, 1.].
Практика дзен в значительной степени посвящена пониманию непосредственной связи между субъектом – его внутренним субъективным миром – и реальностью. Анализ этой связи является задачей и настоящей книги, хотя с несколько отличной точки зрения – точки зрения современного научного понимания, завоеванного тяжким трудом и посредством интенсивных интеллектуальных усилий.
Таким образом, моя цель состоит в том, чтобы, взяв на вооружение инструментарий и метод практики коанов, получить некоторое реальное понимание структуры физики и узнать, что она говорит нам об истинной природе нашего физического мира. Этот подход приведет нас к пограничным между наукой и философией вопросам – пожалуй, самым захватывающим из тех, что были сформулированы человечеством. Но хотя они важны и заслуживают внимания, они служат всего лишь средством для достижения основной цели данной книги – сопоставления нашего субъективного восприятия мира с объективным миром, который замечательно описан физикой, но, как обнаружилось, сильно отличается от того, чем кажется. И я очень надеюсь, что эта книга приведет вас – как она привела меня при ее написании – к ощущениям, превосходно переданным Эйнштейном: «Самое прекрасное, что мы можем испытать – это ощущение тайны. Знать, что непостижимое действительно существует, проявляя себя через величайшую мудрость и самую совершенную красоту, которую наши ограниченные способности могут постичь только в самой примитивной форме.» [2 - Michael White and John Gribbins. Einstein: A Life in Science. London: Simon & Schuster, 1993, 262.]
Теперь – несколько предостережений и соображений, которые следует иметь в виду.
Хотя подача материала в книге в общем виде напоминает книги дзен-коанов, истории, описанные здесь, на самом деле не дзен-коаны, и их понимание не требует никакого опыта в практике и теории дзен!
Эти коаны представляют собой вымышленное путешествие, представленное как некий сборник рассказов, сюжет которых будет тем яснее, чем ближе будет конец книги. Их следует рассматривать как вымышленные истории или как притчи: хотя реальные исторические фигуры существовали примерно в то время и в том месте, большинство описанных событий никогда не происходило да, вероятно, и не могло произойти.
Однако же я приложил все усилия, чтобы точно передать ключевые физические и космологические идеи… хотя, возможно, и в несколько нетрадиционном стиле. Сюжеты коанов взаимосвязаны, эффект от их чтения накапливается постепенно, смысл собранных вместе различных аргументов и линий рассуждений будет прояснен только в последующих коанах или даже частях книги. Так что, возможно, лучше читать коаны по порядку, а не вразнобой.
Обратите внимание, что, хотя я и сократил количество математических формул, некоторые уравнения я все же оставил. Для тех, кто прошел курс школьной математики, они, надеюсь, упростят изложение, а не усложнят его[3 - Если не верите, что такое возможно, попытайтесь полистать наиболее известную работу Ньютона «Математические начала натуральной философии», содержащую в основном текст, а не формулы! – Прим. редактора: как это, так и дальнейшие примечания, кроме особо оговоренных, авторские.]. Дополнительные сведения для интересующихся вынесены в концевые сноски.
Наконец, хотя во многих коанах вопросы рассматриваются на довольно глубоком уровне, ни один из них не являет собой исчерпывающее описание – ведь почти каждому вопросу, затронутому в коанах, можно посвятить целую книгу, а то и жизнь. Так что это не учебник, и я вовсе не ставил себе целью полностью растолковать какой-то конкретный набор идей. Перед вами, скорее, ряд открытых дверей, в которые вас приглашают войти (особенно это касается последних коанов). Если же вы предпочитаете получать простые или исчерпывающие ответы, то моя книга может вас разочаровать. Я всегда считал, что самое важное – это именно вопросы. Готовые ответы могут, разумеется, доставить удовлетворение – но только неполное и только на короткое время. Глубокие и тонкие вопросы полезны в том смысле, что они помогают задуматься над еще более тонкими и интересными вопросами. Если идея книги покажется вам удачной, вы поймете гораздо больше, чем понимаете сейчас, но гораздо меньше того, что нужно понять. Так что если вы почувствуете, что перестаете понимать, я призываю вас не раздражаться и уж точно не мучиться от комплекса неполноценности, а отнестись к чтению как к возможности получить удовольствие. Я практически гарантирую, что над проблемой, которая поставила вас в тупик, целые годы бились лучшие умы человечества, чтобы в конце концов найти (или нет!) удовлетворительное решение.
