Tytuł oryginału

YOUR BRAIN IS A TIME MACHINE.

The Neuroscience and Physics of Time.

Copyright © 2017 by Dean Buonomano

All rights reserved.

Projekt okładki

Paweł Panczakiewicz

www.panczakiewicz.pl

Ilustracja na okładce

© Betacam-SP/Shutterstock.com

Redaktor serii

Adrian Markowski

Redakcja

Joanna Popiołek

Korekta

Małgorzata Denys

ISBN 978-83-8169-573-2

Warszawa 2019

Wydawca

Prószyński Media Sp. z o.o.

02-697 Warszawa, ul. Gintrowskiego 28

www.proszynski.pl

Dla Any

Część I.

Czas mózgu

1:00 Różne smaki czasu

Jedyne, co naprawdę do nas należy, to czas; ma go nawet ten, kto nie posiada nic innego.

Baltasar Gracián

czas

osoba

rok

droga

dzień

Co powyższe słowa mają ze sobą wspólnego?

Można z pewnością wybaczyć komuś, kto ich nie rozpozna jako pięciu rzeczowników najczęściej używanych w angielszczyźnie[1]. To, że na samej górze tej listy znalazło się słowo „czas”, a towarzyszą mu dwie nazwy jednostek miary czasu, wynika z doniosłego znaczenia czasu w naszym życiu. Jeśli nie pytamy akurat o godzinę, mówimy o „oszczędzaniu czasu”, „zabijaniu czasu”, „czasie pozostałym do końca służby”, „trzymaniu się wyznaczonego czasu”, o „braku czasu”, „poczuciu czasu”, o tym, że „czas pójść do łóżka”, o „przekroczeniu dozwolonego czasu”, „kupowaniu sobie czasu”, „dobrych czasach”, „podróżach w czasie”, wydłużonym „czasie pracy”, „czasie wolnym” oraz moim ulubionym „czasie na obiad”.

Z kolei naukowcy i filozofowie rozprawiają o „czasie subiektywnym”, „czasie obiektywnym”, „czasie własnym”, „skoordynowanym czasie”, „czasie gwiazdowym”, „czasie emergentnym”, „percepcji czasu”, „czasie kodowania”, „czasie relatywistycznym”, „komórkach czasu”, „dylatacji czasu”, „czasie reakcji”, „czasoprzestrzeni” oraz dość przestarzałym pojęciu „dawcy czasu”, inaczej Zeitgeber.

Na ironię zakrawa fakt, że choć „czas” jest najczęściej używanym rzeczownikiem, nie ma zgodnego stanowiska co do sposobu, w jaki należy to pojęcie definiować. Nieodłączną trudność związaną z próbą zdefiniowania czasu ujął ponad 1600 lat temu chrześcijański filozof św. Augustyn w słynnym aforyzmie: „Czymże więc jest czas? Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem. Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem”.

Niewiele jest pytań tak kłopotliwych i głębokich, jak te dotyczące czasu. Filozofowie głowią się, czym jest czas i czy to pojęcie oznacza pojedynczy moment, czy pełny wymiar. Fizycy borykają się z pytaniami, dlaczego czas wydaje się płynąć tylko w jednym kierunku, czy możliwe są podróże w czasie, a nawet czy czas w ogóle istnieje. Luminarze neuronauki i psychologii natomiast uporczywie starają się pojąć, co to znaczy „czuć” upływ czasu, jak informuje nas o tym mózg i dlaczego ludzie jako jedyni dysponują zdolnością umysłowej projekcji samych siebie w przyszłość. Pojęcie czasu stanowi również sedno kwestii wolnej woli: czy przyszłość stanowi otwartą drogę, czy może jest ona z góry przesądzona na podstawie przeszłości?

Celem tej książki jest prześledzenie powyższych pytań i, w miarę możliwości, udzielenie na nie odpowiedzi. Najpierw jednak musimy przyjąć do wiadomości, że nasze możliwości udzielenia odpowiedzi na pytania odnoszące się do czasu są ograniczone przez naturę narządu, w którym owe pytania się rodzą. Chociaż nasz ukryty w czaszce mózg, zawierający w swojej galaretowatej masie 100 miliardów komórek, stanowi najbardziej zaawansowany twór w znanym nam wszechświecie, nie jest on „zaprojektowany” do zrozumienia istoty czasu ani trochę lepiej niż laptop do samodzielnego pisania oprogramowania. Zatem w miarę zgłębiania tej kwestii dowiemy się, że nasze przeczucia i teorie dotyczące czasu mówią tyle samo o istocie czasu, ile o strukturze i ograniczeniach naszego mózgu.

ODKRYCIE CZASU

„Czas” to pojęcie skomplikowane, bardziej niż „przestrzeń”.

Owszem, to prawda, że przestrzeń ma więcej wymiarów niż czas: żeby dokładnie określić położenie w przestrzeni, trzeba podać trzy wartości (na przykład szerokość i długość geograficzną oraz wysokość), podczas gdy do oznaczenia jakiegoś momentu w czasie wystarczy tylko jedna wartość liczbowa. Tak więc w pewnym sensie „przestrzeń” jest bardziej skomplikowana, ale chodzi mi o to, że ludzkiemu mózgowi o wiele większą trudność sprawia zrozumienie „czasu” niż „przestrzeni”.

