Необычные теории устройства вселенной. Дружба, любовь и вообще нормальные взаимоотношения между людьми возможны только тогда, когда люди имеют сходные конструкты. Действительно, трудно предположить себе ситуацию, чтобы успешно общались два человека, у одн

Вселенная загадочна, и чем больше узнаёт о ней наука, тем более удивительной она предстаёт. Первой реакцией на теории, вроде представленных здесь, может быть смех. Но что может быть более странным, чем то, что нам уже известно?

1. Всё вокруг - «Матрица»

Многие смотрели фильм, где герой Киану Ривза с изумлением узнаёт, что весь окружающий мир - «Матрица», то есть что-то вроде гетто, созданного для людей компьютерным сверх-разумом. Конечно, это фантастика, но нашлись учёные, готовые принять всерьёз подобную идею. Ник Бостром Британский философ Ник Бостром предположил, что вся наша жизнь - лишь чрезвычайно сложная игра, напоминающая «The Sims»: развитие индустрии видео-игр может привести к возможности конструировать собственные модели окружающего мира, и каждый сможет вечно жить в обособленной виртуальной реальности. Если всё к этому идёт, нет гарантии, что наш мир - это не код, написанный неведомым программистом, чьи возможности существенно выше человеческих. Сайлас Бин, физик из Боннского университета в Германии, посмотрел на это с другой стороны: если всё вокруг - компьютерное изображение, значит должна быть некая черта, за которой можно различить «пиксели», из которых всё состоит. Такой границей Бин считает предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина: не вдаваясь в научные тонкости, можно лишь сказать, что немецкий физик видит в нём одно из доказательств, что мы живём в искусственно созданной программе, и предпринимает всё новые попытки обнаружить компьютер, на котором она установлена.

2. У каждого из нас есть «двойник»

Наверняка вы знаете такой популярный приключенческий сюжет - существует кошмарный мир, где у каждого есть «злое» альтер-эго, и каждый добрый герой обязан рано или поздно с ним сразиться и одержать верх. Эта теория основана на том, что окружающий мир - бесконечное количество комбинаций одного набора частиц, что-то вроде комнаты с детьми и огромным конструктором «Лего»: с некоторой долей вероятности они могут сложить из блоков одно и то же, только разным путём. Так же и с нами - возможно, где-то появилась на свет наша точная копия. Правда, вероятность встречи ничтожно мала - учёные говорят, что расстояние от нашего «двойника» до нас может составлять от 10 до 1028 м.

3. Может произойти столкновение миров

За пределами нашего мира могут существовать множество других, и ничто не исключает возможности их столкновения с нашей реальностью. Энтони Агирре Калифорнийский физик Энтони Агирре описывает это как гигантское падающее с неба зеркало, в котором мы увидим собственные испуганные лица, если успеем понять, что происходит, а Алекс Виленкин и его коллеги из Университета Тафтса, США, уверены что обнаружили следы такого столкновения. Реликтовое излучение - слабый электромагнитный фон, пронизывающий всё космическое пространство: все вычисления показывают, что оно должно быть равномерным, но есть места, где уровень сигнала выше или ниже обычного - Виленкин полагает, что именно это и есть остаточные явления столкновения двух миров.

4. Вселенная - огромный компьютер

Одно дело предположить, что всё вокруг - видео-игра, и совсем другое утверждать, что Вселенная - огромный супер-компьютер: такая теория существует, и согласно ей галактики, звёзды и чёрные дыры - комплектующие огромной вычислительной машины. Влатко Ведрал Апологетом теории стал оксфордский профессор квантовой информатики Влатко Ведрал: он считает основными кирпичиками, из которых всё построено, не частицы материи, а биты - те же самые единицы информации, с которыми работают обычные компьютеры. Каждый бит может содержать одно из двух значений: «1» или «0»; «да» или «нет» - профессор убеждён, что даже субатомные частицы состоят из триллионов таких значений, а взаимодействие материи происходит, когда многие биты передают друг другу эти значения. Ту же точку зрения разделяет Сет Ллойд, профессор Массачусетского технологического института: он воплотил в жизнь первый в мире квантовый компьютер, вместо микрочипов использующий атомы и электроны. Ллойд предполагает, что Вселенная постоянно корректирует динамику собственного развития.

5. Мы живём внутри чёрной дыры

Вам, конечно, известно кое-что о чёрных дырах - например, что они обладают таким притяжением и плотностью, что даже свет не может оттуда выбраться, но вряд ли вам приходило в голову, что мы в настоящий момент находимся в одной из них. Никодем Поплавски Зато это пришло в голову учёному из Университета Индианы - доктору теоретической физики Никодему Поплавски: он рассуждает, что, гипотетически, наш мир могла поглотить чёрная дыра, и в результате мы оказались в новой Вселенной - ведь до сих пор толком неизвестно, что случается с объектами, попавшими в такую гигантскую «воронку». Расчёты физика позволяют предположить, что прохождение материи через чёрную дыру может быть аналогом Большого Взрыва и привести к образованию другой реальности. Сжатие пространства с одной стороны может привести к расширению с другой, значит каждая чёрная дыра - потенциальная «дверь», ведущая в нечто, пока неисследованное.

6. На человечество действует эффект «времени пули»

Наверняка многие помнят сцены в кино, когда летящая пуля или падающий бокал внезапно замирает, и камера показывает нам этот предмет со всех сторон. Что-то подобное, возможно, происходит и с нами. Большой Взрыв произошёл около 14 млрд лет назад, но скорость расширения Вселенной, вопреки физическим законам, до сих пор увеличивается, хотя сила притяжения, казалось бы должна замедлять этот процесс. Почему так происходит? Большинство физиков заявляет об «антигравитации», которая фактически отталкивает галактики друг от друга, но сотрудники двух испанских университетов разработали альтернативную теорию: не Вселенная ускоряется, а постепенно замедляется время. Эта теория может объяснить, почему для нас галактики движутся всё быстрее - свет шёл так долго, что мы видим не их нынешнее состояние, а далёкое прошлое. Если испанские учёные правы, в будущем может возникнуть момент, когда для гипотетического «стороннего наблюдателя» наше время практически остановится.

Около 50% людей обладают уровнем IQ от 90 до 110;
2,5% людей являются умственно отсталыми при IQ ниже 70;
2,5% людей превосходят большинство по уровню интеллекта с IQ выше 130,
а 0,5% считаются гениями с IQ выше 140.

