ПРОРЫВ К НОВЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ СОЗНАНИЯ

Есть одно зрелище величественнее моря -- это небо;

есть одно зрелище величественнее неба -- это недра души.

Виктор Гюго, «Fantine», Le Miserables

В течение трех последних десятилетий современная наука представила нам новые проблемы и новые открытия, которые заставляют думать, что человеческие возможности далеко превосходят даже самые смелые из наших прежних представлений. В ответ на эти проблемы и открытия исследователи самых разных направлений и дисциплин общими усилиями открывают перед нами совершенно новую картину человеческого бытия, и, в особенности, природы человеческого сознания. Так же, как в свое время открытие Коперника, что Земля -- вовсе не центр Вселенной, перевернуло мир с ног на голову, новейшие открытия исследователей всего мира заставляют нас серьезнее задуматься над тем, что мы представляем из себя физически, умственно и духовно. Мы наблюдаем появление нового понимания психики и, вместе с ним, удивительного мировоззрения, соединяющего последние достижения на переднем крае науки с мудростью древнейших человеческих сообществ. В результате все новых успехов нам приходится пересматривать буквально все наши представления, подобно тому, как это происходило в ответ на открытия Коперника почти пятьсот лет назад.

Вселенная как машина: Ньютон и западная наука

Главное, что отличает мощный сдвиг в мышлении, произошедший в течение двадцатого столетия, так это полный пересмотр понимания физического мира. До возникновения теории относительности Эйнштейна и квантовой физики мы были твердо убеждены в том, что Вселенная состоит из плотной материи. Мы думали, что основу материальной Вселенной образуют атомы, и считали их сплошными и неразрушимыми. Эти атомы существовали в трехмерном пространстве, и их движения подчинялись определенным неизменным законам; в соответствии с этим, материя эволюционировала упорядоченным образом, двигаясь от прошлого, через настоящее, к будущему. С этой надежной детерминистской точки зрения, мы рассматривали Вселенную как гигантскую машину, и были уверены в том, что придет день, когда мы откроем все законы, управляющие этой машиной, и, таким образом, сможем в точности воссоздавать все, происходившее в прошлом, и предсказывать все, что случится в будущем. Как только эти законы будут открыты, мы обретем власть над всем окружающим миром. Некоторые даже мечтали, что когда-нибудь мы будем способны порождать жизнь, смешивая соответствующие химические вещества в пробирке. В этой модели Вселенной, разработанной ньютоновской наукой, жизнь, сознание, люди и творческий разум считались побочными продуктами, случайно развившимися из непостижимого скопления материи. И какими бы сложными и удивительными мы ни были, нас, людей, тем не менее, рассматривали, по существу, как материальные объекты -- не более, чем высокоразвитые животные или мыслящие биологические машины. Наши границы определялись поверхностью кожи, а сознание виделось не более чем продуктом мыслительного органа под названием мозг. Все, что мы думали, чувствовали и знали, основывалось на информации, которую мы получали с помощью органов чувств. По логике этой материалистической модели, человеческое сознание, интеллект, этика, искусство, религия и сама наука рассматривались как побочные продукты материальных процессов, происходящих в мозге.

Разумеется, мнение, что сознание и все его проявления берут свое начло в мозге, не было полностью лишено оснований. Многочисленные клинические и экспериментальные наблюдения указывают на тесную связь между сознанием и определенными нейрофизиологическими и патологическими состояниями, такими, как инфекции, травмы, интоксикации, опухоли и кровоизлияния в мозг Ясно, что все это, как правило, сопровождается заметными изменениями в сознании. В случае опухолей мозга, нарушение функций (потеря речи, координации движений и т.д.) может помочь точно определить, в каком месте поврежден мозг. Подобные наблюдения не оставляют ни тени сомнения в том, что наши психические функции связаны с биологическими процессами в мозге. Однако это не обязательно означает, что сознание рождается в мозге. Это заключение, сделанное западной наукой, представляет собой не научный факт, а метафизическое допущение, и, безусловно, можно предложить другую интерпретацию тех же самых данных. Проведем аналогию: хороший телевизионный мастер, взглянув на конкретные искажения изображения или звука в телевизоре, может точно сказать, что в нем неисправно, и какие части нужно заменить, чтобы он снова хорошо работал. Никто не увидел бы в этом доказательства того, что телевизор сам отвечает за программы, которые мы видим, когда его включаем. Однако, именно такого рода довод механистическая наука предлагает как «доказательство», что сознание производится мозгом.