Weźmy pokrewne nam kręgowce, z którymi dzielimy sporo naszej neurologicznej maszynerii. Potrafią one odnajdywać drogę w przestrzeni, tworzyć wewnętrzną mapę swojego otoczenia i, w pewnym sensie, „rozumieją” pojęcie czasu. Zwierzęta pokonują w wędrówkach duże odległości i mają wyraźnie wytyczony w przestrzeni cel, do którego zmierzają; pamiętają miejsce przechowywania pokarmu; nawet mały szczeniak wie, że jeśli smakołyk spadnie za kanapę, musi postarać się znaleźć drogę, by obejść mebel i dotrzeć do kąska z lewej, z prawej, pod kanapą lub nad nią. Wiemy, że mózgi ssaków tworzą wysoce zaawansowane wewnętrzne mapy przestrzeni, gdyż neuronaukowcy już od przeszło czterech dekad rejestrują sygnały z tak zwanych komórek miejsca w hipokampie. Są to neurony, które wysyłają sygnał, czyli „włączają się” w chwili, gdy zwierzę znajduje się w określonym miejscu w pomieszczeniu – innymi słowy, w konkretnym punkcie w przestrzeni. Komórki te łączą się w sieć, która tworzy przestrzenną mapę zewnętrznego świata, co przypomina trochę działanie systemu GPS, tylko znacznie bardziej elastycznego; na przykład wydaje się, że nasze wewnętrzne mapy przestrzenne natychmiast aktualizują się po zmianie granic pomieszczenia albo położenia przedmiotów w jego wnętrzu.

Zwierzęta nie tylko potrafią znajdować drogę w przestrzeni, lecz również ją „widzą”[2]. Stojąc na szczycie góry, dostrzegamy niebo nad głową i las pod nami oraz wijącą się rzekę wpadającą do morza, a każdy z tych obiektów ma swoje miejsce w przestrzeni. Umiemy także „słyszeć” przestrzeń, czyli umiejscawiać w przestrzeni punkt, z którego dobiega dźwięk. Zmysł dotyku (czucie somatyczne) informuje nas nie tylko o pozycji i kształcie przedmiotów, lecz także o położeniu w przestrzeni naszych ważnych części ciała: kończyn.

Czas to co innego. Oczywiście zwierzęta nie mogą fizycznie podróżować w czasie. Czas to droga pozbawiona rozjazdów, skrzyżowań, zjazdów i miejsc, w których można zawrócić. Zapewne z tego powodu na zwierzęta oddziaływała niewielka presja ewolucyjna, wymuszająca rozwój umiejętności tworzenia map i reprezentacji czasowych oraz rozumienia czasu z taką samą biegłością, jak w przypadku przestrzeni. Przekonamy się, że zwierzęta z pewnością orientują się w czasie i przewidują, kiedy jakieś zdarzenia będą miały miejsce, lecz wydaje się mało prawdopodobne, by o pokrewnych nam kręgowcach można było powiedzieć, iż pojmują różnice między przeszłością, teraźniejszością i przyszłością w taki sam sposób, w jaki ich mózgi potrafią uchwycić różnice między kierunkiem: w górę, w dół, w lewo i w prawo. Nasze narządy zmysłów nie wykrywają bezpośrednio upływu czasu[3]. W przeciwieństwie do fikcyjnych kosmitów Tralfamadorian z powieści Rzeźnia numer pięć Kurta Vonneguta nie potrafimy sięgać wzrokiem poprzez czas, obejmując jednym spojrzeniem przeszłość, teraźniejszość i przyszłość.

Mózgi wszystkich zwierząt, w tym ludzi, są lepiej predysponowane do poruszania się w przestrzeni, wyczuwania i rozumienia jej oraz tworzenia reprezentacji przestrzennej niż do tych samych działań w odniesieniu do czasu. Według jednej z teorii rozwoju opisującej, jak u ludzi powstało rozumienie pojęcia czasu, mózg przejął w tym celu istniejące już szlaki nerwowe służące do rozumienia i tworzenia reprezentacji przestrzeni (rozdział 10). Jak się przekonamy, może to być jeden z powodów, dla których chyba we wszystkich kulturach używa się w rozmowach o czasie metafor przestrzennych („to był długi dzień”; „niecierpliwie wyglądam dnia zaćmienia Słońca”; „patrząc wstecz, uważam, że nie powinienem był mówić tego głośno”).

Również naukowcom czas przysparza więcej komplikacji niż przestrzeń. Dziedziny nauki, podobnie jak ludzie, przechodzą stadia rozwojowe: w miarę wzrostu dojrzewają i ulegają przemianom. W wielu zaś dyscyplinach typową cechą owego procesu dojrzewania jest stopniowe uwzględnianie czynnika czasu.

Pierwszą prawdziwą dziedziną współczesnej nauki była zapewne geometria, której reguły sformalizował Euklides w III wieku p.n.e. Geometrię często definiuje się jako „gałąź matematyki, zajmującą się właściwościami punktów, linii, powierzchni i brył oraz relacjami między nimi”[4]. Geometria euklidesowa zasługuje na uwagę z dwóch powodów: po pierwsze, jest w historii nauki jedną z teorii najbardziej eleganckich i przełomowych; po drugie, uzyskała tę rangę mimo całkowitego zignorowania czynnika czasu. Równie dobrze można byłoby ją nazwać „przestrzeniometrią”, bowiem zajmuje się badaniem obiektów zastygłych w czasie i niezmiennych. Geometria nie bez powodu stała się jedną z pierwszych prawdziwych dziedzin nauki: nauka robi się o wiele prostsza, gdy można sobie pozwolić na zignorowanie czynnika czasu.