Часть 1
Путь, который нам предстоит пройти
То, что уже было передвинуто, не движется.
То, что еще не было передвинуто, не движется.
Помимо того, что уже было передвинуто и еще не было передвинуто, движение нельзя определить.
Нагарджуна «Строфы, основополагающие для учения о срединном пути»[4 - Перевод выполнен Jay Garfield in The Fundamental Wisdom of the Middle Way: Nagarjuna’s Mulamadhyamakakrika. New York: Oxford University Press, 1995, 6. Нагарджуна – буддийский философ второго века, живший в Индии, на чьих идеях и трудах в основном сформировался буддизм Махаямы, подразделом которого и является дзен-будд.]
1. Стрела
(Киото, Япония, 1630 год)
Слегка сосредоточившись, сэнсэй Муненори плавно тянет на себя тетиву; лук изгибается. Стрела, как перезревший плод, высвобождается и летит.
Она устремляется прямо в твое сердце.
Во время длящегося вечность полета стрелы ты задаешь себе вопрос: «Что есть этот настоящий момент?»
Предвидя конец, твой ум становится острым как бритва, время разбивается на несчетное множество быстро проходящих моментов. В один такой прекрасный миг ты видишь стрелу, застывшую между двумя мельчайшими «тик-таками», отмеренными самыми точными часами. В этот момент безвременья стрела прекращает свое движение, и ничто не толкает и не тянет ее к твоему сердцу.
Как же тогда она движется?
В то время как твой еще неопытный ум пытается постичь эту тайну, стрела летит.
Есть такая вещь как интервал, в который нельзя поместить даже волос.
Такуан Сохо «Освобожденный ум»
Что это такое – тот единственный момент, когда стрела неподвижно висит в воздухе? Мы обычно воспринимаем время как следующие друг за другом мгновения – вроде «тик-таков» часов. Но как только мы пытаемся сосредоточиться на одном конкретном текущем мгновении – одном тике cамых точных часов, мы оказываемся в большой компании мыслителей, задумывавшихся над этим же, и начинаем ощущать наличие некоей тайны. Уильям Джеймс изложил это так: «Пусть кто-нибудь попытается, я не скажу – остановить, но только подметить настоящий момент времени, – и последует один из самых неудачных опытов. Где оно, это настоящее? Оно растаяло, исчезло прежде, чем мы могли его коснуться, ушло уже в самый момент возникновения»[5 - WILLIAM James. The Principles of Psychology. New York: Dover, 1918, 608.].
Давайте рассмотрим тот «момент времени», который наступает прямо сейчас, или какой-нибудь другой. Имеет ли он какую-либо протяженность? Длится ли он сколько-нибудь? Допустим, что да, немного, но длится. Тогда, как и любой интервал, он должен иметь начало, середину и конец. Давайте разделим его посередине на два более коротких интервала. Для каждого из них можно поставить тот же вопрос: «Длится ли он сколько-нибудь?» Поскольку мы можем повторять эту процедуру бесконечно, у нас появляется одна из двух возможностей. Первая: мы действительно можем вообразить себе любую сколь угодно малую протяженность интервалов времени и представить, что мы приблизимся к идеальному совершенному мгновению в точности нулевой длительности. И вторая возможность. В процессе своего бесконечного деления отрезков времени мы можем прийти к какому-то интервалу конечной длительности, который дальше разделить невозможно, – своего рода «атому времени».
И обе возможности – мгновения нулевой длительности или конечной длительности – заведут нас в тупик.
