Мы все ощущаем неумолимый бег времени, но законы физики не считают его течение фундаментальным свойством Вселенной. Так откуда же в нашем сознании возникает это мощное и непрерывное чувство — ощущение потока, который уносит нас из прошлого через настоящее в будущее? Ученые, стоящие на стыке нейронауки и физики, начинают раскрывать эту тайну, и ответ оказывается тесно связан с тем, как наш мозг конструирует саму реальность.
На протяжении многих веков время казалось людям чем-то само собой разумеющимся, интуитивно понятным. Исаак Ньютон, например, представлял его как абсолютную величину, универсальные часы Вселенной, тикающие с постоянной скоростью для всех и всего.
«Движение может ускоряться или замедляться, но течение абсолютного времени не подвластно никаким изменениям», — утверждал он.
Эта гипотеза потерпела неудачу с появлением теорий относительности Альберта Эйнштейна. Он показал, что пространство и время едины — они образуют четырехмерный пространственно-временной континуум. Эта ткань мироздания искривляется под воздействием гравитации и движения. В результате два наблюдателя в разных условиях никогда не согласятся друг с другом в определении того, что произошло одновременно.
Прошлое, настоящее и будущее превратились из абсолютных категорий в относительные, зависящие от точки зрения. Именно поэтому Эйнштейн настаивал, что течение времени — «упрямая и навязчивая иллюзия». Многие современные физики разделяют эту точку зрения, отрицая существование объективного «сейчас». Но если время не течет в фундаментальном смысле, то почему мы так сильно и неизбежно чувствуем его движение? Этот вопрос заставляет ученых заглянуть в самый сложный объект во Вселенной — человеческий мозг.
В отличие от зрения, слуха или осязания, у времени нет своего специального органа чувств. Оно пронизывает все наши восприятия. Нет и конкретного нервного пути, по которому в мозг поступали бы сигналы о времени. Более того, не известно ни одного клинического случая, когда человек полностью утратил бы способность воспринимать время. Это делает его изучение невероятно сложной задачей.
Авторы ряда исследований показали, что в мозге нет единых централизованных часов, подобных наручным. Скорее, его можно сравнить с мастерской часовщика викторианской эпохи, заставленной самыми разными механизмами, каждый из которых отвечает за свой временной интервал. К примеру, в супрахиазматическом ядре мозга расположены главные циркадные часы. Они используют маятниковые колебания внутри белков, чтобы синхронизировать наши внутренние ритмы с солнечным циклом.
Другие группы нервных клеток управляют синхронизацией на уровне долей секунды, что необходимо для быстрых физических реакций. Дин Буономано, нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, продемонстрировал, что практически любая группа нейронов может отслеживать эти сверхкороткие промежутки, активируясь по повторяющимся схемам. Это говорит о том, что все клетки мозга, возможно, обладают таким свойством.
Однако эти механизмы не объясняют наше привычное чувство течения времени, ощущение, что мы плывем по реке событий.
«Наше восприятие мира зависит от упорядочивания того, что мы интерпретируем как события и причинно-следственные связи, а они происходят в течение секунд, минут и часов», — говорит Эдвард Мозер из Института системной нейронауки Кавли в Норвегии.
Мозг отмечает, что произошло и когда, в режиме реального времени, чтобы формировать эпизодические воспоминания. Без них у нас не было бы прошлого и не возникало бы чувства течения времени. Чтобы понять, как это работает, нужно понять, как мозг создает последовательности.
Эдвард Мозер и Май-Бритт Мозер, работающие в том же институте, разделили Нобелевскую премию по медицине 2014 года за открытие «нейронов сетки». Эти клетки отслеживают положение тела крысы в пространстве, создавая в мозге навигационную карту. Не так давно ученые идентифицировали клетки, которые, по их мнению, выполняют аналогичную функцию для упорядочивания событий во времени.
Вместе с Альбертом Цао, который сейчас работает в Стэнфордском университете в Калифорнии, они записывали активность нейронов, пока крысы искали кусочки шоколада в лабиринте. Сначала никакой четкой закономерности не просматривалось. Но в конце концов исследователи увидели, что активность клеток менялась в зависимости от того, что переживал каждый грызун. Лишь когда крысу помещали в петлю в виде восьмерки, вынуждая возвращаться на одно и то же место за шоколадом, ученые обнаружили повторяющийся рисунок активности этих клеток.
Мозеры полагают, что данные клетки отмечают порядок событий. Эта идея хорошо сочетается с местной нейронной архитектурой. И латеральная энторинальная кора, где нашли эти «временные» клетки, и медиальная энторинальная кора, где обитают нейроны сетки, отправляют сигналы прямо в соседний гиппокамп. Этот центр формирует воспоминания. Таким образом, предполагают Мозеры, именно здесь представления о пространстве и времени от специализированных клеток объединяются, чтобы создать наш целостный опыт — что, где и когда.