Matematyka dostępna dla greckich filozofów i uczonych nie bardzo nadawała się do badania, w jaki sposób różne zjawiska zmieniają się w miarę upływu czasu. Co więcej, w starożytności o wiele łatwiej było mierzyć odległość niż czas; dzisiaj sprawy mają się odwrotnie: potrafimy mierzyć czas o wiele dokładniej niż przestrzeń (rozdział 7). Od czasów Euklidesa potrzeba było prawie 2000 lat, żebyśmy zaczęli w pełni włączać czynnik czasu do matematyki i fizyki. Ważny krok w tym kierunku zrobiono pod koniec XVI wieku. Według prawdopodobnie apokryficznej historii znudzony Galileo Galilei zauważył, że czas, jaki kołyszącej się lampie w katedrze w Pizie zajmuje wykonanie pełnego cyklu ruchu, nie zależy od amplitudy wahań. Innymi słowy, okres drgań wahadła jest taki sam bez względu na wąski lub szeroki kąt ruchu wahadła (później ustalono, że okres lekko rośnie wraz z amplitudą)[5]. Galileusz, badając ruch i zmiany położenia obiektów w miarę upływu czasu, pomógł w narodzinach nowej dziedziny nauki – dynamiki. Jednak, podobnie jak starożytnym Grekom, brakowało mu narzędzi do matematycznego zdefiniowania relacji między siłami, ruchem, prędkością i przyspieszeniem. Potrzebni byli Newton i Leibniz, którzy wynaleźli fundamentalne matematyczne narzędzie umożliwiające uchwycenie zachodzących w czasie zmian: rachunek różniczkowy[6]. Za pomocą rachunku różniczkowego Newton mógł opisać prawa rządzące ruchem spadających jabłek oraz krążących po orbitach planet.

Newton wierzył w czas absolutny, który „ze swej natury płynie jednakowo bez względu na jakikolwiek czynnik zewnętrzny”. Czas był dla niego rzeczywistą i uniwersalną miarą odnoszącą się w jednoznaczny sposób do wszystkich punktów w przestrzeni. Newtonowski wszechświat wydawał się deterministyczny: cały czas, przeszły i przyszły, można było w zasadzie określić na podstawie samej teraźniejszości. Jednak w przyszłości czekało już wiele dalszych odkryć. Szczególne znaczenie dla naszych rozważań mają dwa z nich. Po pierwsze, uczeni krok po kroku doszli do zniechęcającej (dla niektórych) konstatacji, że nawet we wszechświecie absolutnie posłusznym pięknym newtonowskim prawom nie da się w praktyce przewidzieć przyszłości (ani odtworzyć przeszłości). Prace wielu uczonych, w tym francuskiego matematyka Henriego Poincaré i amerykańskiego meteorologa Edwarda Lorenza, ujawniły, że drobne różnice stanu systemu mogą prowadzić do ogromnych zmian przyszłych wyników jakiegoś procesu (najsłynniejszy przykład to „efekt motyla” przy prognozowaniu pogody). Nazywa się to „chaosem”; przekonamy się, że będzie on stwarzał problemy przy badaniu najbardziej skomplikowanego systemu dynamicznego, jaki znamy – naszego mózgu (rozdział 6). Drugi postęp nauki polegał na tym, że Albert Einstein całkowicie zmiótł pogląd Newtona o absolutnym i uniwersalnym czasie. Wbrew wszelkim przeczuciom ustalił bowiem, że czas jest względny (rozdział 9). Później szczegółowo omówimy to zagadnienie, lecz na razie chodzi o to, że w miarę rozwoju fizyki czynnik czasu coraz bardziej się w niej umacniał. Do pewnego stopnia. Jak na ironię, tu i ówdzie pojawiają się pomysły, by całkowicie wyeliminować czas z fizyki[7] i powrócić do statycznego, geometrycznego wszechświata, który fizyk Julian Barbour nazywa Platonią – to aluzja do poglądu Platona, że idealne formy geometryczne stanowią rzeczywiste byty istniejące w pozbawionym czasu królestwie.

CZAS A NEURONAUKA

Podobny proces rozwoju przeszło wiele innych dziedzin nauki. Na przykład współczesna biologia narodziła się w XVIII wieku jako dosyć opisowa i statyczna systematyka form życia, ale włączyła czas do swoich rozważań, tworząc ewolucję i zyskując przez to dynamikę. Darwin odegrał tu rolę Galileusza: dostrzegł, że żyjące na Ziemi gatunki pozostają w ciągłym „ruchu” – mutują, znikają i ewoluują.

Również neuronauka i psychologia w miarę rozwoju zaczęły stopniowo uwzględniać problem czasu. Można mówić o pseudonauce zwanej frenologią, co się tylko chce, ale frenolodzy przynajmniej uznawali nasze poczucie czasu za istotny czynnik. Rolę ośrodka poczucia czasu przypisywali obszarowi w płacie czołowym mózgu, dogodnie leżącemu pomiędzy „ośrodkiem melodii” (tune) a „ośrodkiem przestrzeni” (locality) (ryc. 1.1). W jednej z prac na temat frenologii pisano: „Zadaniem tej zdolności jest odnotowywanie upływu czasu, długości czasu trwania, kolejności wydarzeń itp. Umożliwia ona również zapamiętywanie dat, utrzymywanie prawidłowego tempa w muzyce i tańcu, powoduje też punktualność w wypełnianiu zobowiązań”[8].

