сти применения фемтосекундных импульсов при травлении оптических волноводов в стеклопанелях потенциально способны совершить переворот в телекоммуникациях и технологиях сохранения данных. Кроме того, исследователи фемтосекундных импульсов открыли новый метод в лазерной микрохирургии глаза, позволяющий производить хирургические манипуляции на роговице, не травмируя ткани, расположенные над ней. «Таким образом можно проникнуть внутрь любой биологической среды с минимальными затратами энергии», – объяснил мне Пол Коркум, физик из Института молекулярных исследований имени Эдгарда Стиси в Оттаве, Канада, и один из ведущих специалистов проекта.
Однако даже запредельной скорости все еще недостаточно. Между первой и второй квадриллионной долей секунды разворачиваются процессы первостепенной важности, так что недостаточная скорость импульсной лампы может привести к тому, что вы их попросту упустите. Поэтому ученые вложили в проект максимум усилий и трудились от звонка до звонка, спеша создать еще меньшие временные окна для изучения материального мира. Несколько лет назад одна международная исследовательская группа физиков наконец-то преуспела в попытках преодоления так называемого фемтосекундного барьера. При помощи сложного высокоэнергетического лазера был получен световой импульс длительностью чуть более половины фемтосекунды, а именно 650 аттосекунд, если выразиться точнее. Долгое время аттосекунда (10–18 секунды) существовала исключительно в виде теоретической единицы измерения времени, но в этот раз ей впервые нашлось практическое применение. Новообретенный временной интервал совсем невелик, однако его потенциал способен развернуться в раблезианских масштабах. «В лице новой единицы времени мы приобрели реалистичную временную шкалу для описания процессов, происходящих внутри материи, – уверяет Коркум. – Мы получили возможность исследовать микромир атомов и молекул в его системе координат».
АТТОСЕКУНДЫ ПОДАРЯТ НАМ НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ЭЛЕКТРОНЫ. ОНИ СТАЛИ НОВОЙ МЕРОЙ ВЕЩЕСТВА, КОТОРАЯ ВПОСЛЕДСТВИИ РАСПРОСТРАНИТСЯ НА ВСЕ НАУКИ. НАЧАЛАСЬ ЭПОХА АТТОФИЗИКИ
Практическая ценность аттосекундного импульса была продемонстрирована едва ли не в момент получения. Физики направили аттосекундный импульс в сопровождении более продолжительного импульса красного излучения на порцию атомарного криптона. Аттосекундный разряд привел атомы криптона в возбужденное состояние, выбив из орбиталей несколько электронов, после чего через высвобожденные электроны пропускался импульс красного излучения, определяя уровень их энергии. Скорректировав интервал между прохождением импульсов, ученые добились исключительной точности измерений периода распада электронов с погрешностью до аттосекунд. До сих пор изучение динамики электронов в столь краткосрочном временном масштабе не представлялось возможным. Так или иначе, эксперимент наделал шума в мире физики. «Аттосекунды подарят нам новый взгляд на электроны, – сообщил мне физик Луис Ди-Мауро, сотрудник Брукхейвенской национальной лаборатории. – Они стали новой мерой вещества, которая впоследствии распространится на все науки. Началась эпоха аттофизики».
Само собой, однажды, возможно даже и в ближайшем будущем, настанет момент, когда и аттосекунды перестанут удовлетворять запросы науки. Для проникновения в суть процессов, происходящих внутри атомного ядра, применительно к которым естественное течение времени ускоряется на порядки, физикам придется научиться мыслить в категориях зептосекунд или даже секстиллионных долей секунды. В то же время ученым еще предстоит обработать полученные данные в предельно сжатые сроки. Можно вообразить, с каким энтузиазмом они примутся заполнять жесткие диски домашних компьютеров любительской съемкой электронов и забивать эфир видеороликами, записанными в аттосекундах, которые будут зависать на секунды, кажущиеся вечностью. Впрочем, Коркум убежден, что этого не случится. «В действительности мы рассматриваем только приемлемые единицы времени». По его словам, в краткосрочной перспективе, как и в долгосрочной, мера терпения зрителя устанавливает ограничения при подборе единиц времени. «Мой шурин недавно переслал мне видеоролики, в которых фигурировал их ребенок, – рассказывает Коркум. – Сначала было забавно их просматривать, но после пятнадцати минут просмотра я спохватился: видео непозволительно затянулось».
В молодости, когда у меня было больше свободного времени, летом мне нравилось лежать на траве с закрытыми глазами и подсчитывать, сколько звуков я могу услышать одновременно. С одной стороны стрекочут цикады. С высоты небес доносится отдаленный рев реактивного самолета. Сзади шелестит листва, встревоженная легким дуновением ветра. Некоторые звуки постоянно находились рядом, другие возникали и утихали, как, скажем, крик голубой сойки. Впоследствии я обнаружил, что удерживаю в уме не более четырех-пяти одновременно, после чего какой-то из них выпадает из внимания, и даже определил, в какой момент один звук, записанный в моей памяти, сменяется другим, и чувствовал себя жонглером, который только что упустил один из мячей и тут же ловит другой взамен упущенного. Ранее я мог подолгу заниматься подсчетом удержавшихся и ускользнувших из внимания звуков, однако позже предпочел сосредоточиться не столько на количестве воспринимаемых в одночасье звуков, сколько на объеме внимания, поглощенного каждым звуком, а также на величине усилия, необходимого для сохранения звуков в поле восприятия.
Концентрация внимания на звуках природы помогала мне расслабиться и в то же время служила методом измерения… чего? Я так толком и не понял, чего именно. Объема внимания? Степени осознанности? Задним числом я понимаю, что так я пытался определить длительность текущего момента доступным мне примитивным способом, предпринимая попытку за попыткой. Задолго до того, как Уильям Джеймс с подачи Э. Р. Клэя ввел понятие «видимое воочию настоящее», большинство ученых соглашалось с тем, что психологическое настоящее имеет фактическую протяженность во времени, и прилагали невероятные усилия, стараясь определить его длительность. Насколько долго длится «сейчас»?
Одна из техник измерения длительности настоящего предполагала подсчет единиц ментальной информации, наполняющих текущее мгновение. С ролью счетчиков хорошо справлялись ритмические сигналы. Представьте себе последовательность ударов, следующих примерно в таком ритме: тикетта-тик-тик-тик, тикетта-тик-тик-тик и так далее. Если отдельные такты запаздывают или спешат, ритм становится неразличимым; разум связывает удары в единое целое только при подаче звуковых сигналов в определенном промежуточном диапазоне скорости, исчисляемом количеством тактов, воспринимаемых за секунду или за минуту времени. Иными словами, ощущение ритма появляется только при условии, что достаточное, но не слишком большое число отдельных тактов подается в течение кратковременного периода сосредоточения, длительность которого может незначительно варьировать. Характеризуя короткий промежуток времени, в течение которого из разрозненных впечатлений формируется ощущение текущего момента, немецкий психолог Вильгельм Вундт прибегал к терминам «охват сознания» или «поле озарения» (Blickfield). В 1870-х годах ученый предпринял попытку определить его параметры. В одном из экспериментов проигрывался звуковой ряд в числе шестнадцати тактов – по восемь пар ударов с частотой один к одному с половиной такта в секунду. Продолжительность «поля озарения» определялась между 10,6 и 16 секундами. Последовательность звуков проигрывалась дважды с короткой паузой между повторами. Участники эксперимента сразу определяли ритм и указывали на идентичность двух ритмичных звукорядов. Если к звуковому ряду длительностью в секунду прибавлялся один такт или, напротив, изымался один такт, слушатель немедленно замечал перемену, даже не подсчитывая ударов. Все участники опыта сознавали общий мотив звукоряда; каждый проигранный ритм, как отмечал Вундт, «сознается как единое целое». Впоследствии ритм ускорился: в следующий раз проигрывалось уже двенадцать отдельных тактов с периодичностью в полсекунды к трети секунды, однако подопытные по-прежнему улавливали единый ритмический рисунок звукоряда, сравнивая один отзвучавший ритм с другим. В результате было установлено, что воспринимаемое настоящее длится от четырех до шести секунд. Человеческий мозг в одночасье распознает до сорока тактов при подаче сигналов пятью пакетами по восемь тактов в каждом с частотой четыре удара в секунду. Таким образом, допустимый диапазон сознательного восприятия звука составляет десять секунд. Кратчайшая длительность звука, доступная восприятию, насчитывала двенадцать тактов, распределенных на три группы по четыре удара, подававшихся со скоростью три такта в секунду. Продолжительность звучания составила четыре секунды.
ОЩУЩЕНИЕ РИТМА ПОЯВЛЯЕТСЯ ТОЛЬКО ПРИ УСЛОВИИ, ЧТО ДОСТАТОЧНОЕ, НО НЕ СЛИШКОМ БОЛЬШОЕ ЧИСЛО ОТДЕЛЬНЫХ ТАКТОВ ПОДАЕТСЯ В ТЕЧЕНИЕ КРАТКОВРЕМЕННОГО ПЕРИОДА СОСРЕДОТОЧЕНИЯ
По другим данным, длительность воспринимаемого настоящего оказалась намного короче. В 1873 году австрийский психолог Зигмунд Экснер заявил, что способен услышать два последовательных щелчка искрового разряда, следующих друг за другом с интервалом в 0,002 секунды. Если участники опыта Вундта судили о длительности настоящего по содержанию заполненного текущего момента, то Экснер определял границы ничем не заполненных мгновений. Определяя длительность настоящего, Экснер обнаружил, что результат в значительной степени зависит от чувств, испытываемых человеком в это время. Возможности слуха открывают доступ к кратчайшему воспринимаемому интервалу протяженностью 0,002 секунды. Зрение функционирует более медленно: наблюдая две последовательные вспышки искрового разряда, следующие друг за другом с небольшим перерывом, Экснер мог достоверно отличить первую вспышку от второй только в тех случаях, когда продолжительность паузы между вспышками составляла более 0,045 секунды – чуть меньше одной двадцатой секунды. Если по условиям эксперимента звук предшествовал световой вспышке, продолжительность интервала между сигналами, необходимого для определения порядка их следования, увеличивалась до 0,06 секунды. Кратчайшая длительность интервала при противоположной задаче, когда вспышка предшествовала звуку, оказалась еще длиннее – 0,16 секунды.