Традиционная наука придерживается мнения, что органическая материя и жизнь возникли из химического бульона первозданного океана исключительно в результате случайных взаимодействий атомов и молекул. Аналогичным образом, утверждается, что материя превращалась в живые клетки, а клетки -- в сложные многоклеточные организмы с центральной нервной системой лишь благодаря случаю и «естественному отбору». И наряду с этими объяснениями,одним из наиболее важных метафизических догматов западного мировоззрения почему-то стало допущение, что сознание представляет собой побочный продукт материального процесса, происходящего в мозге. По мере того, как современная наука обнаруживает глубокие взаимосвязи между творческим разумом и всеми уровнями реальности, этот упрощенный образ Вселенной становится все более неприемлемым. По одному удачному сравнению, вероятность того, что человеческое сознание и наша беспредельно сложная Вселенная могли возникнуть в результате случайных взаимодействий инертной материи -- это все равно, как если бы пронесшийся над свалкой ураган случайно собрал Боинг-747.

До сих пор, ньютоновская наука была ответственна за формирование очень ограниченного представления о человеческих существах и их потенциальных возможностях. В течение более чем двух столетий ньютоновская точка зрения диктовала критерии того, каково приемлемое и неприемлемое восприятие реальности. В соответствии с ними, «нормально функционирующим» человеком считается тот, кто способен точно отражать объективный внешний мир, описываемый ньютоновской наукой. Согласно этой точке зрения, наши умственные функции ограничиваются восприятием информации через органы чувств, ее хранением в наших «умственных банках данных», и, затем, возможно, перетасовкой чувственных данных для создания чего-то нового. Любое значимое отклонение от такого восприятия «объективной реальности» -- а в действительности, общепринятой реальности, или того, что большинство людей считают истинным -- пришлось бы отвергнуть как продукт чересчур активного воображения или умственного расстройства. Современные исследования сознания указывают на острую необходимость решительного пересмотра и расширения столь ограниченного взгляда на природу и измерения человеческой психики. Главная задача данной книги -- проанализировать эти новые наблюдения и вытекающий из них радикально иной взгляд на нашу жизнь. Важно отметить, что хотя эти новые открытия и не совместимы с традиционной ньютоновской наукой, они полностью согласуются с революционными достижениями современной психологии и других научных дисциплин. Это новое понимание коренным образом преобразует ньютоновское мировоззрение, которое мы когда-то до такой степени принимали на веру. Возникает захватывающее новое видение космоса и человеческой природы, которое имеет далеко идущие последствия для нашей жизни как в индивидуальном, так и в коллективном масштабе. Сознание и космос: наука открывает разум в природе.

По мере развития исследований сверхмалого и сверхбольшого -- субатомных сфер микромира и астрофизических сфер макромира -- современные физики вскоре поняли, что некоторые из основных ньютоновских принципов имеют серьезные ограничения и недостатки. В середине ХХ века выяснилось, что атомы, которые ньютоновские физики некогда считали неразрушимыми элементарными кирпичиками материального мира, на самом деле состоят из еще более мелких элементарных частиц -- протонов, нейтронов и электронов. Позднее, исследования обнаружили буквально сотни субатомных частиц.