1 http://oxforddictionaries.com/words/the-oec-facts-about-the-language.

2 Dokładniej, widzimy obiekty rozmieszczone w przestrzeni.

3 Niektóre gatunki mają w siatkówce oka komórki wykrywające ruch, czyli reagujące na to, czy jakiś obiekt „przemieszcza się” w czasie (oraz przestrzeni). Ponadto należy zaznaczyć, że ślimak w uchu wewnętrznym w pewnym sensie wyczuwa czas, ponieważ jego komórki czuciowe (leżące we wnętrzu ślimaka komórki wyposażone we włoski) reagują na częstotliwość drgań cząsteczek powietrza, a częstotliwość jest miarą czasu pełnego cyklu oscylacji. Częstotliwość tych drgań jest o wiele za duża, by reagowała na nią większość neuronów, a drgania są zbyt szybkie na świadomy odbiór czasu ich trwania.

4 Według Oxford English Dictionary.

5 Szczegółowe omówienie historii badań nad wahadłem, patrz: Matthews, 2000.

6 Znakomity przegląd etapów stopniowego rozwoju w historii matematyki i fizyki zawierają liczne książki popularnonaukowe, na przykład: Penrose, 2000.

7 Barbour, 1999.

8 Wells, 1860.

Ryc. 1.1. Diagram frenologiczny z XIX wieku[9].

9 Poszczególne obszary oznaczają lokalizację domniemanych ośrodków w mózgu, na przykład ośrodka „miłości rodzicielskiej”, „nadziei”, „zgodności” i „duchowości”; przedstawiony schemat nie ma, rzecz jasna, nic wspólnego z prawdziwą topografią ośrodków ludzkiej kory mózgowej (przyp. tłum.).

William James, jeden z ojców nowoczesnej psychologii, również uznawał znaczenie czasu dla zrozumienia funkcjonowania umysłu. Poświęcił percepcji czasu rozdział swojego opus magnum z 1890 roku zatytułowanego The Principles of Psychology. Dziwna rzecz, ale od tamtego czasu tylko nieliczni autorzy przełomowych książek z dziedziny psychologii lub neuronauki poszli w jego ślady[10]. W istocie przez większość XX wieku problem czasu był cokolwiek zaniedbany i w dużej mierze pomijany w podręcznikach.

Trochę za bardzo upraszczam to zagadnienie. Po pierwsze, czas w neuronauce i psychologii nie stanowi pojedynczego zagadnienia, ale zbiór wzajemnie połączonych problemów związanych z tym, jak mózg rozpoznaje czas, tworzy złożone wzorce czasowe, świadomie postrzega upływ czasu, przypomina sobie przeszłość i myśli o przyszłości. Po drugie, w wielu poddziedzinach związanych z psychologią i neuronauką czasu dokonał się znaczący postęp. Na przykład przez cały XX wiek kwitła chronobiologia, czyli nauka o rytmach biologicznych, w szczególności cyklach snu i czuwania (rozdział 3). Ponadto w tym samym okresie pojawiło się wielu pionierów, którzy przyczynili się do pogłębienia naszej wiedzy o sposobie rozpoznawania i postrzegania czasu przez nasz mózg. Jednakże zagadnienia odnoszące się do czasu były dość często pomijane. Weźmy do ręki biblię nowoczesnej neuronauki, podręcznik Principles of Neural Science, i poszukajmy w indeksie najczęściej używanego w angielszczyźnie rzeczownika – nie znajdziemy go. Jeśli natomiast spróbujemy wyszukać słowo „przestrzeń”, znajdziemy je w licznych hasłach[11].

Psychologia i neuronauka to nowe dziedziny nauki, które dopiero zaczynają w pełni pojmować znaczenie czasu i dynamiki. Psycholog Richard Ivry z University of California w Berkeley pisał w 2008 roku: „W poprzednim pokoleniu liczba badań naukowych poświęconych odczuwaniu czasu była ograniczona, kładziono bowiem nacisk na zachowania odznaczające się regularnością czasową. Później w badaniach nad percepcją czasu zapanował renesans, a naukowcy zajęli się szerokim wachlarzem zjawisk związanych z czasem”[12].

Za przykład tej przemiany można uznać jedno z tych pytań, które w psychologii i neuronauce stanowią coś w rodzaju Świętego Graala: „W jaki sposób mózg przechowuje wspomnienia?”. Ponieważ wspomnienia odnoszą się do doświadczeń z przeszłości, nierozerwalnie splatają się z czasem. Nawet jednak w tym przypadku naukowcy często nie dbali o umieszczenie problemu wspomnień we właściwym kontekście czasowym. Dopiero w XXI wieku uczeni zaczynają w pełni zdawać sobie sprawy z faktu, że „informacje o przeszłości są przydatne tylko o tyle, o ile umożliwiają przewidzenie, co może się zdarzyć w przyszłości”[13]. Pamięć nie wykształciła się w toku ewolucji po to, byśmy mogli rozpamiętywać przeszłość. Jedyna ewolucyjna funkcja pamięci polega na tym, że umożliwia ona zwierzętom przewidywanie, co się stanie, kiedy to się stanie i jak najlepiej zareagować, gdy rzeczywiście to się stanie. Dzięki ciągłym przemianom pojęciowym oraz licznym przykładom postępu metodologicznego w neuronauce i psychologii daje się zauważyć coraz większe zainteresowanie zagadnieniem czasu. Należy z całą powagą stwierdzić, że coraz lepiej zdajemy sobie sprawę, iż bez zrozumienia, w jaki sposób mózg odczuwa i postrzega czas oraz tworzy jego odzwierciedlenie, nie będziemy w stanie pojąć ludzkiego umysłu.