Кристофер Хирата. В 14 лет американец Кристофер Хирата поступил в Калифорнийский технологический университет, а в 16 лет - работал в НАСА над проектами, связанными с колонизацией Марса. Также в 22 года он получил звание доктора наук по астрофизике. Уровень IQ - 225
Кристофер Ланган - разработчик теории под названием "когнитивно-теоретическая модель мира". Уровень IQ - 195
Филипп Емегвали - нигерийский ученый, лауреат премии имени Гордона Белла 1989 года, присуждаемой Институтом инженеров электроники и электротехники. Получил награду за использование суперкомпьютера при наблюдении нефтяных полей. Уровень IQ - 190
Исаак Ньютон - выдающийся английский ученый. Заложил основы современного естествоведения, создал классическую физику. Ньютон сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, развил корпускулярную теорию света, разработал (независимо от Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисление. Уровень IQ - 190
Франсуа-Мари Аруэ, или Вольтер - французский писатель, историк, публицист. Уровень IQ - 190
Мэрилин вос Савант - американская писательница, драматург и журналист. Почетный член организации Менса - организации, объединяющей людей с высоким IQ. Уровень IQ - 186
Джеймс Вудс - американский актер. Уровень IQ - 180
Микеланджело Буонарроти - итальянский скульптор, художник, архитектор. Уровень IQ - 180
Биньямин Нетаньяху - израильский государственный и политический деятель, премьер-министр Израиля в 1996-1999 гг.. Уровень IQ - 180
Иоганн Гете - немецкий писатель, мыслитель и натуралист. Уровень IQ - 179
Эммануил Сведенборг - шведский ученый-натуралист, теософ, изобретатель. Уровень IQ - 176
Готфрид Вильгельм Лейбниц - ведущий немецкий философ, логик, математик, физик, языковед и дипломат. Независимо от Ньютона создал дифференциальное и интегральное исчисление и определил основы двоичной системы счисления. Уровень IQ - 176
Бенедикт Спиноза - голландский философ, один из известнейших пантеистов. Уровень IQ - 175
Иоганн Кеплер - немецкий философ, математик, астроном, астролог и оптик. Открыл законы движения планет. Уровень IQ - 175
Джон Стюарт Милль - британский философ, политический экономист. Уровень IQ - 174
Блез Паскаль - французский философ, физик, математик. Известный открытием формулы биномиальных коэффициентов, вкладом в теорию вероятности, изобретением гидравлического пресса и шприца... Уровень IQ - 171

Антуан Лавуазье

Антуан Лавуазье - французский ученый, один из основателей современной химии. Экспериментально доказал, что воздух - смесь разных по своим свойствам газов. Уровень IQ - 170

Солсо

Предыстория современной когнитивной психологии

Как мы узнали, значительная часть когнитивной психологии занимается вопросом о том, как знания представлены в уме человека. Самая актуаль­ная проблема репрезентации знаний - то, что некоторые когнитивные психологи называют "внутренними репрезентациями" или "кодами",- порождала одни и те же фундаментальные вопросы на протяжении столе­тий: Каким образом приобретаются, хранятся, передаются и используют­ся знания? Что есть мысль? Какова природа восприятия и памяти? и Как развиваются все эти способности? В этих вопросах отражена суть пробле­мы репрезентации знаний: Как хранятся и схематизируются в уме идеи, события и объекты?

Рассматривая тему репрезентации знаний, мы проследим мнения мно­гих ученых о том, как события, происходящие вне индивидуума, сочетают­ся с внутренним действием. Главная тема, занимавшая мысли ученых на протяжении веков,- это структура и преобразование или "переработка"" знаний.

Репрезента­ция знаний: древний период

Живой интерес к вопросам знания прослеживается до самых древних ру­кописей. Древние мыслители пытались выяснить, где помещаются память и мысль. Как свидетельствуют иероглифические записи из древнего Егип­та, их авторы полагали, что знания находятся в сердце - этот взгляд разделял греческий философ Аристотель; но вот Платон считал, что имен­но мозг есть средоточие мысли

Вопрос о мысленных репрезентациях обсуждался также греческими философами в контексте проблемы, которую мы сейчас определяем как структура и процесс. Спор о структуре и процессе по большей части пре­обладал до 17-го века, и с годами симпатии ученых постоянно переходили от одного к другому. Хотя современные психологи все еще пытаются под­черкнуть роль одного или другого, они все больше осознают, что психоло­гия мысли определенно охватывает совместную работу того и другого. Чтобы лучше понять их различие и взаимодействие, можно представить себе, что структуры -это что-то вроде пчелиных сот, а процессы - это то, что происходит внутри этих сот. Строение, или архитектура сот фор­мируются пчелами и как правило фиксированы (например, их размеры, форма, расположение и вместимость относительно неизменны), тогда как деятельность, или процессы - такие как сбор, переработка и хранение меда - постоянно изменяются, хотя и сопряжены со структурой. Боль­шое оживление в когнитивной психологии вызывает открытие новых струк­тур и связанных с ними процессов, а также осознание того, что и структу­ры, и процессы вносят свой вклад в наше понимание познавательной при­роды человеческого разума.

Важность этих терминов заставляет нас ненадолго отклониться от ис­торического обзора и определить их более полно. Структура примени­тельно к строению или организации когнитивной системы - это термин в значительной степени метафорический, т.е. постулируемые структуры - это условное представление того, как организованы мысленные элемен­ты, но не буквальное их описание. Например, теоретическая концепция, предполагающая, что память делится на кратковременную и долговремен­ную, представлена в виде метафоры о двух "хранилищах" информации. Мы будем иметь дело и с другими метафорами, описывающими "отделе­ния в мозге", "деревья", "библиотеки", "уровни переработки", "пропози­ции", "абстракции" и "схемы".

Термин "процесс" относится к наборам операций или функций, кото­рые так или иначе анализируют, преобразовывают или изменяют мыслен­ные события. "Процесс" является активным - в отличие от относительно статичной "структуры". Мы встретимся с процессами, когда будем рас­сматривать мышление, забывание, кодирование в памяти, формирование понятий и пр.

Над переработкой информации структура и процесс работают совмес­тно, и каждый из них отчасти есть следствие другого. Некоторые структу­ры образуются по мере переработки информации, а процессы некоторым образом управляются структурами. Поскольку структура и процесс рабо­тают вместе, когнитивно-психологический анализ не всегда позволяет раз­делить их функции, а при окончательном анализе процессы и структуры должны быть объединены в целостную когнитивную систему.

согласно Платону, мышление основывается на стимуляции, получае­мой от каждого из видов чувствительности. И каждое из чувств выполня­ет особую функцию - обнаружение световой энергии, звуковой и т.д. - так что, согласно представлениям Платона, восприятие человека и его представления о конкретных аспектах окружения имеют своего антипода в физическом мире. Взгляды Платона на структуру знаний разделяли не все. Среди тех, кто с ним не соглашался, был и Аристотель, который полагал, что разум человека воздействует на восприятие объектов. Так, осознание объекта, скажем стола, основывается на способности мысленно выделять понятие "стол" из представлений многих отдельных столов. Кро­ме представления о способности разума к активному абстрагированию Аристотель развил еще две идеи, оказавшие значительное влияние на тра­диционную психологию: (1) принцип ассоцианизма, утверждающий, что идеи связываются по принципу смежности, сходства или контраста, и (2) законы логики, согласно которым истина выводится путем индуктивных или дедуктивных рассуждений. Идеи Аристотеля, особенно при сопостав­лении их с идеями Платона, напоминают наше понятие "процесс", тогда как взгляды Платона ближе к представлениям о "структуре".

Репрезента­ция знаний: средневеко­вый период

/Философы и теологи эпохи ренессанса в общем были согласны в том, что "знания находятся в головном мозге, причем некоторые даже предложили схему их строения и расположения (Рис. 1.2). На этой картинке показано, что знания приобретаются через физические органы чувств (Mundus sensi-bilis - осязание, вкус, обоняние, зрение и слух), а также через боже­ственные источники (Mundus intellectualis-Deus). В 18 веке, когда фило­софская психология была привнесена туда, где по идее было место для научной психологии, британские эмпирики Беркли, Юм, а позже Джеймс Милль и его сын Джон Стюарт Милль предположили, что есть три типа внутренних репрезентаций: (1) непосредственные сенсорные события (Esse est percipi = восприятие есть реальность 3); (2) бледные копии перцептов - то, что хранится в памяти; и (3) преобразования этих бледных копий - т.е. ассоциативное мышление. Юм в 1748 году писал о возмож­ностях внутренних репрезентаций: "Порождать монстров и соединять не­совместимые формы и явления для воображения не труднее, чем пости­гать наиболее естественные и знакомые вещи." Из подобного представле­ния о внутренней репрезентации и преобразованиях отнюдь не следует, что внутренние репрезентации формируются по определенным правилам, или что такое формирование и преобразование требует времени и уси­лий - положения, лежащие в основе современной когнитивной психоло­гии. (Последнее положение - это основа новейших исследований в ког­нитивной психологии, в которых время реакции испытуемого считается мерой времени и усилий, требуемых для построения внутренней репре­зентации и выполнения преобразований) В XIX веке психологи начали предпринимать попытки вырваться из философии и сформировать отдель­ную дисциплину, основанную на эмпирических данных, а не на спекуля­тивных рассуждениях. Заметную роль в этом деле сыграли первые психо­логи: Фехнер, Брентано, Гельмгольц, Вундт, Мюллер, Кюльпе, Эббингауз, Гальтон, Титченер и Джеймс. Ко второй половине XIX века теории, объяс-