Вновь отрытые субатомные частицы демонстрировали странное поведение, которое ставило под сомнение ньютоновские принципы. В одних экспериментах они вели себя как материальные частицы, а в других, казалось, обладали волновыми свойствами. Это явление стало известно как «квантово-волновой парадокс». На субатомном уровне наши старые определения материи сменялись статистическими вероятностями, описывающими ее «тенденцию существовать», и, в конечном итоге, старые определения материи полностью исчезали в так называемом «динамическом вакууме». Это исследование микромира вскоре открыло тот факт, что Вселенная, которая в повседневной жизни кажется нам состоящей из плотных, отдельных объектов, в действительности представляет собой сложную сеть событий и взаимосвязей. В этом новом контексте сознание не просто пассивно отражает объективный материальный мир -- оно играет активную роль в создании самой реальности. В научных исследованиях астрофизической сферы обнаруживаются столь же поразительные откровения. Например, в теории относительности Эйнштейна пространство не трехмерно, время не линейно, и они существуют не как отдельные сущности, а объединены в четырехмерный континуум, именуемый «пространством-временем». При подобном взгляде на Вселенную то, что мы некогда воспринимали как границы между объектами и различия между материей и пустым пространством, теперь сменяется чем-то новым. Вместо совокупности отдельных объектов и пустых промежутков между ними, вся Вселенная видится как одно непрерывное поле переменной плотности. В современной физике материя становится равнозначной и взаимозаменяемой с энергией. В свете этого нового мировоззрения, сознание рассматривается как неотъемлемая часть вселенской ткани и, безусловно, не сводится к деятельности нашего мозга. Как сказал британский астроном Джеймс Джинс около шестьдесяти лет назад, Вселенная современной физики гораздо больше похожа на великую мысль, чем на гигантскую сверхмашину.

Итак, теперь мы имеем Вселенную, которая представляет собой не скопление ньютоновских объектов, а бесконечно сложную систему колебательных явлений. Эти колебательные системы обладают такими свойствами и возможностями, которые даже не снились ньютоновской науке. Одно из самых интересных свойств такого рода можно описать по аналогии с явлением голографии.

Голография и скрытый порядок

Действительно, существует много интересных параллелей между работой Дэвида Бома в области физики и работой Карла Прибрама в области физиологии высшей нервной деятельности. После десятилетий интенсивных исследований и экспериментов этот знаменитый нейрофизиолог пришел к выводу, что объяснить загадочные и парадоксальные наблюдения, касающиеся функций мозга, можно лишь действием голографических принципов. Революционная модель мозга, разработанная Прибрамом, и теория холодвижения Бома имеют далеко идущие следствия для нашего понимания человеческого сознания, которые мы только начали переводить на уровень личности.

С. Вайнберг

Вселенная расширяется и она заполнена универсальным фоном излучения, который имеет сейчас температуру 3 К. Это излучение является пережитком того времени, когда Вселенная была непрозрачной и примерно в 1000 раз меньше и горячее, чем в настоящее время. (Как и всегда, когда мы говорим, что Вселенная была в 1000 раз меньше, чем сейчас, мы просто имеем в виду, что расстояние между любой данной парой типичных галактик было тогда в 1000 раз меньше теперешнего). В качестве заключительного этапа подготовки к нашему расчету первых трех минут мы должны заглянуть назад в еще более ранние моменты времени, когда Вселенная была еще меньше и горячее, используя для изучения господствовавших тогда физических условий не оптические или радиотелескопы, а теоретические методы исследования.

Когда Вселенная была в 1000 раз меньше, чем в настоящее время, и содержащееся в ней вещество было на грани того, чтобы стать прозрачным для излучения, Вселенная перешла от эры преобладания излучения к теперешней эре преобладания вещества. Во время эры преобладания излучения было не только то же самое огромное количество фотонов на каждую ядерную частицу, что и сейчас, но энергия отдельных фотонов была достаточно велика, так что большая часть энергии Вселенной была в форме излучения, а не частиц. (Напомним, что фотоны - это безмассовые частицы, или кванты, из которых согласно квантовой теории состоит свет). Следовательно, с достаточно хорошим приближением Вселенную в течение этой эры можно рассматривать так, будто она заполнена только одним излучением и не содержит вовсе никакого вещества.