PREZENTYZM KONTRA ETERNALIZM

Tematem tej książki jest głównie neuronauka i psychologia czasu, ale zagłębimy się również w zagadnienia odnoszące się do fizyki czasu. Ma to na celu nie tylko zrozumienie pewnych fundamentalnych spostrzeżeń fizyki co do istoty czasu, lecz także zbadanie, gdzie neuronauka i fizyka się krzyżują – a może powinienem raczej powiedzieć: ścierają się ze sobą (rozdziały 8 i 9). W tym celu trzeba będzie koniecznie wprowadzić do rozważań dwie najważniejsze teorie filozoficzne dotyczące istoty czasu: prezentyzm i eternalizm.

Prezentyzm, jak sama nazwa wskazuje, opiera się na poglądzie, że jedynie teraźniejszość jest rzeczywista. W prezentyzmie przeszłość jest istniejącą dawniej konfiguracją wszechświata, przyszłość zaś to pojęcie odnoszące się do jakiejś jeszcze nieokreślonej konfiguracji. Diametralnie odmienne podejście stanowi eternalizm, według którego przeszłość i przyszłość są równie rzeczywiste jak teraźniejszość. Nie ma absolutnie nic szczególnego w teraźniejszości; w eternalizmie określenie „teraz” odnosi się do czasu, tak samo jak słowo „tutaj” do przestrzeni. Chociaż obecnie znajdujemy się w konkretnym punkcie w przestrzeni, wiemy, że jest wiele innych punktów – inne pomieszczenia, miasta, planety i galaktyki – w których równie dobrze moglibyśmy się znaleźć. Podobnie zdajemy sobie sprawę, że znajdujemy się w punkcie czasu zwanym „teraz”, ale istnieją momenty w przeszłości i przyszłości, w których znajdują się inne istoty, a nawet my sami, choć młodsi lub starsi (ryc. 1.2).

10 Za bardzo upraszczam sprawę: w połowie XX wieku ukazało się kilka nader doniosłych książek i artykułów, które do pewnego stopnia wytrzymały próbę czasu, na przykład: Lashley, 1951 oraz Fraisse, 1963.

11 Kandel et al., 2013. Nie znajdzie się tam również wyrażenia „wyczucie czasu”. Należy zauważyć, że podaję ten przykład nie po to, by zasugerować pomijanie jakichś zagadnień przez autorów podręcznika, lecz dlatego, iż odzwierciedla on ogólną tendencję w neuronauce do stosunkowo lekceważącego podejścia do problemów związanych z czasem.

12 Ivry i Schlerf, 2008.

13 Dudai i Carruthers, 2005; Tulving, 2005; Schacter i Addis, 2007; Schacter et al., 2007.

Ryc. 1.2. Dwa poglądy na istotę czasu: prezentyzm i eternalizm.

Prawdopodobnie najprostszy sposób zrozumienia różnicy między prezentyzmem a eternalizmem polega na rozpatrywaniu ich w kontekście podróży w czasie[14]. Zgodnie z założeniami prezentyzmu prawdziwa podróż w czasie (przeskakiwanie tam i z powrotem pomiędzy przeszłością a przyszłością) nie jest możliwa. Względy techniczne, takie jak możliwość skonstruowania wehikułu czasu lub jego zgodność z prawami fizyki, nie mają znaczenia. Po prostu nie można przenieść się w czas, który nie istnieje, tak jak nie da się pojechać w nieistniejące miejsce. Według eternalizmu czas stanowi wymiar bardzo podobny (choć nie jest to dokładne podobieństwo) do przestrzeni, zatem przyszłość jest równie rzeczywista, jak miejsca znajdujące się na północ i na południe od naszego obecnego położenia. Chociaż eternalizm nie przesądza o tym, czy podróż w czasie jest osiągalna, ale uzasadnia dyskusję na ten temat, gdyż istnieją „miejsca w czasie” (momenty), w które można się udać.

Prezentyzm na pewno odpowiada naszemu przeczuciu, że gdy każda chwila w naszym życiu staje się chwilą z przeszłości, to już jej nie ma. Bez względu na to, czy ów moment pozostawi jakiś ślad w naszej pamięci, czy nie, on sam przestaje istnieć. Prezentyzm stanowi również potwierdzenie naszego poczucia kontroli, przekonania, że nasze decyzje i działania kształtują otwartą przyszłość. Neuronaukowcom rzadko przychodzi borykać się z kwestią antagonizmu między prezentyzmem a eternalizmem. Jednak w praktyce neuronaukowcy są zakamuflowanymi prezentystami. Widzą oni przeszłość, teraźniejszość i przyszłość jako kategorie zasadniczo odrębne, gdyż mózg podejmuje decyzje w czasie teraźniejszym na podstawie wspomnień z przeszłości, żeby osiągnąć większy stopień dobrostanu w przyszłości. Jednak mimo intuicyjnej atrakcyjności prezentyzm stoi w fizyce i filozofii na przegranej pozycji.

