Дин Буономано

Мозг — повелитель времени

Посвящается Ане

ЧАСТЬ I

ЧАСЫ МОЗГА

1:00

РАЗНОВИДНОСТИ ВРЕМЕНИ

Единственное, что у нас действительно есть, это время; оно есть даже у тех, у кого больше ничего нет.

БАЛЬТАСАР ГРАСИАН [Бальтасар Грасиан — испанский писатель и философ XVII в. — Прим. ред. // * Shi Feng, Sidney D’Mello, and Arthur C. Graesser, “Mind Wandering While Reading Easy and Difficult Texts,” Psychonomic Bulletin & Review 20, no. 3 (2013): 586–92. ]

...

время

человек

год

путь

день

Что общего в этих словах?

Возможно, вы узнали в них пять наиболее часто употребляемых слов английского языка [http://oxforddictionaries.com/words/the-oec-facts-about-the-language. // * Erik D. Reichle, Andrew E. Reineberg, and Jonathan W. Schooler, “Eye Movements During Mindless Reading,” Psychological Science 21, no. 9 (2010): 1300–1310. ]. Но обратите внимание, что в начале списка стоит слово «время», а потом еще два слова, обозначающих единицы времени. Это говорит о том, что понятие времени играет в нашей жизни чрезвычайно важную роль. Мы говорим о времени не только тогда, когда хотим узнать, который сейчас час. Мы постоянно говорим о том, как бы сэкономить время, убить время, использовать время, сохранить время… Мы говорим о потерях времени, о времени ложиться спать, об оттягивании времени, о хороших временах, о путешествиях во времени, о дополнительном времени, свободном времени и, конечно, о моем любимом обеденном времени.

А ученые и философы толкуют о субъективном времени, объективном времени, собственном времени, координированном времени, звездном времени, эмерджентном времени, о восприятии времени, о времени кодирования, об относительности времени, о клетках времени, о растяжимости времени, о времени реакции, о модели пространства и времени и даже о синхронизации времени.

При этом забавно, что хотя слово «время» относится к числу наиболее часто употребляемых слов, общепринятого определения этого понятия не существует. Известно, что уже 1600 лет назад христианский философ Блаженный Августин подметил сложность определения времени: «Что такое время? Если меня об этом не спрашивают, я знаю, что это такое. Но если я попытаюсь ответить на этот вопрос, у меня нет ответа».

На свете не так много вопросов, которые обладают такой глубиной и сложностью, как вопрос о сути времени. Философы размышляют над тем, что такое время, и над тем, является ли эта категория характеристикой одного конкретного момента или целого измерения. Физиков волнует, что у времени есть только одно направление, их интересует возможность перемещений во времени, а некоторые и вовсе сомневаются в существовании времени. Нейробиологи и психологи пытаются понять, что значит «чувствовать» ход времени, как мозг определяет время, и почему люди обладают уникальной способностью предвидеть развитие ситуации во времени. Кроме того, понятие времени занимает важнейшее место в концепции свободы воли: свободен ли наш путь в будущее или предопределен прошлым?

Цель данной книги — проанализировать эти вопросы и по возможности найти на них ответы. Но приступая к решению этой задачи, необходимо признать, что возможность ответить на вопросы относительно времени определяется природой того органа, который ставит перед нами эти вопросы. Хотя заключенная в черепную коробку желеобразная масса, состоящая из 100 млрд клеток, представляет собой самое сложное устройство во всей вселенной, это устройство не было «спроектировано» для понимания природы времени — как ваш компьютер не был спроектирован для создания собственного программного обеспечения. Таким образом, по мере изучения проблемы времени мы постоянно будем осознавать, что наши представления и теории о времени отражают особенности строения и ограниченность возможностей нашего мозга.

ОТКРЫТИЕ ВРЕМЕНИ

Время — понятие сложное, сложнее понятия пространства.

Это верно, что у пространства больше измерений: для определения положения какой-либо точки в пространстве требуется указать три координаты (например, широту, долготу и высоту), тогда как любой момент времени задается лишь одним числом. Поэтому в каком-то смысле пространство сложнее, но я имею в виду, что человеческому мозгу понять смысл времени намного труднее, чем смысл пространства.

Рассмотрим в качестве примера позвоночных животных, поскольку устройство нервной системы человека во многом аналогично устройству нервной системы всех позвоночных. Позвоночные животные способны ориентироваться в пространстве, создавать собственные внутренние карты окружающего мира и в каком-то смысле «понимать» концепцию пространства. Животные перемещаются на дальние расстояния с совершенно четкой целью достичь определенного места; они помнят, где спрятали еду; и даже детеныши домашних животных знают, что если за диван упало что-то вкусное, диван можно обойти слева, справа, сверху или снизу. Нам известно, что в мозге млекопитающих существует чрезвычайно сложная карта окружающего пространства; об этом нам рассказали находящиеся в гиппокампе так называемые клетки места, о существовании которых ученые знают уже более 40 лет. Клетки места — это нейроны, которые возбуждаются, когда животное оказывается в определенном месте — в конкретной точке пространства. Все вместе эти клетки формируют в головном мозге сеть, отражающую структуру окружающего пространства — как система GPS, только гораздо более гибкая. Например, наши внутренние карты, по-видимому, постоянно обновляются по мере изменения границ помещений или перестановки предметов.

Но животные не только перемещаются в пространстве, но и «видят» его [Точнее, видят распределенные в пространстве предметы. // * Ferris Jabr, “Does Thinking Really Hard Burn More Calories?” Scientific American, July 2012; Cowan, “Magical Mystery Four.” ]. Стоя на вершине горы, мы видим небо над головой, лес под ногами и ленту реки, впадающей в океан, — все на своих местах в пространстве. Мы можем также «слышать» пространство — то есть локализовать участок пространства, из которого доносится звук. Осязательная способность (соматосенсорная функция) позволяет получать информацию не только о положении и форме предметов, но и о положении важнейших измерительных инструментов — наших собственных конечностей.

Со временем все обстоит иначе. Животные не могут физически перемещаться во времени. На дороге времени нет перекрестков, разветвлений, съездов или поворотов. Возможно, именно по этой причине нет заметного эволюционного давления, которое заставило бы животных создавать карту времени и ориентироваться в нем с такой же легкостью, как в пространстве. Далее мы поговорим о том, что животные умеют определять время и предвидеть различные события, но у нас нет оснований утверждать, что наши братья позвоночные понимают разницу между прошлым, настоящим и будущим в такой же степени, как они понимают разницу между движением вверх, вниз, влево или вправо. Наши органы чувств напрямую не регистрируют течение времени [Сетчатка некоторых животных содержит клетки, регистрирующие движение — т. е. «перемещение» предметов во времени (и в пространстве). Кроме того, следует отметить, что улитка уха тоже обладает чувством времени, поскольку волосковые клетки внутреннего уха настраиваются на частоту вибрации молекул воздуха, а частота — мера времени полного колебания. Эти частоты слишком велики, чтобы большинство нейронов могло на них реагировать и чтобы мы могли осознанно воспринимать эти колебания.]. В отличие от трафальмадорцев из фантастического романа Курта Воннегута «Бойня номер пять», мы не можем видеть сквозь время, одним взглядом охватывая прошлое, настоящее и будущее.

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» [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) [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 [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.