Этот вывод надо сопроводить одним важным уточнением. Эра чистого излучения началась на самом деле только в конце первых нескольких минут, когда температура упала ниже нескольких миллиардов градусов Кельвина. До этого момента вещество было важно, но вещество, сильно отличавшееся от того, из которого состоит наша нынешняя Вселенная. Однако прежде, чем мы заглянем столь далеко назад, кратко рассмотрим собственно эру излучения, от конца первых нескольких минут до момента на несколько сот тысяч лет позднее, когда вещество стало вновь более важным, чем излучение.

Все, что нам нужно для того, чтобы проследить историю Вселенной в течение этой эры, это знать, насколько все было горячим в любой данный момент времени. Иными словами, как температура связана с размером Вселенной в процессе ее расширения?

Было бы легко ответить на этот вопрос, если бы излучение можно было рассматривать расширяющимися свободно. Длина волны каждого фотона просто растягивалась бы (благодаря красному смещению) пропорционально размеру Вселенной в процессе ее расширения. Кроме того, средняя длина волны излучения черного тела обратно пропорциональна температуре. Следовательно, температура должна была уменьшаться обратно пропорционально размеру Вселенной, так же, как это происходит сейчас.

К счастью для теоретика-космолога, это же простое соотношение выполняется даже тогда, когда мы принимаем во внимание, что излучение в действительности не расширялось свободно, - быстрые столкновения фотонов с относительно небольшим числом электронов и ядерных частиц делали содержимое Вселенной непрозрачным в течение эры преобладания излучения. Пока фотон был в свободном полете между столкновениями, его длина волны должна была увеличиваться пропорционально размеру Вселенной, а на каждую частицу приходилось так много фотонов, что столкновения просто вынуждали температуру вещества следовать температуре излучения, но не наоборот. Таким образом, когда Вселенная была, например, в десять тысяч раз меньше, чем сейчас, температура должна была быть пропорционально выше теперешней, то есть около 30000 К. Вот все, что можно сказать об эре излучения.

В конце концов, по мере того как мы все дальше и дальше заглядываем в глубь истории Вселенной, мы приходим к моменту времени, когда температура была столь высока, что столкновения фотонов друг с другом могли порождать частицы вещества из чистой энергии излучения. Мы собираемся показать, что образованные таким образом частицы были так же важны для определения скорости различных ядерных реакций и скорости расширения Вселенной в первые несколько минут, как и само излучение. Поэтому, чтобы проследить за ходом событий в действительно ранние моменты времени, нам потребуется знать, сколь горяча должна быть Вселенная, чтобы из энергии излучения образовалось большое количество материальных частиц, и сколько частиц так образовалось.

Процесс, в котором вещество образуется из излучение, можно легче всего понять, используя квантовую картину света. Два кванта излучения, или фотона могут столкнуться и исчезнуть, причем вся их энергия и импульс уйдут на образование двух или более материальных частиц. (В действительности этот процесс косвенным образом наблюдается в современных лабораториях ядерной физики высоких энергий). Однако эйнштейновская специальная теория относительности утверждает, что даже в покое материальная частица должна иметь определенную "энергию покоя", даваемую знаменитой формулой ². (Здесь с - скорость света. Это есть источник энергии, высвобождаемой в ядерных реакциях, в которых доля массы атомного ядра уничтожается). Отсюда для того, чтобы два фотона образовали две материальные частицы массы при лобовом столкновении, энергия каждого фотона должна быть по меньшей мере равна энергии покоя ² каждой частицы. Реакция будет происходить и тогда, когда энергия отдельных фотонов будет больше ²; избыток энергии уйдет на то, чтобы придать материальным частицам большую скорость. Однако частицы массой не могут образоваться в столкновениях двух фотонов, если энергия фотонов меньше ², потому что в этом случае энергии не хватает даже на то, чтобы образовать массу этих частиц.