Pewne wersje eternalizmu sięgają czasów 2,5 tysiąclecia temu, do myśli greckiego filozofa Parmenidesa, który uważał, że żyjemy w świecie bezczasowym i niezmiennym. Obecnie większość fizyków i filozofów z bardzo uzasadnionych przyczyn akceptuje stanowisko eternalistów, że całość czasu jest „już” w pewnym sensie rozmieszczona w obrębie wszechświata. Nie jest tak, że idea czasu jako czwartego wymiaru to po prostu dogodna abstrakcja matematyczna – jak przedstawianie czasu na osi odciętych wykresu – chodzi raczej o to, iż przeszłość, teraźniejszość i przyszłość naprawdę stoją na równej płaszczyźnie.

Jeśli chodzi o konflikt między neuronauką a fizyką: skoro wszystkie momenty w czasie są równie rzeczywiste i wszystkie wydarzenia w przeszłości i przyszłości są na całą wieczność osadzone we wszechświecie blokowym, to postrzegany przez nas upływ czasu musi być złudzeniem (rozdział 9). Innymi słowy, skoro cały czas już „gdzieś tam” jest, to czas nie płynie ani nie mija w normalnym sensie tych słów. Jak to kiedyś ujął filozof Jack Smart: „Mówienie o upływie czasu albo o postępie świadomości to niebezpieczne metafory, których nie należy brać dosłownie”[15]. Tak więc wydawałoby się, że jedno z najbardziej jednoznacznych subiektywnych doświadczeń o uniwersalnym zasięgu – doświadczenie przemijania czasu – trzeba zdegradować do poziomu swego rodzaju sztuczki świadomego umysłu. W istocie to szeroko rozpowszechniony pogląd. Na przykład w książce Strzałka czasu i punkt Archimedesa filozof Huw Price pisze: „Filozofowie dzielą się zwykle w tych kwestiach na dwa obozy. Po jednej stronie stają ci, którzy traktują upływ czasu i teraźniejszość jako obiektywne cechy świata [prezentyzm]; po drugiej zaś ci, którzy argumentują, że są to tylko artefakty naszego subiektywnego spojrzenia na rzeczywistość [eternalizm]. (…) będę uznawał za pewnik ten ostatni pogląd…”[16].

Matematyk i fizyk Hermann Weyl ujął konflikt między naszym sposobem postrzegania czasu a jego standardowym obrazem w całym wszechświecie blokowym w słynnym cytacie: „Świat obiektywny się nie staje, on po prostu jest. Jedynie w spojrzeniu mojej świadomości, pełznącej ścieżką, którą podąża przez świat moje ciało, wycinek tego świata rodzi się do życia jako ulotny obraz w przestrzeni bezustannie zmieniającej się w czasie”[17].

LICZBA MNOGA CZASU

Wszelkie dyskusje na temat czasu w neuronauce, filozofii lub fizyce nieuchronnie gmatwa używanie słowa „czas” w wielu różnych znaczeniach. Jeden z powodów, dla których jest ono najczęściej używanym w angielszczyźnie rzeczownikiem, stanowi fakt, że w rzeczywistości mamy do czynienia z wieloma słowami. W istocie użycie słowa „czas” różni się w poszczególnych językach. Po angielsku mówimy „speed is distance divided by time” („prędkość jest ilorazem odległości i czasu”) i pytamy „what time is it?” („która godzina?”). W portugalskim w obu tych kontekstach istnieją dwa różne słowa. Prędkość oznacza słowo „tempo”, lecz by sprawdzić godzinę, zapytamy „que horas são?”. Jednak w przeciwieństwie do angielskiego w portugalskim używa się słowa tempo w pytaniu o pogodę.

W codziennym życiu bez trudu używamy słowa „czas” w różnych znaczeniach, ale ta łatwość nieuchronnie komplikuje próby rygorystycznego badania kwestii związanych z czasem. Zatem pomocne okaże się jeśli nie zdefiniowanie, to przynajmniej wprowadzenie pewnych ograniczeń rozmaitych znaczeń tego słowa. Weźmy następujące zdanie: „Minkowski’s talk on the nature of time ended on time, but it seemed to drag on for a long time” („Przemówienie Minkowskiego na temat natury czasu skończyło się o czasie, lecz wydawało się, że zajęło bardzo dużo czasu”).

W tym specjalnie spreparowanym zdaniu starałem się ująć trzy znaczenia słowa „czas”, istotne dla naszych celów. Po kolei nazwę je „czasem naturalnym”, „czasem zegarowym” i „czasem subiektywnym”.

Intuicyjnie rozumiemy czas jako środowisko, w którym rozgrywa się nasze życie. Używam terminu „czas naturalny” (jak w wyrażeniu „natura czasu”) na określenie pojęcia czasu jako środowiska lub „wymiaru”. Czas naturalny oznacza ten posmak czasu, który odczuwamy jako jądro sporu prezentyzmu z eternalizmem. W praktyce większość naukowców może ignorować kwestie odnoszące się do czasu naturalnego, ale ostatecznie cóż mogłoby być głębszego od świadomości istnienia innych „wersji” nas samych, rozmieszczonych w wymiarze czasu wszechświata blokowego, albo od ustalenia, czy nasze wrażenie upływu czasu to tylko jedno z wielu złudzeń, jakimi mózg obdarza nasz umysł.