няющие представление знаний, отчетливо разделились на две группы: пред­ставители первой группы и среди них Вильям Вундт в Германии и Эдвард Титченер в Америке настаивали на важности структуры мысленных реп­резентаций, а представители другой группы, возглавляемой Францем Брен-тано\ настаивали на особой важности процессов или действий. Брентано рассматривал внутренние репрезентации как статические элементы, пред­ставляющие небольшую ценность для психологии. Он полагал, что под­линный предмет психологии - это исследование когнитивных действий: сравнения, суждения и чувствования. Противоположная сторона занима­лась множеством тех же самых вопросов, что обсуждались за 2000 лет до этого Платоном и Аристотелем. Однако, в отличие от прежних чисто фи­лософских рассуждений оба вида теорий теперь подлежали эксперимен­тальной проверке.

Примерно в это же самое время в Америке Вильям Джеймс критичес­ки анализировал новую психологию, развивавшуюся в Германии. Он орга­низовал первую психологическую лабораторию в Америке, в 1889 году написал выдающийся труд по психологии ("Принципы психологии") и раз­работал достаточно основательную модель разума. Джеймс считал, что предметом психологии должны быть наши представления о внешних пред­метах.. Возможно наиболее прямая связь Джеймса с современной когни­тивной психологией заключается в его подходе к памяти, т.клон полагал, что и структура, и процесс играют важную роль, (Эти идеи и их современ­ные варианты рассматриваются в Главе 5). Дондерс и Кеттел - современ­ники Джеймса - проводили эксперименты по восприятию предъявляе­мых на короткое время изображений; они пытались определить время, требуемое для выполнения мысленных операций. В их статьях часто опи­сываются эксперименты, которые мы сегодня относим к сфере когнитив­ной психологии. Методы, использованные этими учеными, предмет их ис­следований, процедуры и даже интерпретация результатов за полвека пред­восхитили появление этой дисциплины.

Репрезента­ция знаний: начало двад­цатого века

В двадцатом веке с появлением бихевиоризма и гештальт-психологии пред­ставления о репрезентации знаний (так как мы понимаем здесь этот тер­мин) претерпели радикальные изменения/Взгляды бихевиоризма на внут­ренние репрезентации были обличены в психологическую формулу "сти­мул-реакция" (S-R), а представители гештальт-подхода строили подроб­ные теории внутренней репрезентации в контексте изоморфизма - взаи­мооднозначного соответствия между репрезентацией и реальностью.

В первой половине 20 века в американской экспериментальной психо­логии доминировал бихевиоризм, и хотя за этот период были сделаны значительные открытия и разработаны новые методы, многие ихних очень незначительно повлияли на современную когнитивную психологию.(Ког­нитивная психология, как это вдруг выяснилось в -конце 19 века, стала немодной, и ее заменил бихевиоризм. Исследования внутренних мыслен­ных операций и структур - таких как внимание, память и мышление - были положены под сукно и оставались там около пятидесяти лет.} У бихевиористов все внутренние состояния были отнесены к "промежуточным переменным", которые определялись как гипотетические образования, предположительно отражающие те процессы, которые опосредуют влия­ние стимула на реакцию. Такую позицию занимали Вудвортс, Халл и Толмэн, и она пользовалась большой популярностью в первой половине наше­го века.

За много лет до того как в психологии пронеслась волна когнитивной революции психолог Эдвард Толмэн (1932) - он занимался научением - сказал, что то, чему крысы научаются в лабиринте,- это ориентирова­ние, а не просто последовательность S-R связей. Проводя серию весьма остроумных экспериментов, в которых крыс обучали обходным путем до­бираться до пищи, Толмэн обнаружил, что, когда крысам позволяли идти прямо к пище, они забирали ее, идя прямо к тому месту, где эта пища находилась, а не повторяли первоначальный окольный путь. Согласно объяс­нениям Толмэна, животные постепенно вырабатывали "картину" своего окружения и затем использовали ее для нахождения цели. Эту "картину" потом назвали когнитивной картой. Наличие когнитивной карты у крыс в экспериментах Толмэна проявлялось в том, что они находили цель (т.е. пищу) из нескольких различных начальных точек. Фактически, эта "внут­ренняя карта" была формой представления информации об окружении.

Возрождение когнитивной психологии

Нельзя полагать, что исследование Толмэна непосредственно повлияло на современную когнитивную психологию, но его положения о когнитивных картах у животных предвосхитили современный интерес к тому, как пред­ставлены знания в когнитивных структурах.

Начиная с конца 50-х интересы ученых снова сосредоточились на внима- нии, памяти, распознавании образов, образах, семантической.организации, языковых процессах, мышлении и других "когнитивных" темах, однажды сочтенных под давлением бихевиоризма неинтересными для экспе­риментальной психологии. По мере того как психологи все более повора­чивались лицом к когнитивной психологии, организовывались новые жур­налы и научные группы, и когнитивная психология еще более упрочивала свои позиции, становилось ясно, что эта отрасль психологии сильно отли­чается от той, что была в моде в 30-х и. 40-х годах. Среди важнейших факторов, обусловивших эту неокогнитивную революцию, были такие:

"Неудача" бихевиоризма. Бихевиоризму, который вообще изучал внешние реакции на стимулы, не удалось объяснить разнообразие челове­ческого поведения.. Стало, таким образом, очевидным, что внутренние мыс­ленные процессы, косвенно связанные с непосредственными стимулами, влияют на поведение. Некоторые полагали, что эти внутренние процессы можно определить и включить их в общую теорию когнитивной психоло­гии.

Возникновение теории связи. Теория связи спровоцировала про­ведение экспериментов по обнаружению сигналов, вниманию, кибернетике и теории информации - т.е. в областях, существенных для когнитив­ной психологии.

Современная лингвистика. В круг вопросов, связанных с познани­ем, были включены новые подходы к языку и грамматическим структу­рам".

Изучение памяти. Исследования по вербальному научению и се­мантической организации создали крепкую основу для теорий памяти, что привело к развитию моделей систем памяти и появлению проверяемых моделей других когнитивных процессов.

Компьютерная наука и другие технологические достижения. Компьютерная наука и особенно один из ее разделов - искусственный интеллект (ИИ) - заставили пересмотреть основные постулаты, касаю­щиеся обработки и хранения информации в памяти, а также научения языку. Новые устройства для экспериментов значительно расширили воз­можности исследователей.

От ранних концепций репрезентации знаний и до новейших исследова­ний считалось, что знания в значительной степени опираются на сенсор­ные входные сигналы. Эта тема дошла к нам еще от греческих философов и через ученых эпохи ренессанса - к современным когнитивным психо­логам. Но идентичны ли внутренние репрезентации мира его физическим свойствам? Все больше свидетельств того, что многие внутренние репре­зентации реальности - это не то же самое, что сама внешняя реаль­ность - т.е. они не изоморфны. Работа Толмэна с лабораторными живот­ными заставляет предположить, что информация, полученная от органов чувств, хранится в виде абстрактных репрезентаций.

