Животът е плитка в пространство-времето

„Извинете, колко е часът?“ Вероятно всеки е задавал този въпрос, сякаш е толкова очевидно, че времето съществува.

Но сигурно никога не сте питали непознат: „Извинете, какво е мястото?“ Ако сте се загубили, то сигурно ще кажете нещо от сорта: „Извинете, къде се намирам?“, като по този начин не питате за свойството на мястото, а за свойство на самия вас.

Нещата с времето са подобни – когато питате за часа, вие не питате за свойството на времето, а по-скоро за вашето положение във времето.

Но не така протича процесът в мислите ни. Езикът ни подсказва колко различно виждаме пространството и времето. Първото е статично състояние, а второто – нещо, което тече. Но въпреки че тази идея идва доста интуитивно, тя е просто илюзия.

Айнщайн ни е научил, че има два равностойни начина за виждане на физическата реалност. Тя може да е триизмерна реалност, наречена пространство, където нещата се променят с времето. Но също е четириизмерна реалност, наречена пространство-време, което просто съществува, не се променя, не е създавано, не се разрушава.

Виждам тези две гледни точки като различните перспективи за реалността, които ще имат жаба и птица. Птицата оглежда реалността „отгоре“, подобно на физик, изучаващ математическата структура на пространство-времето, описана чрез физически уравнения.

От другата страна, жабата живее в пространството, което птицата наблюдава отгоре. Когато жабата поглежда към Луната, тя вижда нещо подобно на дясната част на фигурата (отдолу) – отделни кадри от Космоса, като всеки път Луната е на различна позиция. Птицата вижда непроменяща се спирална форма в пространство-времето – лявата част на фигурата.

Max Tegmark

За птицата (и за физика) няма обективно определение на минало и бъдеще. Както казва Айнщайн: „Различаването между минало, настояще и бъдеще е само упорито устойчива илюзия.“

Когато мислим за настоящето, имаме предвид времеви отрязък от пространство-времето, който отговаря на момента, в който тази мисъл ни минава през главата. Бъдещето и миналото са части от пространство-времето, които се намират над и под този отрязък.

Това е аналогично на тук, пред мен и зад мен, когато имаме предвид различни части от пространство-времето, свързани с настоящото ни местоположение. Това, което е пред вас е не по-малко реално от това, което е зад вас.

Ако вървите напред, някои от нещата, които в момента са пред вас, в следващ момент ще бъдат зад вас, а в сегашния момент са зад други хора. В този ред на мисли в пространство-времето бъдещето е толкова реално, колкото миналото – части от пространство-времето, които в момента се намират във вашето бъдеще, в един момент ще бъдат във вашето минало.

След като пространство-времето е статично и непроменимо, няма части от него, които да променят статута му на реалност и всички части са еднакво реални.

Идеята за пространство-време има по-дълбок смисъл от преосмислянето на концепциите за бъдеще и минало. Тя ни представя още една идея – тази за математическа вселена.

Пространство-времето е чисто математическа структура, в такъв смисъл, че има само математически свойства. В книгата ми Нашата математическа Вселена (Our Mathematical Universe) анализирам не само пространство-времето, но и външната физическа реалност, която е математическа структура и по дефиниция е абстрактна, неизменна същност, която съществува извън пространството и времето.

Най-интересното свойство на пространствено-времевия тунел не е издутата му форма, а вътрешната му структура, която е изключително комплицирана.

Какво всъщност означава това? Означава, че живеем във вселена, която може да бъде красиво описана от математиката. И това наистина е така – в хода на вековете сме разбрали много за Вселената, а новите открития се трупат все по-бързо.

Един от най-скорошните примери за това твърдение е Хигс бозонът, който също като планетата Нептун и радиовълните е предсказан чрез молив и математически уравнения.

Ако Вселената ни можеше да бъде предсказана приблизително чрез математика, това щеше да означава, че не всички нейни свойства са математически. Това, че е математическа, означава, че всичките ѝ свойства са математически и не притежава други, освен математически.

Ако съм прав и това е така, това са добри новини за физиката, защото би означавало, че всички принципи на Вселената могат да бъдат разбрани, ако сме достатъчно интелигентни и изобретателни. Това също би означавало, че реалността е нещо много по-голямо, отколкото сме си представяли, и в нея се съдържа огромна колекция от вселени, които се подчиняват на всички възможни математически закони на физиката.

Този иновативен начин, по който трябва да гледаме Вселената и материята в нея, предполага и нов начин, по който да гледаме себе си. Мислите ни, емоциите ни, себеосъзнаването и дълбокото, екзистенциално чувство за „Аз“ – нищо от това не изглежда математическо. И все пак сме направени от същите елементарни частици, които изграждат целия физически свят, за който вече казах, че е изцяло математически. Как можем да свържем тези две гледни точки?

Chad Hagen

Първата стъпка е да осмислим как виждаме структурата на пространство-времето. Пионерът в космологията Джордж Гамоу (George Gamow) озаглавява своята автобиография Моята световна линия (My World Line). Айнщайн също е използвал тази фраза, когато говори за пътеки през пространство-времето.

