Живем мы именно в пространстве и времени. Но что это значит на самом деле?

Наука и жизньНаука

То, чего нельзя вообразить

Павел Амнуэль

Не будем рассуждать о поэтическом пространстве, пространстве мечты или даже о пространствах Колаби-Яу или Гильберта. А также о времени как четвёртом измерении. Давайте попросту: я стою на Мясницкой улице у входа в редакцию «Науки и жизни», а вы неподалёку, у входа на станцию метро «Чистые пруды». И нас разделяет пространство.

Представили? И никаких проблем, верно? Пока мы не спросим, а что такое — пространство? Пустота, в которой находятся физические тела? Какая-то среда, обладающая собственными свойствами? Эфир? — как, например, считалось в XVIII веке.

С понятием времени ещё сложнее. Время — что-то материальное (время течёт, время бежит…) или лишь последовательность событий, порождающая причинно-следственные связи?

Хорошо сказал много лет назад в своей «Исповеди» Блаженный Августин: «Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет, не знаю».

Между тем живём мы именно в пространстве и времени. Пространство разделяет нас (и любые тела), пространство нас соединяет, время делает возможным настоящее, уносит из настоящего в воспоминания прошлого и заставляет думать о будущем. Если пространство — нечто, отделяющее тело А от тела Б, то, чтобы добраться от А к Б, нужно затратить не равное нулю время. Ведь если от А до Б можно было бы добраться мгновенно, то и пространства не существовало бы, не так ли? Если тело может одновременно находиться в А и Б, то расстояние между этими точками равно нулю и никакого пространственного интервала между ними нет. Но тогда как мы отличим тело А от тела Б? Как мы вообще смогли бы существовать в мире, где всё сущее находится буквально одно в другом, ничем друг от друга не разделённое, и если все мгновения времени слиты в одно мгновение, продолжающееся вечно, а правильнее сказать — никак не продолжающееся, поскольку само понятие продолжительности чего бы то ни было связано с понятием времени, а его-то, времени, нет…

Философы рассуждали о пространстве и времени с древних времён (этому посвящена статья «Близко — далеко» («Наука и жизнь» № 10, 2018 г.). Демокрит утверждал, что атомы, из которых состоит всё на свете, отделены друг от друга пустотой, которая и есть пространство. Ньютон тоже считал, что пространство — пустота, причём абсолютная в том смысле, что может существовать сама по себе, без каких бы то ни было физических тел. Относительно абсолютного пространства мы, по Ньютону, определяем положение всех без исключения материальных тел. Иммануил Кант предполагал, что пространство и время — понятия, присущие нашему уму, они существуют лишь в нашем сознании.

Тем не менее мы прекрасно умеем определять координаты в пространстве (абсолютном или относительном) и измерять с огромной точностью (до фемтосекунд!) промежутки времени.

Когда в двадцатых годах прошлого века появилась квантовая механика*, споры о пространстве-времени обрели новую грань (о ней тоже шла речь в статье «Близко — далеко». Напомню суть мысленного эксперимента, заставившего физиков вновь задуматься о сущности пространства и времени. Квантовая механика утверждает, что состояние любой частицы и любого комплекса частиц описывается волновой функцией. У частицы — своя, у комплекса частиц — тоже своя, общая для всего комплекса. Физики называют состояние, когда комплекс частиц обладает общей волновой функцией, запутанным).

* См. цикл очерков Евгения Берковича «Эпизоды “революции вундеркиндов”», №№ 9—12, 2018 г., №№ 1, 2, 2019 г.

Итак, у нас есть пара частиц А и Б (для мысленного эксперимента этого достаточно, хотя, в принципе, запутано может быть сколь угодно большое число частиц). Волновая функция у них общая. Мы оставляем одну частицу в лаборатории, а другую бережно, чтобы не разрушить запутанность (разрушение запутанности называется декогеренцией), переносим на расстояние… неважно какое. Годится и метр, и десять метров. По идее, можно отправить вторую частицу в галактику М31; результат мысленного эксперимента станет от этого лишь очевиднее и «страньше» (как говорила Алиса из сказки Льюиса Кэрролла).