Dla celów praktycznych czas niekiedy definiuje się jako wskazania zegara. Chociaż może to sprawiać wrażenie czasu kolistego, ta definicja jest niezmiernie ważna. Nieuchronnie prowadzi jednak do pytania: czym dokładnie jest zegar? W najbardziej ogólnym sensie zegar to urządzenie ulegające zmianom w pewien powtarzalny sposób i oferujące możliwość ilościowej oceny tych zmian. Reprezentacją tych zmian mogą być wychylenia wahadła, drgania w krysztale kwarcu lub nawet ilość promieniotwórczych izotopów węgla w skamieniałej próbce. „Czas zegarowy” to najczęstszy sens, w jakim używa się słowa „czas” w nauce. Jednakże Einstein podkreślał: „Taka definicja jest zadowalająca, kiedy interesuje nas zdefiniowanie czasu wyłącznie dla miejsca, w którym znajduje się zegar, ale przestaje zadowalać, gdy musimy połączyć w czasie serię zdarzeń zachodzących w różnych miejscach”[18]. Czas zegarowy to miara czasu lokalna, w żadnym razie nie absolutna ani uniwersalna. Niemniej czas zegarowy ostatecznie rządzi naszym życiem: nie tylko podpowiada, kiedy wstać, przystąpić do pracy i pójść spać, lecz także – ponieważ samo ciało jest zegarem – przesądza o tym, kiedy się starzejemy i umieramy.

„Czas subiektywny” odnosi się do naszego świadomego poczucia czasu, subiektywnego odczuwania zarówno upływu czasu, jak i tego, ile czasu minęło. Podobnie jak wszystkie subiektywne przeżycia, czas subiektywny to konstrukt wytwarzany przez mózg – poza czaszką nie istnieje. Podobnie jak subiektywna percepcja barw umożliwia nam doświadczanie fizycznych właściwości światła widzialnego (długości jego fali), nasze subiektywne poczucie czasu jest umysłowym konstruktem pozwalającym nam w pewnym sensie „odczuwać” zarówno czas naturalny, jak i czas zegarowy.

*

Filozofowie i uczeni przez tysiąclecia głowili się nad tajemnicami czasu. Mimo to 1600 lat po tym, jak święty Augustyn dał upust swojej frustracji z powodu trudności w zdefiniowaniu czasu, nadal nie znamy odpowiedzi na fundamentalne pytania: czy przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są równie rzeczywiste? Czy nasze postrzeganie upływu czasu to tylko złudzenie?

Zanim neuronauka w pełni odpowie na te pytania, będzie musiała jeszcze bardziej się rozwinąć i uwzględnić fakt, że nie da się zrozumieć ludzkiego umysłu bez opisania sposobu, w jaki mózg odczuwa czas, tworzy jego reprezentacje i go określa. To dlatego, że – jak będę dowodził w następnym rozdziale – mózg jest wehikułem czasu: nie tylko odczuwa czas i przewiduje przyszłość, lecz również umożliwia nam tworzenie projekcji samych siebie w przyszłości. Niezmiernie łatwo przeoczyć fakt, że bez zdolności umysłowego przenoszenia się w przyszłość nasz gatunek nie przekształciłby kawałka obsydianu w narzędzie ani nie pojąłby, że dzięki zasianym nasionom można zapewnić sobie przeżycie w przyszłości.

Nasza niepowtarzalna zdolność zrozumienia pojęcia czasu i zajrzenia w odległą przyszłość jest jednak zarazem darem i przekleństwem. W toku ewolucji przeszliśmy od podległości wobec nieprzewidywalnych i kapryśnych zrządzeń matki natury do uchylania jej wyroków, manipulowania teraźniejszością dla zapewnienia sobie przeżycia w przyszłości. Jednak nasza zdolność jasnowidzenia doprowadziła nas również do nieuchronnej konstatacji, że czas nas samych jest skończony i przelotny. Bez względu na to, czy w wyniku daru, czy przekleństwa, stanęliśmy obecnie w obliczu cudownej i zarazem kłopotliwej tajemnicy: czym jest czas?

CIĄG DALSZY DOSTĘPNY W PEŁNEJ, PŁATNEJ WERSJI

PEŁNY SPIS TREŚCI:

Część I. Czas mózgu

1:00 Różne smaki czasu

ODKRYCIE CZASU

CZAS A NEURONAUKA

PREZENTYZM KONTRA ETERNALIZM

LICZBA MNOGA CZASU

2:00 Najlepszy wehikuł czasu, jaki kiedykolwiek posiądziesz

MÓZG JEST WEHIKUŁEM CZASU

CZAS JAKO NAUCZYCIEL

KIERUNEK I MYLNY KIERUNEK CZASU

SYNAPTYCZNY ZWIĄZEK PRZYCZYNOWO-SKUTKOWY

ODMIERZANIE CZASU W RÓŻNYCH SKALACH

3:00 Dzień i noc

EKSPERYMENTY ZWIĄZANE Z IZOLACJĄ

JĄDRO NADSKRZYŻOWANIOWE

KOMÓRKI ODMIERZAJĄCE CZAS

PIERWSZY ZEGAR

MECHANIKA ZEGARA OKOŁODOBOWEGO

ZESPÓŁ NAGŁEJ ZMIANY STREFY CZASOWEJ

WALKA Z ZEGAREM

ZASADA WIELU ZEGARÓW

4:00 Szósty zmysł

PROSPEKTYWNE I RETROSPEKTYWNE ODMIERZANIE CZASU

KOMPRESJA I DYLATACJA CZASU

CHRONOFARMAKOLOGIA

PRZYCZYNY EFEKTU ZWOLNIONEGO TEMPA

KOMPRESJA CZASU W MÓZGU

5:00 Wzorce czasu

ODMIERZANIE CZASU JEST ZABAWNE

MOWA MATCZYNA

ALFABET MORSE’A

NAUKA ODMIERZANIA CZASU

UTRZYMYWANIE RYTMU

PTAKI ŚPIEWAJĄCE

NEUROANATOMIA CZASU

6:00 Czas, dynamika neuronalna i chaos

SUPRA- ORAZ INFRAPERIODYCZNE ODMIERZANIE CZASU

ZMARSZCZKI NA WODZIE

KRÓTKOTRWAŁA PLASTYCZNOŚĆ SYNAPTYCZNA

SIECI ZALEŻNE OD STANU

ZEGARY POPULACYJNE

ZEGARY DLA KONKRETNYCH ZDARZEŃ

DYNAMIKA MÓZGU

CHAOS

Część II. Fizyczna i umysłowa natura czasu

7:00 Mierzenie czasu

O NEURONACH I ROZPRZESTRZENIANIU MATERIAŁÓW JĄDROWYCH

KALENDARZE

PIERWSZE ZEGARY

WAHADŁA

KWARC I CEZ

HANDEL CZASEM

8:00 Czas: co to, do diabła, jest?

NOWE SPOJRZENIE NA PREZENTYZM I ETERNALIZM

CZAS – KOMU ON JEST POTRZEBNY?

AGNOSTYCYZM W KWESTII TERAŹNIEJSZOŚCI

UPARTA STRZAŁKA CZASU

STRZAŁKA O DWÓCH GROTACH

9:00 Spacjalizacja czasu w fizyce

SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI

UTRATA JEDNOCZESNOŚCI

CZASOPRZESTRZEŃ

CZY MOŻEMY POGODZIĆ FIZYKĘ I NEURONAUKĘ CZASU?

CZY WSZECHŚWIAT BLOKOWY JEST ZGODNY Z NEURONAUKĄ?

10:00 Spacjalizacja czasu w neuronauce

DZIECI A CZAS

PRZESTRZEŃ, CZAS I JĘZYK

ŚRODA

KAPPA

ZEGAR CZY PAMIĘĆ?

WZGLĘDNOŚĆ W FIZYCE I NEURONAUCE

11:00 Umysłowa podróż w czasie

WIZYTY W PRZESZŁOŚCI I W PRZYSZŁOŚCI

UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE U ZWIERZĄT

ŻYCIE W TERAŹNIEJSZOŚCI

WYSYŁANIE WIADOMOŚCI W PRZYSZŁOŚĆ

KRÓTKOWZROCZNOŚĆ CZASOWA

UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE W MÓZGU

12:00 Świadomość: więź przeszłości z przyszłością

OKRUCHY CZASU

PONOWNE SKALOWANIE CZASU

KORELATY ŚWIADOMOŚCI

CZAS A WOLNA WOLA

CZY LUDZIE SĄ PRZEWIDYWALNI?

ZBRODNIA I KARA

Podziękowania

Bibliografia

14 Większość filozofów i fizyków zgodzi się, że skonstruowanie wehikułu czasu stworzyłoby silny argument przeciwko prezentyzmowi. W obecnym kontekście zasadniczo zakładam, że podróż w czasie (a konkretniej, wzdłuż zamkniętych krzywych czasopodobnych w czasoprzestrzeni) jest niezgodna z poglądem prezentyzmu w takim sensie, w jakim używam tego terminu. Istnieją jednak przypadki niejednoznaczne. Na przykład można by twierdzić, że czas kolisty, w którym teraźniejszość tworzy pętlę wokół siebie, zgadza się zarówno z prezentyzmem, jak i z formą podróży w czasie, czyli powrotu do przeszłości (mówiąc ogólnie, nie to rozumiemy przez pojęcie podróży w czasie). Jednak przeważnie, jak się wyraził filozof Michael Lockwood, „podróże w czasie i tensowy, zdroworozsądkowy obraz czasu (…) po prostu nie łączą się ze sobą. Samo pojęcie podróży w czasie ma sens tylko w kontekście obrazu czasu beztensowego” (Lockwood, 2005). Należy zauważyć, że Lockwood używa w stosunku do czasu określeń „tensowy” i „beztensowy”, tak samo jak ja posługuję się terminami odpowiednio: „prezentyzm” i „eternalizm”.

15 Cytat w: Davies, 2002, s. 287. Patrz także: Smart, 1964.

16 H. Price, Strzałka czasu i punkt Archimedesa, przeł. P. Lewiński, Wydawnictwo Amber, Warszawa 1997 (przyp. tłum.).

17 Weyl, 1949/2009.

18 Einstein, 1905.

Spis treści

Część I. Czas mózgu

1:00 Różne smaki czasu

ODKRYCIE CZASU

CZAS A NEURONAUKA

PREZENTYZM KONTRA ETERNALIZM

LICZBA MNOGA CZASU