«Это совершенно логично, потому что и пространство, и время — важнейшие компоненты эпизодической памяти», — поясняет Эдвард Мозер.
Но возникает вопрос — какое именно время отмечает наш мозг? На недавней встрече, посвященной пространству и времени в мозге, Джордж Бужаки, нейробиолог из Нью-Йоркского университета, неоднократно подчеркивал, что это не время часов. Часы — это культурное изобретение, и маловероятно, что нейроны эволюционировали для отслеживания именно такого времени.
Интуитивно мы воспринимаем время как ньютоновское. Оно словно течет с постоянной скоростью, создавая фон, на котором нейроны отслеживают последовательности событий. С эволюционной точки зрения трудно представить, почему должно быть иначе. Способность воспринимать, что движение и гравитация искривляют пространство и время, вряд ли давала нашим предкам преимущество в выживании. Мы живем в гравитационном поле умеренной силы и перемещаемся с довольно низкими скоростями, поэтому наши чувства не испытывали давления, чтобы развить способность воспринимать причуды времени из теорий относительности Эйнштейна.
Тем не менее, есть основания предполагать, что мы воспринимаем некоторые эйнштейновские аспекты времени, в первую очередь его связь с пространством. В этом смысле время для нас зависит от движения так же, как и в теории относительности Эйнштейна.
Доказательства этой «специализации времени», как называет это Буономано, есть в самом нашем языке. Исследования с помощью мозгового сканирования также показали, что представления о пространстве и времени формируются в одних и тех же регионах мозга. Есть намеки на то, что некоторые нейроны способны кодировать и то, и другое. К примеру, нейроны сетки, по-видимому, сигнализируют о прошедшем времени у крыс, бегущих в колесе.
Есть даже предположения, что восприятие движения искажает наше восприятие времени. Многие эксперименты демонстрируют, к примеру, эффект Каппа — когда люди переоценивают количество времени между двумя повторяющимися зрительными стимулами по мере увеличения физического пространства между ними. Исследователи также показали, что когда человек сам находится в движении, его восприятие длительности данного стимула растягивается.
Ученые провели эксперимент. Студенты, представившие себя крошечными человечками в миниатюрной гостиной, ощущали, что время летит быстрее. Их оценки были значительно короче реального времени. Более того, ускорение их субъективного времени оказалось пропорционально масштабу модели комнаты, в которой они мысленно находились. Этот результат, о котором сообщили в журнале Science в 1981 году, говорит о том, что наше восприятие времени почти идеально пропорционально нашему восприятию пространственного масштаба.
И все же Буономано предостерегает от чрезмерного толкования таких эффектов.
«Время для нас, конечно, относительно, потому что мозг взаимодействует со всем, но не в релятивистском смысле Эйнштейна», — говорит он.
Действительно, движение и пространственный масштаб — далеко не единственные факторы, которые искривляют время. Мы все это чувствовали — время летит, когда мы заняты чем-то интересным, и ползет, когда нам скучно. Наиболее драматично время переходит в режим замедленной съемки, когда мы охвачены страхом, например, в момент околосмертного опыты или даже небольшой автомобильной аварии.
На первый взгляд, главным фактором кажется внимание. Чем меньше мы заняты, тем больше обращаем внимание на течение времени — и поэтому нам кажется, что оно проходит медленнее. Однако дело не только в этом. Для Сильви Друа-Воле, психолога из Университета Клермон-Овернь во Франции, ключевую роль играют эмоции. Она показала, что люди переоценивают длительность эмоционально заряженных видеороликов, длящихся до нескольких секунд. Она также продемонстрировала, что фильмы ужасов, такие как «Сияние», заставляют субъективное время расширяться.
В одном из самых известных экспериментов по восприятию времени Дэвид Иглман, ныне работающий в Стэнфордском университете, и Вани Париядат из Национального института по проблемам злоупотребления наркотиками в Мэриленде предложили добровольцам упасть на спину с башни в страховочную сетку, с высоты 30 метров. Во время падения они смотрели на светодиодный дисплей на запястье, который показывал мелькающее число, чередующееся со своим негативным изображением 20 раз в секунду. Это слишком быстро для человеческого восприятия, если только время в мозге в определенные моменты не может замедляться.
Хотя добровольцы и сообщали, что падение длилось дольше реального времени, никто из них не смог разглядеть число. Это позволило Иглману и Париядат предположить, что растяжение времени — это артефакт памяти. Интенсивные ситуации заставляют наш мозг поглощать больше сенсорных деталей, формируя более насыщенное воспоминание. Именно поэтому пережитый опыт кажется более длительным, чем он был на самом деле.