Обаче отделният свят не е линия – той има плътност и не е праволинеен. Човешкото тяло е изградено от около 10²⁹ елементарни частици (кварки и електрони), които имат форма на тунел в пространство-времето. Това прилича на спираловидната форма при фигурата с Луната и Земята, но е много по-сложно. Ако плувате дължини в басейн, тази част от пространство-времевия тунел има зигзагообразна форма, а ако се люлеете на люлка – частта от пространство-времевия ви тунел има сърповидна форма.

Най-интересното свойство на пространствено-времевия тунел не е издутата му форма, а вътрешната му структура, която е изключително комплицирана. Частиците, които изграждат Луната, са слепени и подредбата им е статична, но много от частиците, които изграждат вас, са в състояние на постоянно движение спрямо една друга.

Представете си частиците, които изграждат кръвните ви клетки. Докато кръвта циркулира в тялото ви, за да доставя нужния кислород, всяка кръвна клетка следва свой собствен тунел в пространство-времето, който отговаря на сложен маршрут в артериите, капилярите и вените ви.

Тези пространствено-времеви тунели се пресичат и формират плитка (фигурата отдолу), много по-сложна от всичко, което можете да видите във фризьорски салон. Това означава: класическите плитки се състоят от три нишки, всяка с по около 30 хил. косъма. Вплитането става чрез прост, повтарящ се модел.

Пространствено-времевата плитка се състои от трилиони нишки (по една за всяка кръвна клетка), като във всяка има трилиони траектории на елементарни частици, вплетени по-сложен модел, който никога не се повтаря. С други думи, ако отделите една година да сплитате всеки косъм един по един, това, което ще получите, отново ще е изключително просто в сравнение с плитката на пространство-времето.

Отляво: неодушевен предмет, прост модел; в средата: живо същество, сложен модел; дясно: отплитане на плитката при смърт. Max Tegmark

И все пак моделите на сплитане на кръвните клетки бледнеят пред моделите на обработване на информация в мозъка ви.

Притежавате около 100 милиарда неврона, които постоянно генерират електрически сигнали, в което се включва разбъркването на трилиони атоми – най-често натриеви, калиеви и калциеви йони. Траекториите на тези атоми формират изключително сложна плитка в пространство-времето. Това, меко казано, комплицирано сплитане отговаря за обработването и задържането на информация по такъв начин, че някак се получава познатото усещане за самосъзнание.

В научните среди е прието, че все още не разбираме този процес, затова не бихме излъгали, ако кажем, че все още не разбираме какво представляваме. Но в най-общ смисъл можем да се наречем „модел в пространство-времето“. И то математически модел. По-конкретно – всеки отделен човек е плитка в пространство-времето, но все пак една от най-сложните плитки, които познаваме.

Но човек не трябва да е тъжен заради това, че е просто колекция от елементарни частици. Не съм съгласен с определението „просто“ – тази сложна пространствено-времева плитка е най-красивият модел, който сме открили във Вселената. Най-бързият компютър в света, Гранд каньон или дори Слънцето – техните пространствено-времеви модели са простички в сравнение с нашия.

Двата края на пространствено-времевата ви плитка отговарят на раждането и смъртта – всички нишки постепенно се разделят. Това кара човешката структура на пространство-времето да изглежда като дърво – отдолу са ранните години, това е сложната коренова система, която отговаря на пространствено-времевите траектории на много частици, които се сливат, за да направят по-плътни нишки, и така се стига до стъблото, което е вашето сегашно тяло (разбира се, с много вътрешни плитки, както е описано по-горе).

Горната част на плитката е крайната част на живота – това е короната на дървото. Стъблото се разделя на по-малки клони, което се отнася към вашите градивни частици, които тръгват по собствени и отделни пътища след смъртта. С други думи, моделът на живота е краен в измерението време, като плитката започва да се отплита накрая.

Идеята да гледаме на себе си като на математически модел на плитка в пространство-времето поставя под въпрос предположението, че никога няма да разберем какво е съзнанието. Тя ни дава оптимизма, че един ден съзнанието ще бъде разбрано като форма на материята, производно на най-сложната и красива пространствено-времева структура във Вселената.

Това би променило живота ни в изключително много насоки – как гледаме на животните, пациентите в кома, свръхинтелигентните машини, етиката, законите, технологиите и много други.

Ако разкрием абсолютната природа на времето, ще получим отговори на едни от най-интригуващите въпроси на съвременната физика. Имало ли е начало преди Големия взрив? Има ли край? Започнало ли е всичко от някакво безвремие и ще свърши ли така?

Ние, физиците, все още не сме открили математическата теория за квантова гравитация, която ще отговори убедително на тези въпроси, но каквато и да е Теорията на всичко, времето ще бъде ключовият фактор в разгадаването на всички тези мистерии.

Публикацията е дело на Макс Тегмарк (Max Tegmark), който е професор по физика в Масачузетския технологичен институт (MIT).

Nautilus