Отнесли и оставили. А в лаборатории поменяли спин (от англ. spin — вращение) у первой частицы (это делают и в реальном эксперименте, что уж говорить о мысленном). Что должно произойти с частицей, находящейся в галактике М31? Она ведь обладает общей волновой функцией с частицей А. Как только изменится состояние частицы А в лаборатории, В ТОТ ЖЕ МОМЕНТ должно измениться состояние частицы Б, чтобы их общая волновая функция не изменилась!

Но разве такое возможно? Информация не может распространяться быстрее света, а до галактики М31 два с половиной миллиона световых лет. Даже если вторая частица находится не далеко в космосе, а рядом, на расстоянии метра, всё равно информация распространяется не мгновенно, и частица Б может лишь через долю секунды (небольшую, но всё же не равную нулю!) «узнать», что ей нужно поменять свой спин, как это уже произошло с частицей А.

Напрашивается вывод: или неверна теория относительности и информация может распространяться мгновенно в любую точку пространства, или неверна квантовая механика — во всяком случае, в том виде, в каком она была сформулирована Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Эрвином Шрёдингером и другими физиками.

Но обе теории настолько хорошо оправдывают себя на практике, что немыслимо говорить, будто какая-то из них неправильна!

Если обе теории верны, то неверно что-то в нашем понимании пространства и времени. Возникает и более «кощунственный» вопрос: может ли существовать что-нибудь вне пространства-времени? А само пространство — оно из чего состоит? Состоит ли оно вообще из чего-нибудь? И если да, то ГДЕ находится это что-нибудь? Оно не может находиться в пространстве, поскольку оно создаёт само пространство. К этому «чему-то» неприменимы никакие определения и свойства, связанные с понятием пространства. Оно не может быть большим, маленьким, длинным, коротким. Оно не может быть больше или меньше чего-то. Оно должно быть везде, и его нигде не должно быть!

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

9 мифов об Альберте Эйнштейне 9 мифов об Альберте Эйнштейне

Правда и мифы о создателе теории относительности

Вокруг света
Дроны в погоне за картой Дроны в погоне за картой

Человечество до сих пор не составило полную карту своей собственной планеты

Популярная механика
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

Дилетант
Откуда животик? Откуда животик?

Ты качаешь пресс, следишь за питанием, но лучше не становится. Почему?

Лиза
Пленные второго сорта Пленные второго сорта

Нацистская пропаганда объявила пленных советских солдат «недочеловеками»

Дилетант
Почему Джеральд Джента – легенда часовой индустрии? Почему Джеральд Джента – легенда часовой индустрии?

Только Джеральд Джента способен придумать легендарный дизайн часов за пять минут

GQ
Ксения Собчак объяснила травлю Максима Галкина из-за пожаров в Сибири Ксения Собчак объяснила травлю Максима Галкина из-за пожаров в Сибири

37-летняя Ксения Собчак встала на сторону 43-летнего Максима Галкина

Cosmopolitan
Правда или действие: пошлые вопросы девушке (очень много идей) Правда или действие: пошлые вопросы девушке (очень много идей)

«Правда или действие» — очень классная игра для двоих и более человек

Playboy
Темная история Джеффри Эпштейна. Что стоит за богатством миллионера, обвиненного в сексуальных преступлениях Темная история Джеффри Эпштейна. Что стоит за богатством миллионера, обвиненного в сексуальных преступлениях

История Джеффри Эпштейна — бизнесмена, который обвиняется в торговле людьми

Forbes
Что смотреть на кинофестивале «Стрелка» кроме Ксавье Долана и Кена Лоуча Что смотреть на кинофестивале «Стрелка» кроме Ксавье Долана и Кена Лоуча

Есть смысл запастись билетами в кино на неделю вперед

Vogue
Первопроходец «Абхазских Альп» Первопроходец «Абхазских Альп»

Познавательно-развивающий раздел для школьников

Наука и жизнь
Геройство или подвиг: первый месяц Зеленского Геройство или подвиг: первый месяц Зеленского

Владимир Зеленский перестал следовать собственной успешной стратегии

Эксперт
Почему на «Очень странные дела» по-прежнему не жалко потратить выходные Почему на «Очень странные дела» по-прежнему не жалко потратить выходные

Действие третьего сезона сериала «Очень странные дела» происходит в 1985 году

РБК
Обновляем ПК: какие видеокарты совместимы с DirectX 12 Обновляем ПК: какие видеокарты совместимы с DirectX 12

DirectX 12 уже не остановить

CHIP
Основатель фитнес-студии Zaryad — о йоге, биоритмах и «мусорной» еде Основатель фитнес-студии Zaryad — о йоге, биоритмах и «мусорной» еде

Как настроить режим дня, побороть сонливость, правильно питаться и не уставать

РБК
Давай поженимся! Давай поженимся!

Можно ли построить отношения на пенсии, если не получилось в молодости?

StarHit
В Москве — протесты, а Путин скрывается на дне морском В Москве — протесты, а Путин скрывается на дне морском

Центр Москвы 27 июня превратился в арену противостояния полиции и митингующих

СНОБ
Деньги не чахнут Деньги не чахнут

Почему бизнесмены по всему миру страдают из-за депрессии

GQ
Глава KFC в России: «Нельзя дать карьерный совет самому себе» Глава KFC в России: «Нельзя дать карьерный совет самому себе»

Для развития карьеры необходим наставник, считает Раиса Полякова

Forbes
Чем привлекают турецкие отели D-Resort Goсek и D Maris Bay Чем привлекают турецкие отели D-Resort Goсek и D Maris Bay

Два живописных курорта полуострова Датча предлагают гостям отдых на любой вкус

РБК
Как перестать угождать другим и стать счастливой Как перестать угождать другим и стать счастливой

Придется менять образ мыслей — непросто, но того стоит

Vogue
Общество мертвых потребителей. Как Джармуш снял кино про зомби, а получилась сатира на людей Общество мертвых потребителей. Как Джармуш снял кино про зомби, а получилась сатира на людей

В фильме «Выживут только любовники» Джим Джармуш уже сравнивал людей с зомби

Forbes
Электрическая ракета, которая изменит войну Электрическая ракета, которая изменит войну

Барражирующие боеприпасы «Ланцет», которые могут в корне изменить войны будущего

Популярная механика
Как ухаживать за кожей вокруг глаз и когда необходима блефаропластика Как ухаживать за кожей вокруг глаз и когда необходима блефаропластика

Современные методики омоложения области вокруг глаз

РБК
Приходите в мой дом Приходите в мой дом

Рассказываем, как стать желанным гостем на дне рождении или семейной вечеринке

StarHit
Ловушка нежеланной беременности Ловушка нежеланной беременности

Возможно, вы того не хотели, но беременность наступила. Что делать?

Psychologies
Исландские фильмы для всех видов настроения: от бунтарства до депрессии Исландские фильмы для всех видов настроения: от бунтарства до депрессии

Если вы еще не знакомы с исландским кино, то этот материал — ваш лучший подарок

Playboy
Елена Север: Любовь с первого взгляда Елена Север: Любовь с первого взгляда

Интервью с Еленой Север

Лиза
Сестры и братья вайнеры Сестры и братья вайнеры

Блогеры зарабатывают миллионы на рекламе в Instagram

Forbes
В мужскую моду вернулся секс В мужскую моду вернулся секс

Но это не значит, что вы должны одеваться как мачо

GQ
Открыть в приложении