Дин Буономано - Мозг – повелитель времени

Мозг всех животных, включая человека, лучше оснащен для того, чтобы перемещаться, ориентироваться и разбираться в пространстве, чем во времени. Одна из теорий, объясняющих осознание человеком понятия времени, утверждает, что для восприятия времени мозг использует те же сети нейронов, с помощью которых он воспринимает и оценивает пространство (глава 10). Как мы увидим далее, возможно, именно по этой причине в культуре многих народов для обсуждения времени используются пространственные метафоры (был длинный день; мы с надеждой смотрим вперед ; задним числом я понимаю, что лучше было промолчать).

Для ученых концепция времени тоже сложнее концепции пространства. Различные сферы науки, как и люди, проходят через несколько стадий развития: они созревают и меняются по мере роста. И одним из признаков взросления многих областей науки является постепенное обращение к изучению вопроса времени.

Первой истинной наукой, безусловно, была геометрия. Отправной точкой для ее развития стали работы Евклида в III в. до н.э. Геометрию часто называют «разделом математики, изучающим свойства точек, линий, поверхностей и твердых тел и связей между ними» 5 5 Из Оксфордского словаря английского языка. . Евклидова геометрия замечательна не только тем, что является одной из наиболее изящных и трансформируемых теорий в истории науки, но и тем, что этот высокий статус она получила при полном отсутствии внимания к вопросу времени. Геометрию следовало бы называть «пространствометрией» – изучением вещей, которые «заморожены» во времени и никогда не меняются. Именно по этой причине геометрия была одной из первых истинно научных дисциплин – все оказывается гораздо проще, если можно игнорировать фактор времени.

Математический аппарат греческих ученых и философов не был приспособлен для изучения временны́х изменений. Более того, в античный период люди гораздо лучше умели измерять расстояние, чем время. Сегодня ситуация изменилась, и мы измеряем время с гораздо большей точностью, чем расстояние (глава 7). Только через почти 2000 лет после Евклида математика и физика стали по-настоящему оперировать понятием времени. Важный шаг в этом направлении был сделан в конце XVI в., когда скучавший в пизанском соборе Галилео Галилей заметил, что люстра под потолком совершает полное колебание за одно и то же время вне зависимости от амплитуды колебания (позднее выяснилось, что период колебаний все же слегка увеличивается с увеличением амплитуды) 6 6 Подробнее история маятника изложена в книге Matthews (2000). . Возможно, это вымышленная история, однако, изучая изменения положения предметов во времени, Галилей способствовал рождению динамики. Но, как и греки, Галилей не имел возможности математическим образом описать связь между силами, скоростью и ускорением. Математический аппарат для описания временны́х изменений – методы исчисления 7 7 В ряде научно-популярных книг представлен прекрасный обзор истории развития математики и физики (см., например, книгу Пенроуза «Новый ум короля», 1989). – позднее создали Ньютон и Лейбниц. Используя эти методы, Ньютон смог сформулировать законы, управляющие падением яблока и вращением планет.

Ньютон верил в абсолютное время, которое «по самой своей сущности протекает само по себе, без всякого отношения к чему-либо внешнему». Он считал, что время универсально для всех точек пространства. Вселенная Ньютона была детерминированной: состояние такой системы в любой момент времени, как в прошлом, так и в будущем, теоретически можно установить, исходя из настоящего. Но история науки на этом не остановилась. Для нас наиболее важно отметить два момента. Во-первых, ученые постепенно начали приходить к (печальному для некоторых) заключению, что даже если вселенная подчиняется прекрасным законам Ньютона, на практике не представляется возможным предсказать будущее (или изменить прошлое). Работы многих ученых, включая французского математика Анри Пуанкаре и американского метеоролога Эдварда Лоренца, показали, что минимальные различия в состоянии системы в настоящий момент могут приводить к абсолютно разным результатам в будущем (самый известный пример – эффект бабочки в предсказаниях погоды). Такая ситуация называется хаосом , и мы увидим, что именно эта ситуация наблюдается, когда речь заходит об изучении самой сложной известной динамической системы – человеческого мозга (глава 6). Вторым важным шагом было устранение Альбертом Эйнштейном ньютоновского понятия абсолютного времени. Эйнштейн показал, что вопреки человеческой интуиции время – параметр относительный (глава 9). Мы поговорим об этом подробнее, сейчас лишь замечу, что по мере взросления физики проблема времени постепенно стала всеобъемлющей и основополагающей (возможно, с некоторыми исключениями). Забавно, что периодически происходят попытки полностью вытеснить параметр времени из физики 8 8 Barbour, 1999. и вернуться к геометрически статичной вселенной, которую физик Джулиан Барбур называет Платонией : намек на идею Платона о том, что геометрические формы являются реальными сущностями, находящимися в безвременно́м пространстве.

Многие другие области науки тоже проходят через аналогичные стадии созревания. Например, современная биология зародилась в XVIII в., как описательная и статичная классификация живых организмов, но постепенно, по мере взросления, биология включила в себя концепцию времени в форме динамических и эволюционных представлений. Здесь роль Галилея сыграл Дарвин: он увидел, что все виды организмов на Земле находятся в постоянном «движении» – мутируют, исчезают и эволюционируют.

Нейробиология и психология тоже эволюционировали и постепенно включили в себя проблему времени. Можно все что угодно говорить о псевдонауке френологии, но специалисты в этой области признают важность восприятия времени. Они связывают нашу способность чувствовать время с участками лобных долей, находящимися между зонами, ответственными за модуляцию и локализацию (рис. 1.1). В одном трактате по френологии говорится, что «функция этой способности заключается в регистрации течения времени, длительности и очередности событий и т. д. Она также позволяет запоминать даты, поддерживать такт в музыке и танце, а также способствует пунктуальности и выполнению принятых на себя обязанностей» 9 9 Wells, 1860. .