Люди вроде нас, которые верят в физику, знают, что различие между прошлым, настоящим и будущим – это лишь упрямо сохраняющаяся иллюзия.
Некоторые физики, вроде Стивена Хоукинга, утверждают, что определенные аспекты теории относительности, как, например, постоянство скорости света, слишком трудны для понимания широкой публикой1. Но понимание того, каким образом скорость света является постоянной во всех системах отсчета, будет важно для осмысления природы восприятия, Вселенной и наших умов.
Давайте немного подумаем об Эйнштейне и о том, как он был способен отстраняться от повседневных представлений о пространстве и времени. В конце концов, он жил в том же самом мире, что и все мы. Его общепринятая реальность, его квартира в Цюрихе, вероятно, была горизонтальной и прямоугольной.
Для большинства людей общепринятая реальность бывает относительно ровной. Если движение в пространстве кажется вам крутым, как в горах, то вы обычно выбираете как можно более горизонтальный путь. Все мы стараемся спать в более или менее горизонтальном положении на ровной поверхности. Общепринятая реальность локальна в том смысле, что вы знаете пространство и время в своем ближайшем окружении. Вы знаете свою улицу и улицу по соседству с ней. Ваша квартира или дом, вероятно, имеет прямоугольную форму и располагается вполне горизонтально; возможно, поэтому английское слово flat (плоский, ровный) часто используется в значении «квартира» или «этаж».
ОР медленнее, чем скорость света
Хотя многие из нас сетуют на быстроту повседневной жизни, в действительности она весьма медленная по сравнению с огромной скоростью, с которой движется свет. С появлением электронной почты письма стали идти быстрее, но большая часть жизни крайне нетороплива. Быстрее всего люди путешествуют на самолетах. Очень быстрый самолет летит со скоростью звука – примерно 300 метров в секунду, что составляет около одной трети километра в секунду. За ту же секунду, за которую звук проходит одну треть километра, свет проходит 300 000 тысяч километров – свет почти в миллион раз быстрее звука. Из-за этой огромной скорости люди раньше считали, что свет распространяется мгновенно и для того, чтобы попадать из одного места в другое, ему не требуется вообще никакого времени. Свет распространяется быстро, но не мгновенно. По большей части, мы в своей жизни ползем с ужасно медленной скоростью по сравнению со скоростью света. В ОР у нас практически нет опыта с такими высокими скоростями. В повседневной жизни для нас очень необычны высокие скорости, искривленные пространства и гигантские нелокальные расстояния.
Время ОР антропоморфно и линейно
Рассмотрим подробнее наш опыт пространства и времени. Повсюду в мире жизнь в общепринятой реальности носит очень земной, в высшей степени общественный характер, ориентированный на человека. Немногие люди, за исключением космонавтов, попадают на луну или в открытый космос. Кого, кроме астрономов и писателей-фантастов, интересуют проблемы галактик?
Знакомый нам промежуток времени – это наш собственный возраст в годах. У всех нас есть определенное представление о столетии, поскольку мы живем в определенном столетии или на переходе между столетиями. Нам трудно думать о времени до нашего рождения или после нашей смерти. Если вы родились после 1960 года, можете ли вы представить себе, каким был мир в 1920 году? Для большинства людей 1920 год – это другой мир. Теперь попытайтесь подумать о 1890 г., 1700 г. или 3000 г. до н.э. Эти периоды подобны совершенно другим измерениям; мы воспринимаем их как мифические, воображаемые, нереальные. Для нас история носит нереальный характер; реальным кажется только время нашей жизни.
Продолжительность человеческой жизни составляет примерно восемьдесят лет. Если думать в терминах жизненных циклов, то начало европейского Возрождения и открытие Америки европейцами были семь циклов жизни тому назад. Культуры американских индейцев имеют более широкие представления о времени, чем продолжительность одной человеческой жизни: они говорят, что следует принимать решения, основываясь на их результатах через семь поколений в будущем. Вообразите, что принимая решение, вы думаете о том, как оно скажется на вашей части мира через пятьсот или шестьсот лет.