Несколько более аналитичный подход к теме когнитивных карт и внут­ренних репрезентаций избрали Норман и Румельхарт (1975). В одном из экспериментов они попросили жителей общежития при колледже нарисо­вать план своего жилья сверху. Как и ожидалось, студенты смогли иден­тифицировать рельефные черты архитектурных деталей - расположение комнат, основных удобств и приспособлений. Но были также упущения и просто ошибки. Многие изобразили балкон вровень с наружной стороной здания, хотя на самом деле он выступал из нее. Из ошибок, обнаружен­ных в схеме здания, мы можем многое узнать о внутреннем представлении информации у человека. Норман и Румельхарт пришли к такому выводу:

"Репрезентация информации в памяти не является точным воспроизведением реальной жизни; на самом деле это соче­тание информации, умозаключений и реконструкций на ос­нове знаний о зданиях и мире вообще. Важно отметить, что когда студентам указывали на ошибку, они все очень удив­лялись тому, что сами нарисовали."

На этих примерах мы познакомились с важным принципом когнитив­ной психологии. Наиболее очевидно то, что наши представления о мире не обязательно идентичны его действительной сущности. Конечно, репре­зентация информации связана с теми стимулами, которые получает наш сенсорный аппарат, но она также подвергается значительным изменени­ям. Эти изменения, или модификации, очевидно связаны с нашим про­шлым опытом, результатом которого явилась богатая и сложная сеть на­ших знаний. Таким образом, поступающая информация абстрагируется (и до некоторой степени искажается) и хранится затем в системе памяти человека. Такой взгляд отнюдь не отрицает, что некоторые сенсорные события непосредственно аналогичны своим внутренним репрезентациям, но предполагает, что сенсорные стимулы могут при хранении подвергать­ся (и часто это так и есть) абстрагированию и модификации, являющихся функцией богатого и сложно переплетенного знания, структурированного ранее. С этой темой мы будем встречаться далее в этой главе и на протя­жении всей книги.

Проблема того, как знания представлены в уме человека, относится к наиболее важным в когнитивной психологии. В этом разделе мы обсужда­ем некоторые вопросы, непосредственно связанные с ней. Из множества уже приведенных примеров и еще большего их количества, ожидающего нас впереди, ясно следует, что наша внутренняя репрезентация реальнос­ти имеет некоторое сходство с реальностью внешней, но когда мы абстра­гируем и преобразуем информацию, мы делаем это в свете нашего пред­шествующего опыта.

Концептуальные науки и когнитивная психология

В этой книге часто будут употребляться два понятия - о когнитивной модели и о концептуальной науке. Они связаны между собой, но различа­ются в том смысле, что "концептуальная наука" - это очень общее поня­тие, тогда как термин "когнитивная модель" обозначает отдельный класс концептуальной науки. При наблюдении за объектами и событиями - как в эксперименте, где те и другие контролируются, так и в естественных условиях - ученые разрабатывают различные понятия с целью:

1 организовать наблюдения;

■ придать этим наблюдениям смысл;

■ связать между собой отдельные моменты, вытекающие из этих наблюдений;

■ развивать гипотезы;

■ предсказывать события, которые еще не наблюдались;

■ поддерживать связь с другими учеными.

Когнитивные модели - это особая разновидность научных концепций, и они имеют те же задачи. Определяются они обычно по-разному, но мы определим когнитивную модель как метафору, основанную на наблюде­ниях и выводах, сделанных из этих наблюдений, и описывающих, как обнаруживается, хранится и используется информация 8 .

Ученый может подобрать удобную метафору, чтобы возможно элеган­тнее выстроить свои понятия. Но другой исследователь может доказать, что данная модель неверна и потребовать пересмотреть ее или вообще от нее отказаться. Иногда модель может оказаться настолько полезной в ка­честве рабочей схемы, что даже будучи несовершенной она находит свою поддержку. Например, хотя в когнитивной психологии постулируются два вышеописанных вида памяти - кратковременная и долговременная - есть некоторые свидетельства (Раздел II), что такая дихотомия неверно представляет реальную систему памяти. Тем не менее, эта метафора весь­ма полезна при анализе когнитивных процессов. Когда какая-нибудь мо­дель теряет свою актуальность в качестве аналитического или описатель­ного средства, от нее просто отказываются. В следующем разделе мы рас­смотрим и концептуальную науку, и когнитивные модели более основа­тельно.

Возникновение новых понятий в процессе наблюдений или проведения экспериментов - это один из показателей развития науки. Ученый не изменяет природу - ну разве что в ограниченном смысле,- но наблюде­ние за природой изменяет представления ученого о ней. А наши пред­ставления о природе, в свою очередь, направляют наши наблюдения!_Когнитивные модели, так же как и другие модели концептуальной науки, есть следствие наблюдений, но в определенной степени они же - определя­ющий фактор наблюдений. Этот вопрос связан с уже упоминавшейся проблемой: в каком виде наблюдатель репрезентирует знания. Как мы убедились, есть много случаев, когда информация во внутренней репре­зентации не соответствует точно внешней реальности. Наши внутренние репрезентации перцептов могут искажать реальность. "Научный метод" и

"Некоторые философы утверждают, что концептуальная наука и когнитивные модели предсказуемы на том основании, что природа структурирована и роль ученого состоит именно в том, чтобы обнаружить "самую глубокую" структу­ру. Я бы не подписался под таким утверждением. Природа - включая позна­вательную природу человека - объективно существует. Концептуальная на­ука строится человеком и для человека. Построенные учеными понятия и модели - суть метафоры, отражающие "реальную" природу вселенной и яв­ляющиеся исключительно человеческими творениями. Они есть продукт мыс­ли, который может отражать реальность.

точные инструменты,- это один из способов подвергнуть внешнюю ре­альность более точному рассмотрению. На самом деле не прекращаются попытки представить наблюдаемое в природе в виде таких когнитивных построений, которые были бы точными репрезентациями природы и одно­временно совместимы со здравым смыслом и пониманием наблюдателя. В этой книге описывается множество концепций - от зрительного воспри­ятия до строения памяти и семантической памяти - и все они основыва­ются на этой логике.

Логику концептуальной науки можно проиллюстрировать на примере развития естественных наук. Общепризнано, что материя состоит из эле­ментов, существующих независимо от непосредственного их наблюдения человеком. Однако, то, как эти элементы классифицируются, оказывает огромное влияние на то, как ученые воспринимают физический мир. В одной из классификаций "элементы" мира разделены на категории "зем­ля", "воздух", "огонь" и "вода". Когда эта архаичная алхимическая систе­матика уступила дорогу более критическому взгляду, были "обнаружены" такие элементы, как кислород, углерод, водород, натрий и золото, и тогда стало возможным изучать свойства элементов при их соединении друг с другом. Были открыты сотни различных законов, касающихся свойств со­единений из этих элементов. Так как элементы очевидно вступали в со­единения упорядоченно, возникла идея, что элементы можно было бы рас­положить по определенной схеме, которая придала бы смысл разрознен­ным законам атомарной химии. Русский ученый Дмитрий Менделеев: зял набор карточек и написал на них названия и атомные веса всех известных тогда элементов - по одному на каждой. Располагая эти карточки так и сяк снова и снова, он наконец получил осмысленную схему, известную сегодня как периодическая таблица элементов.

