Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной - [52]
Главная цель естественного человеческого восприятия — дать нам представление о мире в виде объектов с более или менее предсказуемыми свойствами, занимающих более или менее определенные положения в трехмерном пространстве. Это очень полезная информация для повседневной жизни, и мы легко ее получаем. Но фундаментальное понимание подсказывает: можно увидеть еще многое. А квантовая механика переводит эти возможности на другой уровень.
К счастью, способы адаптировать квантовый мир к естественному человеческому восприятию существуют, хотя пока мало изучены. Если мы можем вычислить интересующее нас состояние — скажем, состояние кварков и глюонов в протоне, или электронов и ядер в молекуле, или кубитов в квантовом компьютере, — мы также можем вычислить, какими оказались бы наши наблюдения этих состояний при большом количестве экспериментов, как если бы мы их выполнили. Мы можем даже представить все результаты этих вычислений параллельно на многих дисплеях. Таким образом физики, химики и туристы могли бы погрузиться в квантовый мир и, возможно, наконец прийти к его пониманию.
Познай себя.
Надпись в храме Аполлона в Дельфах
Как ни странно, похожая проблема связана и с нашим восприятием себя. В мозгу происходит одновременно много вещей, но сознание позволяет нам в каждый момент заниматься только одной. В результате многое вообще от нас ускользает. Мы можем переключать внимание, но для нас сложно и неестественно сосредоточиваться одновременно на более чем одном деле[122].
По мере того как наша способность отслеживать и объяснять состояния мозга усовершенствуется, мы получим возможность представлять наше внутреннее «я» через визуальную систему на дисплеях, обходя фильтр естественного сознания. Мы будем получать больше информации, а пропускать — меньше. Люди по-новому и глубже узнают себя, а возможно, и других.
Глава 9. Впереди еще много загадок
Самое прекрасное, что мы можем испытать, — это ощущение тайны. Она — источник всякого подлинного искусства и науки. Тот, кто никогда не испытал этого чувства, кто не умеет остановиться и задуматься, охваченный робким восторгом, подобен мертвецу, и глаза его закрыты.
Альберт Эйнштейн
Хотя мы многое поняли об устройстве мира, в нем еще немало великих загадок. Вот три важные, пока не разгаданные тайны.
• Что спровоцировало Большой взрыв? Может ли он повториться?
• Есть ли значимые закономерности, скрытые в наблюдаемом разрастании сообщества элементарных частиц и сил?
• Как конкретно из материи возникает разум? (Или он возникает вообще не из материи?)
Давайте сосредоточимся на двух больших, но более конкретных тайнах. Поиск их разгадок находится на переднем крае науки и направлен на углубление нашего понимания основ физического мира.
Первая тайна связана со странной особенностью фундаментальных законов, которые остаются неизменными (почти, хотя и не совсем), если обратить время вспять. Вторая возникла в результате обескураживающего открытия: астрономы обнаружили новую силу, по всей видимости гравитационную, но непонятно откуда взявшуюся. На первый взгляд их наблюдения указывают на существование некой «темной стороны Вселенной» и двух новых элементов — темной материи и темной энергии. Оба они, хотя и составляют большую часть массы Вселенной, каким-то образом раньше ускользали от внимания исследователей.
Недавно возникла многообещающая идея, которая, кажется, могла бы пролить свет на эти загадки. Проблема, связанная с обращением времени, заставила многих физиков заподозрить, что существует новый вид частиц — аксионы. Их долгоживущее послесвечение, оставшееся после Большого взрыва, обладает подходящими свойствами, чтобы оказаться темной материей. Шквал разработок, порожденных этой идеей, привел к азартной гонке за открытиями. В ней приняли участие сотни ученых со всего мира.
Зеркальное отражение времени
В нашей жизни не много аспектов столь же очевидных, сколь асимметрия между прошлым и будущим. Мы помним прошлое, но можем только догадываться о будущем. Если вы прокрутите фильм — скажем, «Огни большого города» Чарли Чаплина — в обратном направлении, последовательность событий на экране будет мало похожа на реальность. Этот перемотанный назад фильм никогда не перепутаешь с настоящим.
Тем не менее начиная с зарождения современной науки — классической механики Ньютона — и еще совсем недавно вид фундаментальных законов не менялся при обращении (перемене знака) времени. Следовательно, законы, которые вы хотите использовать для предсказания прошлых состояний исходя из настоящих, — те же, что и для предсказания будущих состояний. Например, если вы представите фильм о планетах, вращающихся вокруг Солнца по законам Ньютона, и прокрутите его назад, планеты в фильме по-прежнему будут вращаться по законам Ньютона. Эта особенность законов называется симметрией относительно обращения времени, или сокращенно T-инвариантностью.
T-инвариантность сохранялась и при расширении области применения законов — например, в уравнениях электромагнетизма Максвелла, и в модифицированных Эйнштейном уравнениях гравитации, и в квантовых версиях этих уравнений. И все наблюдения фундаментальных взаимодействий, казалось, подтверждали эту симметрию.