Очевидно, чтобы судить об эффективности излучения для образования материальных частиц, нам надо знать характерную энергию отдельных фотонов в поле излучения. Это может быть установлено с достаточной для наших теперешних целей точностью с помощью простого мнемонического правила: чтобы найти характерную энергию фотона, просто умножьте температуру излучения на фундаментальную постоянную статистической механики, известную как постоянная Больцмана. (Людвиг Больцман, наряду с американцем Уиллардом Гиббсом, был основателем современной статистической механики. Говорят, что самоубийство Больцмана в 1906 году, по крайней мере, отчасти было вызвано философской оппозицией его работе, но вся эта полемика уже давно прекратилась). Значение постоянной Больцмана равно 0,00008617 эВ на градус Кельвина. Например, при температуре 3000 К, когда содержимое Вселенной только-только стало прозрачным, характерная энергия каждого фотона примерно равнялась 3000 К, умноженным на постоянную Больцмана, или 0,26 эВ. (Напомним, что электронвольт равен энергии одного электрона, прошедшим разность потенциалов один вольт. Типичные энергии химических реакций - порядка электронвольта на атом, именно поэтому излучение при температурах выше 3000 К достаточно горячо, чтобы удержать значительную долю электронов от включения в атом).

Для того чтобы образовать материальные частицы массой в столкновениях фотонов, характерная энергия фотонов, как мы видели, должна быть по меньшей мере равна энергии ² частиц в покое. Так как характерная энергия фотонов равна температуре, умноженной на больцмановскую постоянную, то отсюда вытекает, что температура излучения должна быть по меньшей мере порядка энергии покоя ², деленной на больцмановскую постоянную. Это значит, что для каждого типа материальных частиц имеется "пороговая температура", равная энергии покоя ², деленной на постоянную Больцмана, которая должна быть достигнута прежде, чем частицы данного типа начнут рождаться из энергии излучения.

Например, легчайшие из известных материальных частиц - электрон е^- и позитрон е⁺. Позитрон есть античастица по отношению к электрону; это значит, что он имеет противоположный электрический заряд (положительный вместо отрицательного), но те же массу и спин. Когда позитрон сталкивается с электроном, заряды могут уничтожиться, причем энергия массы двух частиц проявится как чистое излучение. Именно поэтому, конечно, позитроны столь редки в обычной жизни - просто они очень мало живут перед тем как найти электрон и аннигилировать. (Позитроны были открыты в космических лучах в 1932 году). Процесс аннигиляции может идти и в обратную сторону - два фотона с достаточной энергией могут столкнуться и образовать электрон-позитронную пару, причем энергия фотонов превратится в массу электрона и позитрона.

Для того чтобы два фотона образовали при лобовом столкновении электрон и позитрон, энергия каждого из фотонов должна достичь энергии ², соответствующей массе электрона и позитрона. Эта энергия равна 0,511003 миллиона электронвольт. Чтобы найти пороговую температуру, при которой у фотонов будет достаточно шансов иметь такую энергию, мы делим энергию на постоянную Больцмана (0,00008617 эВ на градус Кельвина) и получаем пороговую температуру шесть миллиардов градусов Кельвина (610⁹ К). При любой более высокой температуре электроны и позитроны будут свободно рождаться в столкновениях фотонов друг с другом и потому будут присутствовать в очень больших количествах.

(Кстати, пороговая температуру 610⁹ К, которую мы получили для рождения электронов и позитронов из излучения, много выше, чем любая температура, с которой мы обычно имеем дело в теперешней Вселенной. Даже в центре Солнца температура всего около 15 миллионов градусов. Вот почему мы не привыкли видеть, чтобы электроны и позитроны выпрыгивали из пустого пространства, сколь бы ярким ни был свет).

Аналогичные соображения применимы к любому типу частиц. Фундаментальным правилом современной физики является то, что для каждого типа частиц в природе существует соответствующая античастица точно с теми же массой и спином, но с противоположным электрическим зарядом. Единственное исключение составляют некоторые чисто нейтральные частицы вроде самого фотона, которые можно рассматривать так, будто они сами - свои античастицы. Связь частицы и античастицы взаимна: позитрон есть античастица для электрона, а электрон - для позитрона. При достаточном количестве энергии всегда можно родить пару частица-античастица любого сорта при столкновении пары фотонов.