Предположим, интервал имеет строго нулевую длительность, то есть ничто не может происходить в течение этого временного интервала. Тогда в течение этого интервала стрела будет находиться только в одном определенном месте. Она зависнет в воздухе. Но если она действительно в течение этого периода находится только в этом одном месте, она, вероятно, не сможет сдвинуться в течение этого интервала, как не может сдвинуться на фотографии ее изображение. Движение подразумевает перемещение из одного места в другое, но в этот момент стрела находится только в одном месте. Теперь проблема ясна: если время есть цепь связанных друг с другом моментов, а стрела в любой момент неподвижна в пространстве, тогда как она вообще может куда-то долететь?
Этот способ рассуждений мог бы убедить нас в правильности альтернативного предположения: то, что мы называем мгновением, может иметь какую-то продолжительность, но это дискретная и неделимая величина, похожая на кадры, следующие друг за другом и образующие кино. С этой точки зрения мы представляем себе полет стрелы как кинофильм, в котором положение стрелы меняется при переходе от одного кадра к другому. Только когда кадры следуют друг за другом, они создают ощущение движения. Но если начинаешь задумываться глубже, то понимаешь, что эта аналогия не проясняет картину. Кадры, составляющие кино, разделены долей секунды, а в нашем сознании они сшиваются воедино, образуя движение. Что способно сшить друг с другом атомы времени? Фильм можно прокрутить на разных скоростях, а можно вообще остановить пленку в кассете. Если мир устроен подобно прокручиваемой кинопленке, то кто показывает это кино и на какой скорости? Что мешает всему совершиться одномоментно? И как один кадр соединяется со следующим? В кино стрела в одном кадре может находиться в определенном положении, но затем оператор переводит камеру – и в следующем кадре мы видим уже цель, в которую направлена стрела. А в реальности этого никогда не происходит, и кажется, что каждый следующий, неумолимо наступающий момент, плавно вытекает из предыдущего.
Короче, как может происходить движение, если время состоит из моментов и в каждом из них движения нет? Этот парадокс (как и многие другие) был сформулирован уже 2500 лет назад Зеноном Элейским, о чем рассказали Платон в своем диалоге «Парменид» и Аристотель в своем трактате «Физика». Этот парадокс и в самом деле может вас обескуражить. И если так и произойдет, то это будет правильно! Если же вы, что вполне возможно, не увидите здесь серьезной проблемы, то я посоветую вам подумать еще. А вот если вы ощутите неодолимое желание задуматься о чем-нибудь другом – не поддавайтесь ему! И уж тем более не отмахивайтесь от этой проблемы как от уже решенной или как от «чисто философской зауми», потому что это будет похоже на то, как если бы вы прошли мимо узкой заросшей тропинки в лесу и не выяснили, куда именно она ведет. На самом деле парадоксы Зенона, охарактеризованные Бертраном Расселом как «неизмеримо тонкие», чрезвычайно проницательные мыслители обдумывали и разгадывали в течение двух тысячелетий – и находили решение, снова и снова, и каждый раз другое!
Итак, предметы движутся, стрела летит. И теперь человечество знает о самой природе движения гораздо больше, чем знали о нем во времена Аристотеля. Мы можем предсказать час и минуту любого затмения на 50 лет вперед или нацелить космический корабль настолько точно, что он спустя годы совершит маневры вокруг Юпитера и приблизится к Нептуну. Мы понимаем о движении достаточно, чтобы описать его во многих ситуациях с удивительной точностью. И как же в таком случае наша поразительно точно описывающая движение физика объясняет парадокс Зенона со стрелой?
Рассмотрим скорость стрелы. Если стрела преодолевает расстояние 100 метров за одну секунду, мы можем сказать, что она движется со средней скоростью 100 метров в секунду (м/сек). Однако если приглядеться повнимательнее, то обнаруживается, что во время второй половины движения стрела летит медленнее и пролетает меньшее расстояние, поскольку трение о воздух в процессе движения замедляет ее. Возможно, она пролетает 55 метров в первую половину секунды и 45 во вторую. Возможно, в интервале между 0,1 секунды и 0,2 секунды своего полета, то есть за 0,1 секунды, стрела пролетит 12 метров, следовательно, скорость ее в этом интервале времени составит 12 метров / 0,1 секунды = 120 м/сек.
