Фрэнк Вильчек - Основы реальности

Так, выяснилось, что возраст самых старых звезд почти совпадает с возрастом видимой Вселенной. Иными словами, звезды начали рождаться через один или два миллиарда лет после Большого взрыва. С другой стороны, некоторые звезды довольно молоды и мы также видим области, где они все еще образуются.

Подводя итог, можно сказать, что:

• формирование звезд и планет началось на ранней стадии истории Вселенной, примерно тринадцать миллиардов лет назад; новые звезды продолжают рождаться, хотя и медленнее;

• Солнце и Земля существуют в состоянии, близком к сегодняшнему, около пяти миллиардов лет;

• время существования людей, похожих на нас, гораздо короче — около трехсот тысяч лет. Это соответствует примерно десяти тысячам поколений или пяти тысячам человеческих жизней.

Изобилие внутреннего времени можно осознать, сравнивая продолжительность жизни человека со скоростью основных электрических и химических процессов, позволяющих ему мыслить. Такое сравнение показывает, что за время жизни человек накапливает огромный опыт и невероятное количество представлений и идей.

Скорость мысли

Вольфганг Амадей Моцарт умер, когда ему было тридцать пять лет, Франц Шуберт — в возрасте тридцати одного года, великий математик Эварист Галуа — в двадцать лет, а физик Джеймс Клерк Максвелл — в сорок восемь. Их достижения говорят о том, что за время жизни человек может оставить миру много гениальных идей и творений. Сколько же?

Вопрос поставлен не слишком четко: нет меры скорости, применимой к нашим невероятно разнообразным мыслительным процессам. И все же, я думаю, на него можно дать приблизительный ответ.

Один из фундаментальных факторов, ограничивающих нашу способность обрабатывать сигналы, — время задержки (латентность) импульсов электрической активности (потенциалов действия), с помощью которых нейроны связываются друг с другом. Этот восстановительный период ограничивает число импульсов до нескольких десятков или сотен за секунду. Не случайно частота кадров, при которой мы замечаем, что на самом деле фильм — просто последовательность фотографий, — порядка сорока за секунду. Такова объективная скорость, с которой мы можем обрабатывать визуальные сигналы, превращая их в образы, воспринимаемые мозгом. За жизнь мы обрабатываем около ста миллиардов образов.

Вероятно, число осознанных мыслей, посещающих нас, значительно меньше, но все еще чрезвычайно велико. Например, средняя скорость речи — порядка двух слов в секунду. Если значимую мысль оценить в пять слов, то за всю жизнь мы можем передумать около миллиарда мыслей.

Эти оценки показывают, что для исследования мира нам предоставляется около миллиарда возможностей. В этом смысле внутреннего времени у нас предостаточно. Даже такая оценка может оказаться слишком консервативной, поскольку в мозгу возможна параллельная обработка данных. Иногда, главным образом бессознательно, мы обдумываем несколько вещей одновременно.

В «Песни любви Дж. Альфреда Пруфрока» Томас Элиот говорит о том же с иронией: «Мгновенье на сомненья — и мгновенье / Решимости на мнимую решимость» [34].

Благодаря достижениям предыдущих поколений мы можем значительно увеличить наши мыслительные ресурсы. Нам не надо с нуля искать способы удовлетворить базовые потребности в еде, питье или тепле. Не надо опять открывать математический анализ, основы современной науки, технологии. Изобретение компьютера и интернета избавило нас от необходимости производить кропотливые вычисления и запоминать большие массивы информации. Мы можем передать часть мыслительного процесса «на аутсорсинг» и освободить больше нашего внутреннего времени для других целей.

Природа не ограничена быстротой человеческой мысли. События могут происходить с гораздо большей скоростью, чем наша скорость обработки образов — сорок за секунду, даже если зрительно воспринимать их мы не можем. А вот «тактовая частота» современного информационного процессора, такого как у высокоскоростного ноутбука, — примерно 10 гигагерц. Это соответствует 10 миллиардам операций в секунду. Транзисторы компьютеров используют движение электронов под действием электрического поля вместо гораздо более медленных процессов диффузии и химических реакций, управляющих нашими нейронами. Именно поэтому искусственный интеллект «соображает» примерно в миллиард раз быстрее, чем естественный.

История часов и измерений времени внесла большой вклад в физику. Сначала часы представляли собой довольно простые приборы: солнечные измеряли время по положению солнца, песочные основывались на пересыпании песка, а в сходных с ними устройствах использовались перетекание воды, горение свечей и многое другое. Такие легендарные ученые, как Галилей и Христиан Гюйгенс, изобрели механические часы с маятником, которые затем совершенствовались в течение многих десятилетий и вплоть до двадцатого века были эталоном точности.

В двадцатом веке появились более надежные часы, основанные на совершенно других принципах. Маятники и раскручивающиеся пружинки уступили место сначала колеблющимся кристаллам, а затем колеблющимся атомам. Эти крохотные осцилляторы меньше подвержены грубому воздействию извне, а трение в них очень мало. В результате сегодня самые точные атомные часы невероятно стабильны [35]: их стабильность лучше, чем 10 -18. Это значит, что время, которое покажут двое таких часов, работающих в течение всей жизни Вселенной, будет различаться примерно на секунду. Современные, относительно дешевые компактные (размером с микрочип) атомные часы могут верно показывать время с точностью до 10 -13. Это значит, что они отстанут или уйдут вперед на одну секунду за миллион лет.

Такая невероятная точность может показаться излишней, но на самом деле она очень полезна. В случае спутниковой навигационной системы именно этим обеспечивается точность измерения расстояния. Обратите внимание, что когда речь идет о скорости света, то даже крошечная ошибка при измерении времени приводит к заметной ошибке при вычислении расстояния.

Создание еще более точных часов — сложное и перспективное направление современной физики. Один из недавних результатов в этой области мне особенно дорог: нашлась возможность создать из большого числа взаимодействующих атомов физическую систему, которая увеличит точность одноатомных часов. Идею существования такой системы — темпорального или квантового «кристалла времени» — выдвинул я, а затем ее реализовали физики-экспериментаторы.

Измерение коротких промежутков времени