То, что он сделал - это подходящий пример того, как естественная, природная информация структурируется мыслью человека, так что она одновременно точно изображает природу и поддается пониманию. Важно, однако, помнить, что периодическое расположение элементов имело мно­го интерпретаций. Интерпретация Менделеева была не единственной из возможных; возможно, она не была даже лучшей; в ней даже могло не быть естественного расположения элементов, но предложенный Менде­леевым вариант помог понять часть физического мира и был очевидно совместим с "реальной" природой.

Концептуальная когнитивная психология имеет много общего с зада­чей, которую решал Менделеев. "Сырому" наблюдению за тем, как приоб­ретаются, хранятся и используются знания, не хватает формальной струк­туры. Когнитивные науки, так же как и естественные, нуждаются в схе­мах, которые были бы интеллектуально совместимы и научно достоверны одновременно.

Когнитивные модели

Как мы уже говорили, концептуальные науки, включая когнитивную психологию, имеют метафорический характер. Модели явлений природы, в частности, когнитивные модели,- это служебные абстрактные идеи, по­лученные из умозаключений, основанных на наблюдениях. Строение эле­ментов может быть представлено в виде периодической таблицы, как это сделал Менделеев, но важно не забывать, что эта классификационная схе­ма является метафорой. И утверждение, что концептуальная наука является метафорической, нисколько не уменьшает ее полезность. Действи­тельно, она из задач построения моделей - это лучше постичь наблюда­емое. А концептуальная наука нужна для другого: она задает исследовате­лю некую схему, в рамках которой можно испытывать конкретные гипоте­зы и которая позволяет ему предсказывать события на основе этой моде­ли. Периодическая таблица очень изящно удовлетворяла обеим этим зада­чам. Исходя из расположения элементов в ней, ученые могли точно пред­сказывать химические законы соединения и замещения, вместо того, что­бы проводить бесконечные и беспорядочные эксперименты с химическими реакциями. Более того, стало возможным предсказывать еще не открытые элементы и их свойства при полном отсутствии физических доказательств их существования. И если вы занимаетесь когнитивными моделями, не забывайте аналогию с моделью Менделеева, поскольку когнитивные моде­ли, как и модели в естественных науках, основаны на логике умозаключе­ний и полезны для понимания когнитивной психологии.

Короче говоря/модели основываются на выводах, сделанных из наблю­дений. Их задача - обеспечить умопостигаемую репрезентацию характе­ра наблюдаемого и помочь сделать предсказания при развитии гипотез. Теперь рассмотрим несколько моделей, используемых в когнитивной пси­хологии.

Начнем обсуждение когнитивных моделей с довольно грубой версии, де­лившей все когнитивные процессы на три части: обнаружение стимулов, хра­нение и преобразование стимулов и выработку ответных реакций:

Хранение Выработка

Обнаружение- преобразованных - ответных

Стимулов стимулов реакций

Эта суховатая модель, близкая упоминавшейся ранее S-R модели, часто использовалась в том или ином виде в прежних представлениях о психи­ческих процессах. И хотя она отражает основные этапы развития когни­тивной психологии, но в ней так мало подробностей, что она едва ли способна обогатить наше "понимание" когнитивных процессов. Она также неспособна породить какие-либо новые гипотезы или предсказывать пове­дение. Эта примитивная модель аналогична древним представлениям о вселенной как состоящей из земли, воды, огня и воздуха. Подобная систе­ма действительно представляет один из возможных взглядов на когнитив­ные явления, но она неверно передает их сложность.

Одна из первых и наиболее часто упоминаемых когнитивных моделей касается памяти. В 1890 году Джеймс расширил понятие памяти, разде­лив ее на "первичную" и "вторичную" память. Он предполагал, что пер­вичная память имеет дело с происшедшими событиями, а вторичная па­мять - с постоянными, "неразрушимыми" следами опыта. Эта модель выглядела так:

Стимул _ Первичная _ Вторичная

память память

Позднее, в 1965 году Во и Норман предложили новую версию этой же модели и оказалось, что она во многом приемлема. Она понятна, она мо­жет служить источником гипотез и предсказаний,- но она также слиш­ком упрощена. Можно ли с ее помощью описать все процессы человечес­кой памяти? Едва ли; и развитие более сложных моделей было неизбежно.

Измененный и дополненный вариант модели Во и Нормана показан на Рис. 1.3. Заметим, что в нее была добавлена новая система хранения и несколько новых путей информации. Но даже эта модель является непол­ной и требует расширения.

За последнее десятилетие построение когнитивных моделей стало из­любленным времяпрепровождением психологов, и некоторые из их творе­ний поистине великолепны. Обычно проблема излишне простых моделей решается добавлением еще одного "блока", еще одного информационного пути, еще одной системы хранения, еще одного элемента, который стоит проверить и проанализировать. Подобные творческие усилия выглядят вполне оправданными в свете того, что мы сейчас знаем о богатстве ког­нитивной системы человека.

Теперь вы можете сделать вывод, что изобретение моделей в когнитив­ной психологии вышло из-под контроля подобно ученику волшебника. Это не совсем верно, ибо это настолько обширная задача - т.е. анализ того, как информация обнаруживается, представляется, преобразуется в зна­ния, и как эти знания используются,- что как бы мы ни ограничивали наши концептуальные метафоры упрощенными моделями, нам все равно не удастся исчерпывающим образом разъяснить всю сложную сферу ког­нитивной психологии. Главы Раздела I рассказывают о начальных стадиях когнитивного процесса - от обнаружения сенсорных сигналов до распоз­навания образов и внимания.

Краткое содержание

Целью этой главы было подготовить читателя к восприятию всей остальной книги, познакомив его с когнитивной психологией. В ней мы обсудили

многие различные и важные аспекты этой науки. Напомним некоторые

важные моменты.

/. Когнитивная психология занимается тем, как приобретаются, пре­образуются, репрезентируются, хранятся и воспроизводятся зна­ния, и тем, как эти знания направляют наше внимание и как мы реагируем.

2. Когнитивная психология опирается на экспериментальные и тео­ретические подходы, используемые в важнейших областях психо­логии, включая восприятие, внимание, распознавание образов, язык, память, образы, психологию развития, мышление и формирование понятий, человеческий интеллект и искусственный интеллект.

3. Модель обработки информации является общепринятой; она пред­полагает, что информация проходит при обработке серию этапов, на каждом из которых выполняется особая функция.

4. Модель обработки информации поднимает два очень дискуссион­ных вопроса: (1)Каковы те стадии, через которые проходит обра­ботка информации? и- (2)В каком виде представлены знания?

5. Предыстория современной психологии включает древнегреческую философию, эмпиризм 18-го века, структурализм 19-го века и нео­когнитивную революцию, происшедшую под влиянием современ­ного развития теории связи, лингвистики, исследований памяти и компьютерной техники.

6. "Концептуальная наука" - это удобная метафора, изобретенная человеком для того, чтобы легче понимать "реальность". В когни­тивную психологию концептуальные модели введены психологами с целью разработки такой системы, которая отражала бы природу человеческого восприятия, мышления и понимания мира.

7. Когнитивные модели основаны на наблюдениях и описывают струк­туру и процессы познания. Построение моделей помогает лучше постичь наблюдаемое.

Ключевые слова

Ассоцианизм

когнитивная карта

когнитивная модель

концептуальная наука

модель обработки информации

внутренняя репрезентация

изоморфизм

восприятие

процесс

структура

преобразование

Терри Пратчетт описал традиционный взгляд на создание Вселенной примерно так: «В начале было ничего, которое взорвалось». Современная точка зрения космологии подразумевает, что расширяющаяся Вселенная возникла в результате Большого Взрыва, и она хорошо поддерживается доказательствами в виде реликтового излучения и смещением далекого света в направлении красной части спектра: Вселенная расширяется постоянно.