Зависимость истекшего времени от расстояния, которое пролетела стрела Зенона-Муненори.
Во многом физика в знакомом нам виде родилась тогда, когда Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц разработали математический аппарат, позволивший довести эту проблему до логического завершения. Чтобы проиллюстрировать их интерпретацию движения, отложим на рисунке выше положение стрелы (в данном случае ее расстояние от выпускающего стрелу Муненори) в последовательные моменты времени. Ваш глаз измеряет эти положения, а время отсчитывается в вашем сознании, но все это делается очень приблизительно. Мы можем вообразить, что делаем измерения с гораздо большей точностью, – например, с помощью лазерной рулетки и атомных часов. В любом случае, сделав счетное число измерений, мы можем нарисовать гладкую кривую, которая точно описывает движение стрелы. Используя эту кривую, мы можем оценить, какие расстояния стрела пролетает за все более короткие интервалы времени.
Эта основная идея была понятна уже Аристотелю, но Ньютон и Лейбниц сделали решающий шаг и поняли, что случится, если интервал[6 - Греческой буквой ? («дельта») часто обозначают разность между двумя вели чинами. Таким образом, «?t» – сокращенное обозначение выражения «изменение величины t».] ?t приближается к нулю, то есть к интервалу, о котором говорится в парадоксе Зенона. Они смогли показать, что, как и следовало ожидать, в течение этого бесконечно малого интервала времени приращение расстояния ?d стремится к нулю так же, как и ?t. Однако оказалось, что можно совершенно строго и математически точно доказать, что отношение ?d / ?t – скорость – стремится к определенному ненулевому значению. Этот математический метод, который составляет основу дифференциального исчисления, разрешает парадокс Зенона. Из него следует, что нельзя устремлять длительность интервала времени к нулю, не устремляя в то же самое время к нулю расстояние, преодолеваемое за это время, и если вы сделаете все правильно, скорость стрелы никогда не окажется равной нулю. Неважно, насколько короток интервал: стрела никогда не останавливается. Нет такого понятия как интервал времени, в течение которого стрела совсем не движется, – следовательно, исчезает как исходная предпосылка парадокса Зенона, так и необходимость обдумывать концепцию «атомов времени».
Парадокс объяснен? Возможно. Этот метод рассмотрения движения работает очень хорошо, и мы могли бы, если б захотели, просто оставить все как есть. Но физика – как и мир, который она описывает, – материя глубокая и тонкая, с секретными тропинками и потайными комнатами, так что нужно только толкнуть правильную дверь. Поэтому давайте зададимся несколькими вопросами о движении стрелы к своей цели по кривой траектории, описание которого кажется таким ясным.
Почему она летит именно по этой, а не по какой-либо другой траектории? Эта же стрела, если ее в одних и тех же условиях с одинаковым усилием выпускать опять и опять, полетит по той же самой траектории. Почему? И что именно выделяет именно эту траекторию из всех возможных траекторий, по которым она может лететь? (Способны ли вы вообразить, что стрела в действительности будет лететь по разным траекториям, образующим при усреднении одну прямую траекторию, которая только кажется изогнутой?)
Как в определенный момент времени стрела «узнает», по какой траектории нужно лететь? В этот момент она находится в определенном положении, но ее скорость зависит от того, где она была в предыдущий момент. Может стрела «помнить», где она была? Или ее скорость является присущим ей свойством – таким, например, как цвет? Почему стрела обладает инерцией, которая поддерживает ее движение в направлении ее скорости, но меняет направление так, чтобы следовать по предназначенной ей траектории?