Теперь представьте себе обдумывание того, что будет происходить через 10 000 лет из-за того, что вы делаете сейчас, или что происходило 5 000 000 000 лет тому назад, когда зарождалась Земля. Такие времена выходят за пределы нашего антропоцентрического мышления. Эти времена носят почти необщепринятый характер, однако именно с такими временами должна иметь дело физика.
Обычно мы воспринимаем время как идущее вперед с безжалостной быстротой. Вот почему мы решаем делать те или иные вещи в определенные моменты времени. Однако многие коренные народы дожидаются правильного времени. В языке некоторых народов, таких как индейцы Хопи, даже нет слова для обозначения времени; вместо этого они говорят о том, что проявляется, или том, что проявлено. Нет никакого прошлого, настоящего или будущего. Представление о времени имеет важное значение; время может переживаться как непрерывно развертывающееся от одного момента к другому или как что-то способное останавливаться, расширяться и сжиматься в соответствии с обстоятельствами и культурой. Хотя в ОР мы представляем себе время как развертывающееся вперед в будущее, время может не быть самой основной или фундаментальной субстанцией. В некоторых отношениях, более фундаментально наше личное переживание времени.
Движение
Теория относительности рассматривает движение в пространстве и во времени, тогда как в общепринятой реальности понятие движения обычно относится только к перемещению в пространстве. Большинство из нас согласятся, что в ОР двигаться означает, например, танцевать в комнате или ходить – все это движения в пространстве. Давайте рассмотрим и движение во времени. Например, представьте себе, что я домосед, который все время сидит и смотрит телевизор. Двигаюсь ли я во времени? Да, двигаюсь. Двигаюсь ли я, когда ночью лежу в постели? Я двигаюсь во времени. Большинство людей скажут, что я не двигаюсь в пространстве, когда сплю, – если не учитывать того, что я дышу и ворочаюсь в постели. Но даже будучи неподвижным, я все равно двигаюсь во времени.
Рис. 23.1. Движение во времени, но не в пространстве
Движение по прямой линии, идущей вверх на рис. 23.1, представляет собой графическое объяснение того, что мы имеем в виду, говоря «время идет» или «время летит». В то время как движение в пространстве требует кинестетической способности, мы не замечаем движения во времени, если только не обладаем осознанием меняющейся атмосферы внутри нас, осознанием процесса. Ночью вы могли бы двигаться во времени куда захотите – вперед, назад, за пределы времени, за пределы тела, – но, чтобы замечать этот процесс, вы должны осознавать сновидение.
Если днем, сидя неподвижно, вы закрываете глаза, то вам может казаться, как будто ваше тело движется. Это переживание движения не в обычном, а в воображаемом пространстве. Тем не менее, вы переживаете это как движение. Такого рода движение больше похоже на движение во времени. Движение во времени связано с осознанием характеристик НОР – по контрасту с движением в пространстве, чтобы замечать которое требуются только зрительные или кинестетические способности.
Движение во времени не полностью отделено от нашего кинестетического чувства. Когда вы пробуждаетесь от сна или выходите из фантазии, в отношении того, где вы были, невозможно прийти к согласию, но, судя по имеющимся у всех часам, вы двигались во времени. Время проходит. Движение во времени происходит и в ОР, и в НОР; более того, время обладает пространственными характеристиками. Иными словами, в нашем переживании процесса смешиваются такие измерения общепринятой реальности, как пространство и время, которые мы считаем отдельными. Мы можем сказать, что представления ОР о времени и пространстве интересны, но не совершенны. С ними связаны всевозможные несообразности.
Эксперимент Майкельсона-Морли
Хотя Эйнштейн жил в повседневном мире пространства и времени, он тоже интуитивно догадывался, что пространство и время не абсолютны. Они его не слишком интересовали. Вероятно, поэтому он решил назвать свою первоначальную статью «Принцип инвариантности света», а не «Относительность пространства и времени». Очевидно, относительность времен и пространств его не так впечатляла, как инвариантность, то есть постоянная природа скорости света.
Принцип инвариантности Эйнштейна утверждает, что, даже если пространство и время меняются при увеличении скорости движения, скорость света остается постоянной и не зависит от системы отсчета, в которой вы находитесь. Он пришел к этой идее, обдумывая эксперимент, который провели в 1887 г. Майкельсон и Морли.