(Существование частиц и античастиц есть прямое математическое следствие принципов квантовой механики и специальной теории относительности. Существование антиэлектрона было впервые теоретически предсказано в 1930 году Полем Адрианом Морисом Дираком. Не желая вводить в свою теорию неизвестную частицу, он отождествил антиэлектрон с единственной известной в те годы положительно заряженной частицей - протоном. Открытие позитрона в 1932 году подтвердило теорию античастиц и показало также, что протон - не античастица для электрона; у протона есть своя античастица - антипротон, открытый Беркли в 50-х годах).

Следующий после электрона и позитрона тип легчайших частиц - это мюон, или ^-, нечто вроде нестабильного тяжелого электрона, и его античастица ⁺. Точно так же как электроны и позитроны, ^- и ⁺ имеют противоположные электрические заряды, но равные массы и могут рождаться в столкновениях фотона друг с другом. Частицы ^- и ⁺ имеют каждая энергию покоя ², равную 105,6596 миллионов электронвольт, что после деления на больцмановскую постоянную дает соответствующую пороговую температуру 1,2 миллиона миллионов градусов (1,210¹² К).

Эйнштейн А., Инфельд Л.

ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИКИ: РАЗВИТИЕ ИДЕЙ ОТ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ПОНЯТИЙ ДО ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ И КВАНТОВ

(М., 1965)

Наши новые положения суть:

Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.

Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.

Теория относительности начинается с этих двух положений. С этого времени мы не будем применять классического преобразования, так как знаем, что оно противоречит исходным положениям.

В данном случае, как и всегда в науке, важно отказаться от глубоко укоренившихся, часто некритически повторяемых предрассудков. Так как мы видели, что изменения обоих положений приводят к противоречию с экспериментом, то мы должны иметь смелость твердо установить их справедливость и напасть на один возможно слабый пункт, а именно на способ, которым координаты и скорости преобразуются от одной системы координат к другой. Мы хотим сделать выводы из этих двух положений, посмотреть, где и как эти положения противоречат классическому преобразованию, и найти физический смысл полученных результатов.

Можно еще раз использовать пример с движущейся комнатой и наблюдателями внутри и вне её. Пусть световой сигнал опять излучается из центра комнаты, и вновь мы спрашиваем обоих людей, что они обнаружат, допустив только два вышеуказанных принципа и забыв то, что было предварительно сказано о среде, сквозь которую проходит свет. Приведем их ответ:

Внутренний наблюдатель. Световой сигнал, идущий от центра комнаты, достигнет стен одновременно, так как все стены одинаково отстоят от источника света, а скорость света одинакова во всех направлениях.

Внешний наблюдатель. В моей системе координат скорость света совершенно такая же, как и в системе координат наблюдателя, движущегося вместе с комнатой. Мне нет дела до того, движется ли источник света в моей системе или нет, так как его движение не влияет на скорость света. То, что я вижу, это - световой сигнал, идущий с постоянной скоростью, одинаковой во всех направлениях. Одна из стен стремится убежать от светового сигнала, а другая - приблизиться к нему. Поэтому убегающая сторона будет достигнута световым сигналом немного позднее, чем приближающаяся. Хотя эта разность времен прибытия светового будет очень незначительной, если скорость комнаты мала сравнительно со скоростью света, тем не менее световой сигнал не достигает обеих противоположных стен, расположенных перпендикулярно к направлению движения, совершенно одновременно.

Сравнивая предсказания обоих наблюдателей, мы обнаруживаем крайне изумительный результат, который явно противоречит несомненно хорошо обоснованным понятиям классической физики. Оба события - достижение стен двум световыми лучами - одновременны для наблюдателя внутри и неодновременны для наблюдателя вне комнаты. В классической физике у нас были одни часы, одно течение времени для всех наблюдателей во всех системах. Время, а стало быть, и такие слова, как "одновременно", "ранее", "позднее", имели абсолютное значение, не зависимое от какой-либо системы. Два события, происходящие в одно и то же время в одной системе координат, необходимо происходили одновременно во всех системах координат.