Что случится, если мы попытаемся точно просчитать скорость стрелы в определенный момент времени, измерив пройденное ею расстояние ?d за бесконечно малый интервал времени ?t? В реальных условиях точные измерения провести невозможно, так что мы никогда не измерим точно ни ?d, ни даже ?t, и когда ?t приближается к нулю, скорость ?d/?t становится совершенно неопределенной. Что мы будем с этим делать? Имеет ли вообще смысл воображать себе сколь угодно малые интервалы времени, если мы ничего не можем узнать о движении, происходящем в течение этих интервалов? Что вообще значит измерение скорости объекта? (Поверите ли вы в то, что так же как скорость объекта формируется из его различных положений, так и положение объекта, в свою очередь, формируется различными скоростями?)
Какой момент отвечает моменту «сейчас» на кривой, изображающей полет стрелы (гладкой кривой на рис. на стр. 27)? Не бойтесь, укажите на любой, который вам нравится, и ни одна физическая теория не оспорит и даже не прокомментирует это утверждение. На самом деле в физике для этого понятия нет места, оно вообще не играет никакой роли. Но все же вы момент «сейчас» чувствуете мгновенно. Попробуйте, если вам захочется, вместо этого ощутить будущее или прошлое. Не сможете, правда ведь? (Или сможете?) Как же так получается, что важнейшее свойство нашего личного опыта не находит отражения в физике?
Стрела состоит из неисчислимого количества связанных друг с другом атомов, которые все вместе участвуют в процессе, называемом нами «полет стрелы». Из чего сделаны атомы? Вы можете ответить: «Из кварков и электронов» или «Из суперструн». Но как бы ни назывались мельчайшие частицы, я утверждаю, что современная физика считает, что они, в свою очередь, состоят из информации. Значит, и стрела сделана из информации? Да! Но информации о чем? Известной кому или чему? И как информацию можно вставить в лук, оттянуть с тетивой назад и отпустить? И как она может пролететь по воздуху и поразить ваше сердце?
Эти вопросы можно задать очень быстро, всего за несколько сотен биений сердца. А вот для того, чтобы полностью осознать их, не говоря уж о том, чтобы дать на них ответы, времени потребуется куда больше. Так что тронемся в путь. Стрела приближается.
2. Отплытие
(Венеция, 1610 год)
Шестьсот миллионов биений сердца назад[7 - 1 биение сердца = 1 сек. 1 год = примерно 3,1525 X 10
сек. 600 млн сек. – это примерно 20 лет. 1630-20 = 1610. – Прим. научного редактора.]…
Над портом навис густой туман, отплытие откладывалось, и это, казалось, длилось бесконечно. Отважиться на такое безумное путешествие было непросто, но решение уже принято и тебе не терпится поскорее отправиться в путь. Ты уныло смотришь вокруг, разглядывая другие суденышки, выплывающие из тумана и растворяющиеся в нем.
Когда соседний корабль скользит мимо тебя к причалу, твое сердце замирает – тебе на мгновение кажется, что твой корабль наконец-то отплывает. Поражаясь своему нетерпению, ты понимаешь, что ошибся. Да когда же начнется это долгожданное путешествие?!
Но вот ты и в самом деле уже на пути к исламским империям и легендарным восточным королевствам, расположенным к востоку от них. Ночью ты очнулся от сна и ощутил, что в каюте как-то слишком тихо. Может, ветер утих? Или ты утонул и находишься на том свете? Не в силах уснуть от предвкушения приключений, ты поднимаешься на палубу и к своему удивлению видишь, что корабль плавно, но быстро движется по спокойной морской глади, подгоняемый легким ветерком.
Ты поражен: как это тебя угораздило спутать корабль, мчащийся под парусом, с кораблем, стоящим на якоре? Значит, ты не сумел отличить движение от покоя?
Возможно, ты подумаешь, засмотревшись на мерцающие звезды: а вдруг весь мир (с тобой вместе) мчится с невообразимой скоростью сквозь пространство? Узнаешь ли ты об этом когда-нибудь?
Ты затаился… под палубами большого корабля… пока его движение плавное, без рывков и остановок, корабль может плыть с любой скоростью, и ты не заметишь никакой разницы.