Суть этого эксперимента можно понять, думая о двух людях, движущихся относительно друг друга. Представьте себе, что мужчина стоит на мосту, измеряя скорость света от фонаря женщины, которая идет по крыше мчащегося поезда. Мужчина на мосту – это одна система отсчета, а поезд, по крыше которого идет женщина, – вторая. Если женщина с фонарем не нагнется, проезжая под мостом, то разобьет себе голову.
Рис. 23.2 Фонарь женщины движется по направлению к мужчине на мосту
С точки зрения ОР, чем быстрее идет поезд, тем сильнее она разобьет голову, если ударится о мост. Если она идет по крыше поезда со скоростью v, а поезд движется относительно земли со скоростью V, то ее скорость относительно земли составит V + v, то есть скорость, с которой она идет плюс скорость поезда.
Рис. 23.3. Женщина и ее фонарь движутся относительно мужчины со скоростью V + v
Скорость поезда и скорость женщины, идущей по крыше поезда, складываются, давая полную скорость, с которой голова женщины ударится о мост. Если бы она шла назад в то время, как поезд идет вперед, мы бы ожидали, что она меньше разобьет голову, поскольку ее скорость вычиталась бы из скорости поезда (давая в результате V– v).
Теперь подумаем о мужчине, стоящем на мосту. Он собирается измерять скорость света, идущего от ее фонаря. В данный момент, она согласилась включить свой фонарь, чтобы он мог начать измерять время, которое нужно свету, чтобы дойти до него. Представим себе, что у него есть отличные измерительные приборы, позволяющие ему измерить время от того момента, когда она должна включить фонарь, до момента, когда он увидит свет. Допустим, что она включает фонарь, когда поезд проходит мимо определенного столба. Он видит, как поезд это делает, и начинает свои измерения, а она включает свой фонарь.
Допустим, что он очень педантичен и решает сделать пару измерений. Он измеряет время и скорость света, когда она неподвижно стоит на крыше поезда, движущегося со скоростью V. И предположим, что он снова измеряет скорость света, когда она идет по крыше поезда по направлению к нему, так что ее полная скорость относительно него равна V + v. Он даже измеряет время, нужное свету, чтобы дойти до него в третий раз, когда она идет назад по крыше поезда, идущего вперед. В этот третий раз ее скорость относительно него равна V – v.
Аналогичные эксперименты, проводившиеся гораздо более тщательно Майкельсоном и Морли (которые использовали не поезд и мост, а интерферометр), показали, что, с точки зрения мужчины на мосту, измеряемая скорость света остается одной и той же, независимо от того, идет ли женщина по крыше поезда или стоит на месте.
В действительности, независимо от того, идет ли женщина по крыше поезда вперед или назад, стоит ли она на месте или прыгает, независимо от скорости поезда или скорости, с которой она идет по его крыше, мужчина на мосту всегда измеряет одну и ту же скорость света.
Мы уже видели, что скорость – это расстояние D, проходимое чем-либо за количество времени T. Если мы называем скорость света с, то с равно D, деленному на T (то есть с = D/T). Таким образом, каждый раз, когда мужчина на мосту измерял расстояние, на котором находилась от него женщина, судя по положению поезда на рельсах, и делил его на время, которое требовалось свету ее фонаря, чтобы дойти до него, он всегда получал одну и ту же скорость света. Но как скорость могла бы быть одной и той же, если бы иногда женщина и ее фонарь двигались по крыше поезда вперед, а иногда назад?
Результаты эксперимента Майкельсона-Морли потрясли физиков. Как такое может быть? Результаты указывали на серьезный парадокс. Тут появился Эйнштейн, который был очень независимым от нашего обычного чувства пространства и времени. Он разработал свою теорию и сказал: «Смотрите на вещи проще. Вам нужно всего лишь верить экспериментальным данным. Измеряемая скорость света всегда остается одной и той же, то есть с = D/T. Но D/T – это отношение. Поэтому если скорость или, точнее, отношение расстояния ко времени остается одним и тем же, значит, обычные понятия времени и пространства должны быть изменяемыми!» Пространство и время между мужчиной и женщиной должны сжиматься или расширяться в зависимости от скорости женщины относительно мужчины.