Но мы также знаем, что в определенных ситуациях растягивание времени может происходить в реальности, а не только в ретроспективе. Марк Виттман из Института пограничных областей психологии и психического здоровья во Фрайбурге, Германия, и его коллеги смоделировали опыт угрожающего сценария, например, автомобильной аварии. Участникам показывали круги на экране, некоторые из которых увеличивались, создавая иллюзию приближения, а другие уменьшались, как будто удаляясь. Как и ожидалось, столкнувшись с приближающимся кругом, люди переоценивали количество времени, которое прошло.
Таким образом, искажение ощущаемого времени, как в ретроспективе, так и в момент события, в той же степени связано с эмоциями, как и с другими факторами. Однако если копнуть глубже в природу эмоций, становится ясно, что это психические состояния, вызванные физиологическими реакциями на окружающий мир.
Несколько исследований с помощью функциональной МРТ выявили корреляцию между количеством времени, которое, как нам кажется, прошло, и нейронной активностью в островковой коре — области мозга, где обрабатываются сигналы тела. Это говорит о том, что субъективное время формируется физиологическими ощущениями, утверждает Виттман.
Эксперименты, похоже, подтверждают это. Например, Виттман показал, что люди, которые лучше осознают свое сердцебиение, точнее воспроизводят длительность только что услышанного звука, чем другие. Он также продемонстрировал, что когда люди смотрят фильмы ужасов и время замедляется, оно кажется еще более медленным, если добровольцев поощряют фокусироваться на своих телесных ощущениях.
Все это позволяет предположить, что частота сердечных сокращений или, что более вероятно, совокупность различных состояний тела может служить внутренней мерой длительности. Количество накопленных «импульсов» представляло бы собой количество времени, которое прошло, и мозг записывал бы их. В таком случае мы получаем впечатление, что время движется медленнее, чем есть на самом деле, когда телесные процессы усиливаются.
Все это гораздо лучше укладывается в ньютоновскую концепцию времени, чем в контекст относительного пространства и времени, задуманного Эйнштейном. В конечном счете, наша способность ощущать и искажать время не требует ни одной из этих абстрактных концепций, считает Виттман. «Можно сказать, что наше восприятие времени откалибровано под некое среднее эмоциональное состояние. Когда мы внезапно оказываемся в состоянии высокого эмоционального возбуждения, это заставляет нас переоценивать время относительно этой средней отметки».
Это имеет смысл. Наш опыт восприятия мира по своей природе субъективен, так почему же мы должны ожидать чего-то иного, кроме размытого приближения к объективной реальности? В этой картине время течет не потому, что наш мозг измеряет его в соответствии с той или иной научной концепцией, а потому, что его клетки эволюционировали, чтобы отслеживать последовательности событий. Мы конструируем время, не нуждаясь в навязывании времени часового, чтобы осмыслить наш опыт.
Аналогичным образом, время для нас ускоряется и замедляется в основном в ответ на наши эмоции, которые сами формируются нашей физиологической реакцией на окружающую среду. Таким образом, наше чувство времени связано больше с нашим чувством самости, чем с чем-либо еще.
Степень, в которой это восприятие времени представляет собой какое-то реальное свойство Вселенной, — это совершенно другой вопрос. И здесь мы вступаем на пугающую территорию, с нейронаукой на одной стороне и физикой на другой. Что касается Буономано, ему трудно поверить, что наш мозг нас обманывает. «В случае с восприятием времени я думаю, что наши чувства, вероятно, говорят нам нечто реальное о Вселенной, — рассуждает он. — Мне трудно понять, зачем нам эволюционировать, чтобы видеть настоящее как нечто особенное, если на самом деле это не так».
Но это не значит, что мозг говорит нам все. Даже те чувства, которые мы понимаем, не создают идеально точную копию мира — именно поэтому мы так подвержены зрительным иллюзиям.
Карло Ровелли, теоретический физик из Университета Экс-Марсель во Франции, считает, что нечто подобное происходит с нашим восприятием времени. Сегодня физики утверждают, что течение времени является следствием второго закона термодинамики, который гласит, что в замкнутой системе общий беспорядок, известный как энтропия, всегда возрастает. Но далеко не ясно, является ли Вселенная замкнутой системой. И даже если так, некоторые люди ставят под сомнение предположение, что энтропия в далеком прошлом была настолько низкой. Ровелли искал более удовлетворительные ответы в неопределенностях, присущих квантовой сфере, самом фундаментальном уровне природы, из которого emerges классический мир, который мы наблюдаем.
В результате он пришел к выводу, что наше восприятие течения времени возникает из-за нашего особого взгляда на Вселенную, из-за нашей неспособности увидеть ее во всех деталях.
«Мы сидим на вращающейся скале, но вместо того, чтобы воспринимать вращение, мы воспринимаем движение звезд вокруг», — говорит он.
Это звучит как иллюзия. Но Ровелли предпочитает называть это приближением — «нашим наиболее релевантным приближением физической реальности». Течение времени — это порождение сознания, которое позволяет нам функционировать, не раскрывая мир таким, какой он есть на самом деле.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости