Глядя в противоположном направлении – в небеса, Галилео использовал телескоп для астрономических наблюдений за планетами, Солнцем и далекими звездами, и его поддержка идеи Джордано Бруно о том, что эти звезды и впрямь похожи на наше Солнце (все они – примеры небесных «топок»), еще больше расширила человеческие представления о небесном пространстве – до тех пределов, которых достигал вооруженный телескопом человеческий глаз. Современник Галилео Кеплер и сам Галилей говорили о том, что постижение вселенной доступно для человека, особенно с помощью возникшей к XVII веку ментальной абстракции, на которую полагался Кеплер, т. е. математики – шифрованного символического языка, который с тех пор используется для описания всего, что существует вокруг и внутри нас.
Показав, что все предметы вне зависимости от того, легкие они или тяжелые, падают на землю с одинаковым ускорением по одной и той же кривой – параболе, которую можно описать простым математическим уравнением, Галилео выдвинул предположение о том, что законы, выведенные на поверхности Земли с помощью абстрактного математического мышления и изобретательности, применимы и к гораздо более обширным пространствам вселенной. Большинство людей этого не осознавали, но тогда космос расширился на много порядков, по крайней мере в представлениях Галилео.
В день смерти Галилео родился человек, которому предстояло сделать решающий шаг в выполнении одного важного аспекта исходной исследовательской программы Галилея, а именно – трансформировать математические абстракции и объекты, выведенные исключительно за счет внутренней электромагнитной динамики человеческого мозга, в законы, применимые ко всему космическому пространству. Исаак Ньютон – еще один выдающийся представитель этой мозгосети, навсегда изменившей человеческое ощущение пространства, который вывел человеческий разум на ранее невиданные просторы, в широчайшее царство известной и неизвестной вселенной со скрытыми и по сей день пределами, и сделал он это с помощью понятия гравитации.
Трудно определить истинный масштаб интеллектуальных достижений Ньютона. На протяжении двух столетий после формулировки Ньютоном теории гравитации она оставалась первым и единственным описанием фундаментальной силы природы, способной действовать на расстоянии, всегда и везде следуя одному и тому же принципу. Тот факт, что такое потрясающее открытие было выражено одной простой формулой, стал для многих поколений первым примером героического триумфа человеческого рационального мышления над мистицизмом. В то время физика Ньютона стала этакой самодвижущейся ракетой, выведшей своей тягой материализм на доминирующую философскую позицию, которую он и поныне занимает в науке.
Одна из великих догадок Ньютона, а также его достижения в значительном развитии идей Галилея основаны на понимании того, что «движение по орбите есть форма падения». Поняв этот принцип, Ньютон преуспел в обобщении наблюдений Галилея относительно падения предметов на Земле и законов Кеплера о движении планет в единую элегантную теорию гравитации.
Но модель Ньютона выдала намного больше предсказаний и даже условий относительно поведения вселенной. Для начала во вселенной Ньютона пространство было абсолютной заданной сущностью, не требовавшей объяснения в плане происхождения, природы или поведения; оно просто существовало как некое свойство космоса и всего, что в нем содержится, включая нас. Такой подход также подразумевал, что пространство было не меньшим благом для математиков, хотя они, согласно Ньютону, могли вообще не обращать на него внимания. Пространство существовало, чтобы поддерживать изумительную картину сил, действующих на предметы и вызывающих конкретное движение. И в таком случае нам следует просто дать ему возможность делать свое дело спокойно и анонимно, не создавая нам каких-либо ненужных и раздражающих математических трудностей.
Возможно, еще более удивительным, чем вторичная значимость пространства, в представлениях Ньютона о вселенной было то, что и время вовсе не получило билет на небесное шоу. Все события, происходившие в космическом театре вселенной Ньютона, были полностью детерминистическими. Таким образом, зная начальные условия в системе и действующие на тело силы, с помощью законов движения Ньютона можно сразу предсказать все характеристики движения этого тела в будущем с помощью таких параметров, как ускорение, направление движения и общая траектория. Иными словами, если знать начальные условия в системе и силы и применить законы движения Ньютона, можно рассчитать следующее положение тела еще до того, как это тело туда попадет. Вот почему во вселенной Ньютона не бывает никаких сюрпризов; в ней нет места случайности; каждый шаг в будущее точно предсказан загодя, еще до наступления этого будущего. Используя вычислительную аналогию, которую я приводил в главе 6, можно сказать, что вселенная Ньютона похожа на машину Тьюринга – цифровой компьютер. Задайте входные данные и программу расчетов, и вы всегда будете получать один и тот же результат, и время на этот результат не влияет, поскольку его течение не меняет ни компьютерную программу, ни способ считывания компьютером исходных данных. Кроме того, как и в цифровом компьютере, во вселенной Ньютона можно обратить время вспять так же легко, как развернуться в другую сторону самому; исходя из определенного результата движения, путем обращения его направления и применения законов динамики, можно восстановить начальные условия, которые привели к этому конкретному перемещению.
Ньютоновское видение мира стали называть детерминизмом – убеждением, что все природные явления, включая наши человеческие намерения, задаются какой-то четко определенной причиной. Никто так не преуспел в выведении следствий из детерминистской философской ментальной схемы, основанной на главных аксиомах ньютоновской вселенной, как гениальный французский математик Пьер-Симон Лаплас, утверждавший, что «если бы [кто-то] знал точное положение и скорость всех атомов во вселенной, а также точное описание действующих на них сил, он мог бы совершенно однозначно предсказать будущее вселенной».
Ньютон был не одинок в таком подходе: модели вселенной Коперника, Кеплера и Галилея, по сути, исходили из одинаковых представлений об абсолютном пространстве и отсутствии времени.
Таким образом, во вселенной Ньютона наблюдателю не отводилось никакой роли. События происходили вне зависимости от того, наблюдали ли мы (или кто-то другой) за ними или нет.
В конце XIX века и на протяжении двух первых десятилетий XX века человечество пережило следующее расширение и обновление понятия пространства. Как и в XVII веке, понятие пространства вновь расширилось в двух основных направлениях: в сторону очень-очень больших величин (размер Вселенной описывается миллиардами световых лет) и, напротив, в сторону очень-очень маленьких (атомный мир описывается в нанометрах, 10–9 м, и ангстремах, 10–10 м). Для начала давайте кратко поговорим о расширении в сторону очень больших величин.
На протяжении двух первых десятилетий XX века революционные ментальные абстракции Альберта Эйнштейна легко вытеснили доминировавшее представление об относительном движении, пространстве и гравитации и при этом создали такую вселенную, которая совершенно очевидным образом отличалась от вселенной Исаака Ньютона. В опубликованной в 1905 году статье о специальной теории относительности Эйнштейн поместил в центр сцены наблюдателя с его точкой зрения. Он задался вопросом о том, могут ли два наблюдателя, находящиеся вдалеке друг от друга и движущиеся с определенными скоростями по отношению друг к другу, согласиться в одновременности двух событий, разделенных большим расстоянием. Поднимая этот вопрос, Эйнштейн в значительной степени находился под влиянием известного австрийского физика Эрнста Маха, который считал, что любое происходящее во вселенной движение является относительным. Иными словами, предметы движутся относительно друг друга, а не сами по себе. Гениальность Эйнштейна заключалась в осознании того, что при объединении представлений Маха об относительности движения с другим фундаментальным предположением – о постоянстве скорости света (постоянство скорости света подразумевает, что два наблюдателя, вне зависимости от разделяющего их расстояния, при измерении этой скорости получают одинаковое значение 186 282 миль/с, или 299 792 км/с) – ни время, ни расстояние нельзя более рассматривать в качестве абсолютных величин. Эта дилемма Эйнштейна вовсе не смутила: он просто отказался от ньютоновских представлений о времени и пространстве и предложил то, что Пол Хэлперн в книге «Играют ли коты в кости?» назвал «более пластичными версиями» этих исходных концепций. При этом Эйнштейн показал, что время и само суждение об одновременности событий, происходящих вдалеке друг от друга, являются относительными и неоднозначными.