Галилео Галилей «Диалог о двух главнейших системах мира»[8 - Galileo Galilei. Dialogue concerning the Two Chief World Systems, Ptolemaic &Copernican, trans. Stillman Drake. Berkeley: University of California Press, 1953, 187.]
В данный момент, поскольку Земля вращается вокруг своей оси, мы вращаемся вокруг ее центра со скоростью порядка 1000 километров в час (км/час). Земля вращается вокруг Солнца со скоростью примерно 108000 км/час, или около 30 км /сек. В свою очередь Солнце вращается вокруг центра нашей Галактики – Млечного пути – со скоростью 220 км/сек, а наша Галактика несется в межгалактическом пространстве с почти вдвое большей скоростью[9 - Солнце движется со скоростью 370 км/с (с точностью до 1 %) по отношению к космическому микроволновому фоновому излучению, измеренному в экспериментах со спутниками; см. С. Н. LINEWEAVER et al. The Dipole Observed in the COBE DMR 4 Year Data // Astrophysical Journal 470 (1996), 38.]. В настоящий момент мы в буквальном смысле мчимся сквозь вселенную со скоростью около 1000 махов: такой скоростью кого угодно можно доставить в любую точку Земли меньше, чем за минуту. Вы ощущаете эту скорость?
Нет, не ощущаете, как не ощущаете движения плавно скользящего в воздухе со скоростью 1000 км/час самолета (очень медленного по отношению к приведенным выше скоростям), когда, сидя в нем, потягиваете свой коктейль. И вспомните еще моменты смятения, связанные с автомобилем, когда вы никак не можете понять, что происходит: это вы едете вперед – или ваш сосед сдает назад? Вы наверняка замечали эту странность нашего мира, но скорее всего не слишком о ней размышляли. А если все же поразмышлять?
Сначала определим условия опыта, подобно тому, как сделал это Галилей в своем знаменитом «Диалоге»: если мы внутри закрытой каюты корабля, тогда наши наблюдения – в той мере, в какой они ограничены пространством внутри каюты (причем наружу мы не выглядываем), – одинаковы, они не зависят от того, стоит ли корабль на якоре или движется с любой постоянной скоростью в любом направлении[10 - Нужно различать скорость как вектор, который определяет величину скорости и ее направление, и модуль скорости. Поэтому когда мы говорим о постоянстве вектора скорости, мы понимаем под этим постоянную ее величину и направление. В отличие от этого, постоянство модуля скорости допускает изменение направления.]. На основании этих наблюдений у нас появляется дилемма.
Во-первых, возможно, мы недостаточно внимательно проводили наблюдения и с помощью более точного эксперимента нам удастся понять, что мы движемся. Например, мы можем принять как постулат, что у детей имеется специальное чувство, которое позволяет им засыпать, когда судно разгоняется до скорости больше 100 км/час, и просыпаться, когда скорость его падает ниже этой величины. Но это, конечно, чепуха. Это крохотные добавки к скорости 108000 км/час, с которой мы движемся вокруг Солнца, так что непонятно, как ребенок может почувствовать эту дополнительную скорость, однако не чувствовать ту, с какой мы вращаемся вокруг Солнца. (По-видимому, на младенцев оказывают снотворное действие шум мотора или вибрация.) Более того: в ходе невероятно точных лабораторных экспериментов, проводившихся в течение более ста лет, не удалось найти ни одного эффекта, который бы позволил распознать абсолютную скорость нашего движения.
Так что выберем-ка мы другой путь и просто постулируем, что нет никакого способа зарегистрировать абсолютно равномерное движение. Но если оно принципиально не регистрируется, то не стоит ли нам просто отбросить идею об абсолютном движении? Естественно, двигаться мы можем, что легко доказать, просто сделав это. То есть концепцию движения как такового мы должны оставить, но только – движения относительно чего-то. Другими словами, два человека могут совершенно справедливо иметь разные точки зрения относительно того, движется данный объект или нет. Но они определенно согласятся в том, что два объекта движутся друг относительно друга. Побочным следствием этой относительности движения будет то, что вы всегда можете считать, будто не двигаетесь, даже если это значит, что множество других предметов движется относительно вас. В этом смысле каждый наблюдатель несет на себе своего рода «систему координат», относительно которой все остальное можно рассматривать как движущееся или покоящееся. Звучит несколько эгоцентрично, но поскольку не существует абсолютной системы координат, каждый имеет право воспользоваться собственной системой. Посмотрим теперь, куда эта «относительность» нас приведет.
Первый и необычайно глубокий вопрос, который следует задать, звучит так: «Если объект находится в движении, нужна ли посторонняя сила для того, чтобы поддерживать это движение (иначе объект вернулся бы к состоянию покоя)?» Аристотель полагал (и с ним тысячелетиями соглашались лучшие умы человечества), что посторонняя сила для поддержания движения необходима. Но считаете ли и вы так же, притом что мы смело заявили (и опыт это подтвердил), что абсолютного движения не существует?
Я надеюсь, что нет. И что вы оцените глубочайшее прозрение Галилея: если нет такой вещи как абсолютное движение, то нет ничего особо естественного, простого или специального в состоянии покоя. Покоиться так же естественно, как и двигаться с постоянной скоростью! Галилей сформулировал это следующим образом: «Если (тяжелый объект) приведен в состояние покоя, он останется в этом состоянии; если же он, к примеру, движется на запад, он самостоятельно будет продолжать это движение»[11 - Цитата из STILLMAN Drake. Galileo at Work: His Scientific Biography. Mineola, NY: Dover, 1978, 186.]. Предположение Аристотеля о том, что объекту для продолжения движения требуется внешняя сила, неверно.
Справедливости ради нужно сказать, что у Аристотеля были веские причины думать так, как он думал, и то, что человечество столь долго принимало эту его ошибочную концепцию, вовсе не должно удивлять – ведь в обычной жизни предметы именно так и поступают! Когда вы сдвинете с места свой холодильник, он не продолжит вечно скользить по прямой без усилий с вашей стороны. Он остановится, и в обычных условиях очень скоро – как только вы перестанете его толкать. И чем сильнее вы его толкаете, тем быстрее он движется, так что вас можно простить за веру в то, что движение с постоянной скоростью требует применения силы. Однако же нет, не требует: то усилие, которое вы прикладываете, идет на противодействие силе трения между холодильником и полом. Если пол вдруг станет очень гладким, можно представить, что холодильник и в самом деле проскользит очень далеко, а если вы вообразите, что нет вообще никаких сил, замедляющих движение, то сможете представить себе холодильник скользящим бесконечно, причем для продолжения этого движения ему не понадобится никакая внешняя сила. (История физики могла бы быть совсем другой, если бы Аристотель имел возможность экспериментировать с огромными ледяными поверхностями.)
Но если состояния движения и покоя (относительно вас) холодильника равно естественны, то значит ли это, что перейти из одного состояния в другое легко? Наверняка вы согласитесь, что вовсе нет! Двигать холодильник – это нелегкая работа, и остановить движущийся агрегат не менее трудно, чем заставить его двигаться. Таким образом, холодильник будет сохранять состояние покоя или равномерного движения без применения силы, но будет сопротивляться изменению этого состояния. Назовем это свойство инерцией.
Довольно странно, что нам потребовались тысячелетия, дабы понять, что мир устроен именно так, хотя это понимание и основывается на анализе повседневного опыта, – например, иллюзии того, что корабль движется, хотя на самом деле он неподвижен, или иллюзии того, что он неподвижен, в то время как он уже плывет. Так какие еще истины мы не замечаем?
Перед концепцией инерции «плещется» целое море новых идей. Отправимся же в плаванье. В коане «СТРЕЛА» мы пришли к выводу, что в каждый момент объект обладает неким внутренним свойством, называемым скоростью. Но теперь, приняв идею относительности движения, мы видим, что это внутреннее свойство – иллюзия. Оно ничему не соответствует: мы не сможем однозначно сказать, нулевой или большой скоростью обладает объект. Но если понятия «большая скорость» или «нулевая скорость» в фундаментальном смысле не имеют никакого значения, то понятие «относительная скорость» наполнено смыслом и изменение скорости от одного значения к другому так же реально, как то, что движущийся холодильник трудно остановить! За этой реальностью скрывается инерция, которой мы называем способность объектов сопротивляться изменению их скорости. Хотя термин «инерция» нам и знаком, сама инерция – вещь очень странная. Да, она служит мерой изменения скорости, но абсолютная скорость бессмысленна, и даже относительная скорость кажется весьма эфемерной величиной, зависящей от того, со скоростью какого объекта вам приходится ее сравнивать. Как объекты узнают, каким образом сопротивляться изменению чего-то столь эфемерного? Может быть, объект «чувствует» все объекты вокруг себя, узнает, как он движется относительно них, и затем сопротивляется изменению этого движения? Но что же это за «чувство» такое? Что именно представляет собой инерция?
Другой вариант – применить наш собственный опыт неравномерного движения. Когда наш самолет ныряет в воздушную яму, поезд поворачивает, автомобиль сталкивается с препятствием или лодка налетает на камни, изменение движения сразу становится очевидным! Когда автомобиль ускоряется, каждый даже с закрытыми глазами чувствует – насколько, и никто не рискнет заявить, что это ощущение – иллюзия. Поразительно! Равномерное движение – движение только относительное, что означает, что мы можем измерить скорость одного объекта относительно скорости другого, однако не можем выбрать универсальную референтную скорость, относительно которой можно измерить скорости всех остальных объектов. Но неравномерное – то есть «ускоренное» – движение легко и непосредственно ощущается без явного сравнения с каким бы то ни было внешним объектом. Тогда относительно чего мы его ощущаем?
Что есть инерция и что есть ускорение? Как ни парадоксально это звучит, никто на Земле не сможет полно и убедительно ответить на эти два вопроса, которые были заданы Эйнштейном и которые не разъяснены до конца даже в его глубочайших теориях. И когда я пишу это, я понимаю, что фактически этого не знаю, и потому предвкушаю восхитительное приключение.
3. Сущность времени
(Храм Зуйо-дзи, Япония, 1630 год)
Ты сидишь в зале для медитаций, и часы тебе кажутся днями, а дни – мгновениями ока.
Твое путешествие, которое кончилось здесь, забрасывало тебя в заморские страны, в пещеру и в императорские дворцы, полные роскоши. Ты пересекал неизвестные пустыни, спускался c горных перевалов и проходил через волшебные ворота. Ты провел годы среди горных вершин и в услужении у хана. Потом ты переплыл небольшое море и от мудрецов и воинов узнал, что на самом деле вовсе и не покидал эту ужасную пещеру, – и у тебя созрел неспешно разворачивающийся во времени замысел.
И вот ты сидишь неподвижно, пробираясь сквозь годы. Или годы проносятся сквозь тебя?
Созерцая течение времени и вспоминая о прошлом, ты возвращаешься мыслями к самому началу своего путешествия, к моменту отплытия из того туманного порта. И неожиданно у тебя возникают вопросы, просыпается прежнее любопытство: «Итак, я пробираюсь сквозь годы, перемещаюсь во времени, причем непрерывно. Но как же я чувствую это движение, если я не могу почувствовать „корабль“, на котором плыву? Если движение не имеет смысла, может, и потока времени тоже нет?»
Хотя ты предельно сконцентрировался на этом ощущении движения сквозь время, оно неожиданно прекращается, и время уносится куда-то, как весенний ветерок.
Так же как вечность порождает время, ветерок становится предвестником удара за мгновение до того, как хлыст опустится на твое плечо. Твои глаза распахиваются, чтобы встретить взгляд мастера Дзеньё: «Твое сердце стремительно мчится навстречу стреле, – шепчет он с яростной силой. – Можно ли избежать этой встречи?»
Ты умрешь! Ты точно умрешь! Никогда не забывай о смерти.
Ответ Судзуки Сёсан на вопрос нескольких старушек, спросивших его о сущности буддизма