И все же далеко не всех удалось в этом убедить. В течение многих лет предлагались самые разные альтернативы и различные мнения. Некоторые интересные предположения остаются, увы, непроверяемыми с применением наших современных технологий. Другие представляют собой полеты фантазии, восставшей против непостижимости Вселенной, которая, кажется, бросает вызов человеческим представлениям о здравом смысле.

Теория стационарной Вселенной

Наблюдения квазаров в далеких (и старых, с нашей точки зрения) галактиках, которых в наших звездных окрестностях не существует, охладили энтузиазм теоретиков, и ее окончательно развенчали, когда ученые обнаружили космическое фоновое излучение. Тем не менее, хотя теория Хойла не принесла ему лавров, он провел серию исследований, которые показали, как во вселенной появились атомы тяжелее гелия. (Они появились в процессе жизненного цикла первых звезд при высоких температурах и давлении). По иронии судьбы, он также был одним из создателей термина «большой взрыв».

Эдвин Хаббл заметил, что длины волн света далеких галактик смещаются в направлении красной части спектра, если сравнивать со светом, излученным звездными телами поблизости, что говорит об утрате фотонами энергии. «Красное смещение» объясняется в контексте расширения после Большого Взрыва как функция эффекта Доплера. Сторонники моделей стационарной вселенной вместо этого предположили, что фотоны света теряют энергию постепенно по мере движения через космос, переходя к длинным волнам, менее энергетическим в красном конце спектра. Эту теорию впервые предложил Фриц Цвикки в 1929 году.

С утомленным светом связывают целый ряд проблем. Во-первых, нет никакого способа изменить энергию фотона без изменения его импульса, что должно приводить к эффекту размытия, который мы не наблюдаем. Во-вторых, он не объясняет наблюдаемые паттерны излучения света сверхновых, которые прекрасно соотносятся с моделью расширяющейся вселенной и специальной относительности. Наконец, большинство моделей утомленного света базируются на нерасширяющейся вселенной, но это приводит к спектру фонового излучения, который не соответствует нашим наблюдениям. В численном выражении, если бы гипотеза утомленного света была корректной, вся наблюдаемая радиация космического фона должна была бы приходить из источников, которые ближе к нам, чем галактика Андромеды (ближайшая к нам галактика), а все, что за ней, было бы для нас невидимо.

Вечная инфляция

Большинство современных моделей ранней Вселенной постулируют короткий период экспоненциального роста (известный как инфляция), вызванный энергией вакуума, в процессе которого соседствующие частицы оказались быстро разделенными огромными областями пространства. После этой инфляции, энергия вакуума распалась на горячий плазменный бульон, в котором образовались атомы, молекулы и так далее. В теории вечной инфляции этот процесс инфляции никогда не заканчивался. Вместо этого пузыри пространства прекратили бы раздуваться и вступили бы в низкоэнергетическое состояние, чтобы после расшириться в инфляционном пространстве. Такие пузыри были бы подобны пузырям пара в кипящей кастрюле с водой, только в этот раз кастрюля постоянно увеличивалась бы.

По этой теории наша Вселенная — один из пузырьков множественной вселенной, характеризующейся постоянной инфляцией. Один из аспектов этой теории, который можно было бы проверить, это допущение, что две вселенные, которые будут достаточно близко, чтобы встретиться, вызовут нарушения в пространстве-времени каждой вселенной. Лучшей поддержкой такой теории будет обнаружение доказательства такого нарушения на фоне реликтового излучения.

Первую инфляционную модель предложил советский ученый Алексей Старобинский, но на западе известной она стала благодаря физику Алану Гуту, который предположил, что ранняя вселенная могла переохладиться и позволить экспоненциальному росту начаться еще до Большого Взрыва. Андрей Линде взял эти теории и разработал на их основе теорию «вечного хаотического расширения», согласно которой вместо необходимости Большого Взрыва, при необходимой потенциальной энергии, расширение может начаться в любой точки скалярного пространства и происходить постоянно во всей мультивселеннной.

Вот что говорит Линде: «Вместо вселенной с одним законом физики, вечная хаотическая инфляция предполагает самовоспроизводяющуюся и вечно существующую мультивселенную, в которой все возможно».

Мираж четырехмерной черной дыры

Стандартная модель Большого Взрыва утверждает, что Вселенная взорвалась из бесконечно плотной сингулярности, но это не облегчает задачу объяснения ее почти однородной температуры, учитывая относительно короткое время (по меркам космоса), которое прошло со времен этого жестокого события. Некоторые считают, что это могла бы объяснить неизвестная форма энергии, которая привела к тому, что вселенная расширилась быстрее скорости света. Группа физиков из Института теоретической физики Периметра предположила, что вселенная может быть по сути трехмерным миражом, созданным на горизонте событий четырехмерной звезды, коллапсирующей в черную дыру.

Ниайеш Афшорди и его коллеги изучали предложение 2000 года, сделанное командой Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене, на тему того, что наша Вселенная может быть лишь одной мембраной, существующей в «объемной вселенной» с четырьмя измерениями. Они решили, что если эта объемная вселенная также содержит четырехмерные звезды, они могут вести себя подобно своим трехмерным коллегам в нашей вселенной — взрываясь в сверхновые и коллапсируя в черные дыры.

Трехмерные черные дыры окружены сферической поверхностью — горизонтом событий. В то время как поверхность горизонта событий трехмерной черной дыры двумерна, форма горизонта событий четырехмерной черной дыры должна быть трехмерной — гиперсферой. Когда команда Афшорди смоделировала смерть четырехмерной звезды, она обнаружила, что извергаемый материал образовал трехмерную брану (мембрану) вокруг горизонта событий и медленно расширился. Команда предположила, что наша Вселенная может быть миражом, сформированным из обломков внешних слоев четырехмерной коллапсирующей звезды.

Поскольку четырехмерная объемная вселенная может быть намного старше, или даже бесконечно старой, это объясняет однородную температуру, наблюдаемую в нашей Вселенной, хотя некоторые из последних данных свидетельствуют о том, что могут быть отклонения, вследствие которых традиционная модель подходит лучше.

Зеркальная Вселенная

Одна из запутанных проблем физики такова, что почти все принятые модели, включая гравитацию, электродинамику и относительность, работают одинаково хорошо в описании Вселенной, независимо от того, идет время вперед или назад. В реальном же мире мы знаем, что время движется лишь в одном направлении, и стандартное объяснение этому в том, что наше восприятие времени есть лишь продукт энтропии, в процессе которой порядок растворяется в беспорядке. Проблема этой теории в том, что из нее вытекает, что наша Вселенная начала с высокоупорядоченного состояния и низкой энтропии. Многие ученые несогласны с понятием низкоэнтропийной ранней вселенной, фиксирующей направление времени.

Джулиан Барбур из Оксфордского университета, Тим Козловски из Университета Нью-Брансвик и Флавио Меркати из Института теоретической физики Периметра разработали теорию, согласно которой гравитация привела к тому, что время стало течь вперед. Они изучили компьютерное моделирование частиц в 1000 точек, взаимодействующих между собой под влиянием ньютоновой гравитации. Выяснилось, что независимо от их размера или размера, частицы в конечном итоге образуют состояние низкой сложности с минимальным размером и максимальной плотностью. Затем эта система частиц расширяется в обоих направлениях, создавая две симметричных и противоположных «стрелы времени», а с ней и более упорядоченные и сложные структуры по обе стороны.

Это позволяет предположить, что Большой Взрыв привел к созданию не одной, а двух вселенных, в каждой из которых время течет в противоположную от другой сторону. По мнению Барбура:

«Эта ситуация с двумя будущими будет демонстрировать единое хаотичное прошлое в обоих направлениях, означая, что будет по сути две вселенных, по каждую сторону центрального состояния. Если они будут достаточно сложными, обе стороны будут поддерживать наблюдателей, которые смогут воспринимать течение времени в обратном направлении. Любые разумные существа определят свою стрелу времени как удаление от центрального состояния. Они будут думать, что мы сейчас живем в их далеком прошлом».

Конформная циклическая космология

Сэр Роджер Пенроуз, физик Оксфордского университета, считает, что Большой Взрыв не был началом Вселенной, а лишь переходом по мере того, как она проходит через циклы расширения и сжатия. Пенроуз предположил, что геометрия пространства изменяется со временем и становится все более запутанной, как описывает математическое понятие тензора кривизны Вейля, который начинается с нуля и увеличивается со временем. Он считает, что черные дыры действуют, уменьшая энтропию Вселенной, и когда последняя достигает конца расширения, черные дыры поглощают материю и энергию и, в конце концов, друг друга. По мере распада материи в черных дырах, она исчезает в процессе излучения Хокинга, пространство становится однородным и наполненным бесполезной энергией.

Это приводит к понятию конформной инвариантности, симметрии геометрий с разными масштабами, но одной формы. Когда Вселенная уже не сможет соответствовать изначальным условиям, Пенроуз считает, что конформное преобразование приведет геометрию пространства к сглаживанию, и деградировавшие частицы вернутся к состоянию нулевой энтропии. Вселенная коллапсирует сама в себя, готовая разразиться новым Большим Взрывом. Отсюда следует, что Вселенная характеризуется повторяющимся процессом расширения и сжатия, который Пенроуз поделил на периоды под названием «эоны».

Панроуз и его партнер, Ваагн (Ваге) Гурзадян из Ереванского физического института в Армении, собрали спутниковые данные NASA о реликтовом излучении и заявили, что нашли 12 четких концентрических колец в этих данных, которые, по их мнению, могут быть доказательством гравитационных волн, вызванных столкновением сверхмассивных черных дыр в конце предыдущего эона. Пока это главное доказательство теории конформной циклической космологии.

Холодный Большой Взрыв и сжимающаяся Вселенная

Стандартная модель Большого Взрыва говорит, что после того, как вся материя взорвалась из сингулярности, она раздулась в горячую и плотную Вселенную и начала медленно остывать в течение миллиардов лет. Но эта сингулярность создает ряд проблем, когда ее пытаются впихнуть в общую теорию относительности и квантовую механику, поэтому космолог Криштоф Веттерих из Университета Гейдельберга предположил, что Вселенная могла начаться с холодного и огромного пустого пространства, которое становится активным лишь потому, что сжимается, а не расширяется в соответствии со стандартной моделью.

В этой модели, красное смещение, наблюдаемое астрономами, может быть вызвано увеличением массы вселенной по мере сжатия. Свет, излученный атомами, определяется массой частиц, больше энергии проявляется по мере движения света в голубую часть спектра и меньше — в красную.

Главная проблема теории Веттериха в том, что ее невозможно подтвердить измерениями, поскольку мы сравниваем лишь соотношения различных масс, а не самих масс. Один физик пожаловался, что эта модель сродни утверждению, что не Вселенная расширяется, а линейка, которой мы ее измеряем, сжимается. Веттерих говорил, что не считает свою теорию заменой Большому Взрыву; он лишь отмечал, что она соотносится со всеми известными наблюдениями Вселенной и может быть более «естественным» объяснением.

Круги Картера

Джим Картер — ученый-любитель, разработавший личную теорию о вселенной, основанную на вечной иерархии «цирклонов», гипотетических круглых механических объектов. Он считает, что всю историю Вселенной можно объяснить как поколения цирклонов, развивающихся в процессе воспроизводства и деления. К такому выводу ученый пришел после наблюдения идеального кольца пузырьков, выходящих из его дыхательного аппарата, когда он занимался подводных плаванием в 1970-х годах, и отточил свою теорию экспериментами с участием контролируемых колец дыма, мусорных баков и резиновых листов. Картер считал их физическим воплощением процесса под названием цирклонная синхронность.

Он говорил, что цирклонная синхронность являет собой лучшее объяснение создания Вселенной, нежели теория Большого Взрыва. Его теория живой вселенной постулирует, что хотя бы один атом водорода существовал всегда. В начале один атом антиводорода плавал в трехмерной пустоте. У этой частицы была такая же масса, как и у всей вселенной, и состояла она из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного антипротона. Вселенная пребывала в завершенной идеальной дуальности, но отрицательный антипротон гравитационно расширялся чуть быстрее, чем положительный протон, что приводило к потере им относительной массы. Они расширялись по направлению друг к другу, пока отрицательная частица не поглотила положительную, и они не сформировали антинейтрон.

Антинейтрон тоже был несбалансирован по массе, но в конечном итоге вернулся в равновесие, что привело к расщеплению его на два новых нейтрона из частицы и античастицы. Этот процесс вызвал экспоненциальный рост числа нейтронов, некоторые из которых уже не расщеплялись, а аннигилировали в фотоны, которые легли в основу космических лучей. В конечном итоге вселенная стала массой стабильных нейтронов, которые существовали определенное время перед распадом, и позволили электронам впервые объединиться с протонами, образовав первые атомы водорода и наполнив вселенную электронами и протонами, активно взаимодействующими с образованием новых элементов.

Немного безумия не повредит. Большинство физиков считает идеи Картера бредом неуравновешенного, который даже не подлежит эмпирическому обследованию. Эксперименты Картера с кольцами дыма использовались в качестве доказательства ныне дискредитированной теории эфира 13 лет назад.

Плазменная Вселенная

Если в стандартной космологии гравитация остается главной управляющей силой, в плазменной космологии (в теории электрической вселенной) большая ставка делается на электромагнетизм. Одним из первых сторонников этой теории был русский психиатр Иммануил Великовский, который написал в 1946 году работу под названием «Космос без гравитации», в которой заявил, что гравитация — это электромагнитный феномен, вытекающий из взаимодействия между зарядами атомов, свободными зарядами и магнитных полей солнца и планет. В дальнейшем эти теории прорабатывал уже в 70-х годах Ральф Юргенс, утверждавший, что звезды работают на электрических, а не на термоядерных процессах.

Существует много итераций теории, но ряд элементов остается одним. Теории плазменной вселенной утверждают, что Солнце и звезды электрически питаются дрейфовыми токами, что некоторые особенности планетарной поверхности вызываются «сверхмолниями» и что хвосты комет, марсианские пыльные дьяволы и образование галактик — все это электрические процессы. По этим теориям, глубокий космос заполнен гигантскими нитями электронов и ионов, которые скручиваются вследствие действия электромагнитных сил в космосе и создают физическую материю вроде галактик. Плазменные космологи допускают, что Вселенная бесконечна в размере и возрасте.

Одной из самых влиятельных книг на эту тему стала «Большого Взрыва никогда не было», написанная Эриком Лернером в 1991 году. Он утверждал, что теория Большого Взрыва неправильно предсказывает плотность легких элементов вроде дейтерия, лития-7 и гелия-4, что пустоты между галактиками слишком велики, чтобы их можно было объяснить временными рамками теории Большого Взрыва, и что яркость поверхности далеких галактик наблюдается как постоянная, тогда как в расширяющейся вселенной эта яркость должна уменьшаться с расстоянием вследствие красного смещения. Он также утверждал, что теория Большого Взрыва требует слишком много гипотетических вещей (инфляция, темная материя, темная энергия) и нарушает закон сохранения энергии, поскольку Вселенная якобы родилась из ничего.

Напротив, говорит он, теория плазмы правильно предсказывает изобилие легких элементов, макроскопическую структуру Вселенной и поглощение радиоволн, являющихся причиной космического микроволнового фона. Многие космологи утверждают, что лернеровская критика космологии Большого Взрыва базируется на понятиях, которые считались неправильными на момент написания его книги, и на его объяснениях, что наблюдения космологов Большого Взрыва приносят больше проблем, чем могут решить.

Бинду-випшот

Пока мы не затрагивали религиозные или мифологические истории сотворения вселенной, но сделаем исключение для индуистской истории создания, поскольку ее можно с легкостью увязать с научными теориями. Карл Саган однажды сказал, что это «единственная религия, в которой временные рамки отвечают современной научной космологии. Ее циклы переходят от наших обычных дня и ночи до дня и ночи Брахмы, длиной в 8,64 миллиарда лет. Дольше, чем существовала Земля или Солнце, почти половина времени с момента Большого Взрыва».

Ближайшая к традиционной идее Большого Взрыва вселенной обнаруживается в индуистской концепции бинду-випшот (буквально «точка-взрыв» на санскрите). Ведические гимны древней Индии гласили, что бинду-випшот произвел звуковые волны слога «ом», который означает Брахмана, Абсолютную Реальность или Бога. Слово «Брахман» имеет санскритский корень brh, означающий «большой рост», что можно связать с Большим Взрывом, согласно писанию Шабда Брахман. Первый звук «ом» интерпретируется как вибрация Большого Взрыва, обнаруженная астрономами в форме реликтового излучения.

Упанишады объясняют Большой Взрыв как одно (Брахман), желающее стать многим, чего он и достиг за счет большого взрыва как усилия воли. Создание часто изображается как лила, или «божественная игра», в том смысле, что вселенная создавалась как часть игры, и запуск в виде большого взрыва тоже был ее частью. Но разве игра будет интересной, если в ней будет всеведущий игрок, знающий, как она будет проходить?

Вселенная - голограмма

Мы привыкли воспринимать мир в трёх измерениях. Однако учёные из Национальной лаборатории имени Энрико Ферми при министерстве энергетики США предположили, что Вселенная - это голограмма, то есть только кажется объёмной, а на самом деле она плоская. Согласно их гипотезе, пространство-время можно представить в виде мельчайших блоков подобно картинке с экрана, состоящей из пикселей. Каждый из этих блоков настолько крохотный, что ещё меньшие длины попросту не имеют физического смысла.

Директор лаборатории Крэйг Хоган и его коллеги пытаются доказать, что пространство-время - квантовая система, как материя и энергия, и образована волнами. Для этого они собрали установку под названием голометр. Голометр испускает два мощных лазерных луча, которые то сходятся, то расходятся. Если их яркость будет колебаться, то это подтвердит, что колеблется и пространство-время, а значит, оно обладает свойствами двухмерной волны. Эксперимент начался минувшим летом и продлится примерно год. Как это отразится на человечестве, трудно сказать. Однако если догадка физиков из Фермилаба верна, то объём информации во Вселенной конечен, следовательно, у всего, что мы можем измерить, помыслить и сделать, есть предел.

Квантовая пена
как ткань Вселенной

Пространство-время кажется непрерывным и гладким, но, вполне вероятно, на микроуровне оно устроено совсем иначе. В 1955 году физик Джон Уилер предложил концепцию квантовой пены. Эта концепция держится на предположении, что наряду с обычными частицами существуют виртуальные частицы, которые образуются из энергии и аннигилируют в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга. Эти процессы порождают квантовые флуктуации, отчего пространство-время искривляется в масштабе планковских величин.

Концепция квантовой пены рисует поразительные картины: например, мельчайшие чёрные дыры и кротовые норы, полученные от взаимодействия виртуальных частиц, - и может пригодиться, чтобы объяснить рождение Вселенной и её строение. Впрочем, доказать или опровергнуть её пока не удалось - некоторые учёные сомневаются, что виртуальные частицы вообще существуют.

Наша Вселенная - результат столкновения трёхмерных миров

Модель, предложенная Полом Стайнхардтом и Нилом Туроком, напоминает теорию Большого взрыва, но исключает сам Большой взрыв. Исследователи соглашаются, что Вселенная расширяется и остывает последние 15 миллиардов лет, но считают, что перед этим не было никакой сингулярности. По их мнению, сначала Вселенная была холодной и почти пустой, а высокие, но конечные температуру и плотность ей придало столкновение двух трёхмерных миров - бран, двигавшихся вдоль ещё одного, скрытого измерения. В разных точках столкновение случилось не единовременно, потому Вселенная неоднородна, - именно так смогли появиться галактики.

Экпиротическая модель основана на положениях теории струн, поэтому предполагает существование других миров. Правда, мы не можем их наблюдать, поскольку частицы и свет туда не проникают. В 2002 году Стайнхардт и Турок расширили свою модель и назвали её циклической. Согласно ей, после столкновения браны разделяются, а потом снова сходятся, - и так до бесконечности.

Пространство-время - сверхтекучая жидкость

Ключевая задача современной физики - устранить противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой. Некоторые исследователи считают, что избавиться от них поможет концепция, согласно которой пространство-время - это сверхтекучая жидкость. Физик Тед Джейкобсон сравнил пространство-время с водой. Отдельные молекулы воды не обладают её свойствами, но тем не менее их задают. Стефано Либерати и Лука Маччоне решили проверить гипотезу на квантах света. Они предположили, что пространство-время ведёт себя как жидкость только в особых случаях, например, с фотонами большой энергии. Такие фотоны должны терять энергию на длинных расстояниях подобно затухающим волнам в других средах.

Либерати и Маччоне следили за излучением от остатка сверхновой в Крабовидной туманности, расположенной в 6,5 тыс. световых лет от Земли. Они не обнаружили отклонений и заключили, что жидкостные эффекты пространства-времени либо чрезвычайно слабы, либо вообще не существуют. Но если бы фотоны действительно потеряли энергию, это означало бы, что скорость света в вакууме непостоянна, а это противоречит общей теории относительности. Либерати и Маччоне не стали отбрасывать концепцию. Впрочем, даже сторонники идеи, что пространство-время - это сверхтекучая жидкость, не очень-то надеются найти подтверждение.

Вселенные
в чёрных дырах

Люди, за исключением братьев Ноланов, не знают, что находится внутри чёрных дыр. По мнению Никодема Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн полагал, что упавшее в чёрную дыру вещество сжимается в сингулярность. Согласно уравнениям Поплавского, на другом конце чёрной дыры расположена белая дыра - объект, из которого материя и свет только исторгаются. Эта пара образует кротовую нору, и всё, попадая туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир. В начале 1990-х годов физик Ли Смолин предложил похожую и в чём-то более странную гипотезу: он тоже верил во вселенные по ту сторону черной дыры, но думал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.

Теория Поплавского может прояснить несколько «тёмных» мест в современной физике: например, откуда взялась космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, судя по всему, плоская. Критики учёного указывают, что природа первичного мира, из которого произошли все другие вселенные, всё равно остаётся загадкой. Впрочем, даже скептикам не кажется, что гипотеза Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчёт сингулярности.