Чтобы D/T оставалось одним и тем же, то, что он измеряет как метр и секунду в одной из ее систем отсчета (или для одной из ее скоростей), должны сжиматься или расширяться, когда она находится в другой системе отсчета (или движется с другой скоростью). Если использовать для представления ситуаций, в которых она движется медленнее или быстрее, цифры 1 и 2, то для того, чтобы D/T = D2/T2, результаты измерения расстояния D и времени T должны становиться больше или меньше, в зависимости от ее скорости.
Если скорость света равна 300, то расстояние и время, или D/T, измеренные при одной скорости поезда, могли бы равняться, например, 600/2. Но когда женщина на поезде движется медленнее, D и T, измеряемые в том же месте, по-прежнему имеют отношение, равное 300. Следовательно, при другой скорости поезда измеряемые мужчиной величины D и T могут быть равными 6002/2,006. Иными словами, результаты измерения пространства и времени меняются с изменением скоростей. Чтобы с оставалась одной и той же, D и T должны увеличиваться. Например,
Чтобы скорость света оставалась одной и той же, время должно расширяться и сжиматься. Скорость света не могла бы оставаться постоянной при разных скоростях поезда, если только не меняются результаты измерения времени и пространство. Если поезд ускоряется, например, с 50 до 100 км/час, то результаты измерения расстояния и времени на этом поезде тоже будут меняться.
Потрясающая вещь в отношении постоянства результатов измерения скорости света состоит в том, что минута перестает быть минутой при всех обстоятельствах. Минута перестает быть чем-то фиксированным, постоянным и меняется для мужчины на мосту, когда меняется скорость движущейся системы женщины на поезде. Одна минута, которую отмеряют ее часы, будет отличаться от его измерения одной минуты.
Эйнштейн об этом не беспокоился, а просто думал, что времена и пространства, которые измерял мужчина на мосту, зависели от скорости поезда. Эйнштейн полагал, что чем быстрее идет поезд, тем больше изменяется или искажается время. Время, измеряемое женщиной по отношению к системе отсчета поезда, ее «истинное» время, является тем же временем, которое измеряет мужчина на мосту, только если поезд не движется. С увеличением скорости поезда, время, измеряемое ей на поезде, а им – на мосту, становится разным. Это означает, что если она находится в движущемся поезде, а он нет, то их часы показывают разное время, даже если до этого они были точно сверены. На самом деле, чем быстрее идет ее поезд, тем более искаженным и замедленным, по его мнению, становится время.
Вас, как читателя, может сбивать с толка или удивлять, что скорость света остается одной и той же и что время и пространство искажаются. Когда я впервые узнал об этих вещах, они меня тоже удивляли, но сегодня меня больше изумляет Эйнштейн, нежели постоянство скорости света. Меня впечатляет то, как он мог отстраняться от представлений о пространстве и времени, которые все остальные люди его мира и большая часть людей сегодняшнего мира считали и считают неизменными. Эйнштейн был беспристрастным; он был независимым от идей других людей, от понятия стандартных измерений. Вместо этого, он верил в эксперимент. Некоторым из нас труднее, чем было Эйнштейну, отстраняться от таких измерений, как пространство и время, прочно укоренившихся в сознании западного мира. Он никогда не был чересчур традиционным человеком – по его словам, он не был привязан к своей семье, к своим друзьям или к собственной внешности. Недавно я видел телевизионную передачу, где было сказано, что, живя в США, Эйнштейн забывал носить носки2.
Эйнштейн был достаточно нетрадиционным: такие измерения, как пространство и время, – это просто вспомогательные средства для понимания мира общепринятой реальности; их нельзя считать абсолютно реальными. Он правильно догадывался, что для мужчины на мосту часы женщины выглядели бы идущими медленнее, чем казалось бы ей на поезде. На самом деле, если бы поезд шел очень быстро, а потом остановился, мы могли бы подумать, что ее часы неисправны, поскольку мужчине на мосту показалось бы, что они отстают на несколько минут. Но ее часы вполне исправны. Просто из-за ее скорости по отношению к нему для него время искажалось. Таким образом, наши измерения с помощью часов и линеек не объективны. На пространство и время влияет скорость наблюдаемых нами событий по отношению к нам.
Почему мы не заметили этого раньше? Мы не замечаем искажения времени и пространства при низких скоростях, хотя бесконечно малые изменения времени и пространства происходят и в этих условиях. Однако при высоких скоростях величина искажения может составлять секунды, минуты или годы!
С появлением теории относительности рухнуло абсолютное господство понятий пространства и времени. После Эйнштейна пространство и время лишились своего трона. Их место заняла скорость света. Скорость света, которую физики обозначают буквой с, постоянна во всех системах отсчета, тогда как минута или метр на мосту – это вовсе не то же самое, что минута или метр в мчащемся поезде.
Вы можете возразить, что в общепринятой реальности метр – это просто метр. Но если ваша линейка начинает двигаться действительно быстро, то, согласно теории относительности, чем быстрее она движется, тем становится короче для того, кто стоит неподвижно. Иными словами, если я стою неподвижно, то ваш метр становится тем меньше, чем быстрее вы движетесь по отношению ко мне.
Возможно, вы усомнитесь в том, будут ли изменения линейки и часов действительными и реальными или это просто искажения восприятия. Из нашего рассмотрения относительности ясно, что ничего действительного или реального нет – есть только относительные длины и времена. Действительно ли метр и минута в поезде становятся меньше или больше? Для человека, стоящего на земле, – да. Для человека в поезде – нет.
Слово «действительно» больше не имеет никакого смысла. Теперь большое и малое становятся относительными понятиями. Иными словами, не существует такой вещи, как абсолютные пять метров или пять минут. Нет такой вещи, как два дня! Все это относительные или кажущиеся измерения. Наши восприятия, основывающиеся на наших измерениях, зависят от того, насколько быстро по отношению к нам движется то, на что мы смотрим.
Тут мы приходим к фундаментальной психологической проблеме отделения от наших собственных точек зрения. Используя такие слова, как реальное и действительное, мы допускаем, что существует неизменная реальность, вместо того, чтобы осознавать, что реальность – это сочетание измерений, которые все осуществляются относительно друг друга. Это очень глубокий вопрос, имеющий фундаментальное значение для нашего понимания демократии, которое мы будем более подробно рассматривать позднее.
Один из моих студентов однажды спросил: «В школе нас учили, что метр – это длина определенного материала, находящегося где-то в Париже на определенных широте и долготе, при определенных температуре и влажности. Что происходит, если мы берем этот эталон метра и запускаем его в космос со скоростью света? Меняется ли его длина?»
Я ответил: «Для нас на Земле он укорачивается. В школе вам говорили неправду потому, что было слишком трудно говорить вам правду! Им следовало говорить, что пока этот эталон в Париже неподвижен по отношению к тому месту, где вы стоите, его длина равна метру. Но если он начинает двигаться, вы будете наблюдать, что он укорачивается».
Если бы вы спросили Эйнштейна о том, какова реальная длина эталона метра, он бы сказал: «Этот вопрос не имеет смысла. Теперь длина и время – относительные понятия, с их абсолютностью покончено. Их следует заменить новой мерой, представляющей их смесь. Новая мера называется пространство-время. Чтобы вычислять пространство-время, вы должны использовать способ, который дает формула, состоящая из сложения и умножения, квадратов и квадратных корней»3.
Таким образом, в то время как многие вещи относительны, скорость света абсолютна, и место пространства и времени занимает новая мера пространства-времени, которая представляет собой смесь пространства и времени. Мы будем глубже рассматривать понятие пространства-времени в следующих главах.
Пока просто отметим, что скорость света равна 3*1010 сантиметров в секунду, или 300 000 километров в секунду. Помните, что эта величина выражается в километрах в секунду, а не в километрах в час. Скорость света, которая в уравнениях физики обозначается буквой с, это, безусловно, большая величина.
Свет в психологии
Скорость света, 3 × 1010 сантиметров в секунду, – это природная или мировая постоянная4. Возможно, вам любопытно, почему в этом числе фигурирует цифра 3. Никому не известна причина конкретных величин мировых постоянных. Они просто есть и остаются для науки загадкой.
Но это не мешает нам размышлять о происхождении числа 3 в скорости света. Чтобы понять причину числа 3, нам может понадобиться психология математики. Вспомните, что в нашем обсуждении чисел мы говорили о том, как мы воспринимаем вещи. Структура нашего осознания создает определенные границы и числовые основания. Например, нам нелегко замечать больше трех вещей вместе. У нас есть врожденные пределы осознания. Эти пределы составляют часть динамики, происходящей, когда мы стараемся что-либо считать и делиться результатом с другими.
С психологической точки зрения, свет – это основное средство, которое мы используем, чтобы видеть. Для большинства людей во всем мире свет символизирует человеческое осознание. Свет связан с другими терминами – такими как «зажигать», «освещать», «невесомый», «легкий» и «быстрый». В комиксах возникновение новой идеи или обретение понимания изображают загорающейся над головой персонажа электрической лампочкой. Мы думаем о свете в связи с восходом солнца, с пробуждением и сознанием, точно так же, как иногда думаем, что гаснущие огни означают время спать и быть бессознательными. Глагол «просвещать» связан с учением, преподаванием, инструктированием и сообщением новой информации. Момент осознания случается спонтанно и очень быстро.
Поэтому скорость света, в определенном смысле, служит метафорой для быстроты осознания, времени, которое нам нужно, чтобы пробудиться к чему-либо, понимать, воспринимать. Постоянна ли эта скорость в психологии, как скорость света в физике?
Например, не может ли быстрота осознанности, заигрывания, чувственных вспышек в шаманизме и психологии быть равной для всех, независимо от их системы отнесения, от того, кто они и откуда происходят?
В следующих главах я буду доказывать, что все мы одинаково «умны», вопреки мнению, что некоторые из нас менее или более сообразительны, чем другие. Я буду доказывать, что такие необщепринятые восприятия, как чувственное осознание и осознанность, одинаковы для всех чувствующих существ. Иными словами, постоянство скорости света может быть более универсальной истиной, чем понимал даже Эйнштейн.
Утром перед семинаром, из которого взята эта глава, мне приснился сон о свете. В моем сне я видел яркий метеор, но не падающий с неба на Землю, а взлетающий с Земли и со скоростью света устремляющийся в небо. Сперва метеор набирал высоту над поверхностью океана на северо-западном тихоокеанском побережье США, где я живу. Метеор двигался быстро, как пуля, летящая со скоростью света. Я не мог видеть метеор, но, несомненно, мог видеть волны, которые он вызывал при своем движении. Я думал: «О господи, он врежется в побережье Орегона».
Но этого не случилось. Он знал, куда двигаться, и внезапно взлетел прямо вверх над поверхностью Земли. Он летел прямо в небо, потом дальше во Вселенную и становился звездой в космосе, мчащейся по небу!
Судя по всему, у Эйнштейна в детстве был похожий сон5. Он мог быть примерно таким: «Я ехал под гору по снегу на своих санях. Скалы и деревья начали мелькать мимо меня все быстрее и быстрее. Потом я оказался во Вселенной, и мимо меня быстрее света проносились планеты».
В чем смысл подобных снов? Возможно, мы никогда не будем знать этого определенно, но я подозреваю, что за постоянством скорости света могут стоять космологические принципы, о которых не думал даже Эйнштейн. В следующей главе мы вместе узнаем, что постоянство скорости света – это лишь одна часть более широкого принципа, относящегося к просветлению.
Примечания
1. Стивен Хоукинг в книге «Черные дыры и новорожденные Вселенные» (стр. 36) замечает, что публике будет трудно понять, как два наблюдателя, движущиеся с разными скоростями, будут измерять разные промежутки времени между парой событий.
2. Передачу «Эйнштейн: каким я вижу мир» несколько раз показывали по программе «Нова» Тихоокеанской студии телевещания.
3. Если х, у и z – три измерения пространства, c – скорость света, а t – время, то s для пространства-времени можно найти, извлекая квадратный корень из следующей суммы:
s2 = х2 + у2 + z2 – c2t2.
В некотором смысле, скорость света c – это просто способ показывать, как соотносятся пространство и время.
4. Эту скорость, которая остается одной и той же независимо от системы отсчета, обычно измеряют в вакууме. Мы уже видели еще одну мировую константу в квантовой физике – так называемую постоянную Планка – отношение энергии кванта к его частоте, равное 6,626×10-34 джоуль-секунд.
5. Спасибо Робу Сандуччи, который рассказал мне об одном из детских сновидений Эйнштейна.