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

«Лебедь» возвращается «Лебедь» возвращается

Ту-160 сегодня готовится ко второй жизни

Популярная механика
8 секретов крепкой пары 8 секретов крепкой пары

Рекомендации, которые помогут сберечь и отладить механизм взаимоотношений

Psychologies
Нейтрино ловят на глубине Нейтрино ловят на глубине

Как выглядят современные нейтринные детекторы

Наука и жизнь
Самарканд и Бухара: что посмотреть в древнейших городах Узбекистана Самарканд и Бухара: что посмотреть в древнейших городах Узбекистана

В 2018 году Узбекистан посетили 5,35 млн иностранцев

РБК
Сиятельный растратчик Сиятельный растратчик

Портреты князя Алексея Ивановича Горчакова мне довелось определять четыре раза

Дилетант
Ален Делон, Марлон Брандо и еще 7 мужчин — легенд кино XX века Ален Делон, Марлон Брандо и еще 7 мужчин — легенд кино XX века

Как сложились судьбы легенд кино XX века в кино и за кадром

РБК
РБК узнал о проверке бывшего замглавы АСВ по делу банковского отдела ФСБ РБК узнал о проверке бывшего замглавы АСВ по делу банковского отдела ФСБ

Валерий Мирошников проходит свидетелем по делу Кирилла Черкалина

Forbes
11 открытий на пути от хобби до своего бизнеса 11 открытий на пути от хобби до своего бизнеса

Каждый из нас хотя бы раз задумывался о том, чтобы создать свое дело

Psychologies
«Розовая Джоли» и набор «Облако»: где есть самых вкусных устриц в Москве «Розовая Джоли» и набор «Облако»: где есть самых вкусных устриц в Москве

Ультимативный гид по поеданию устриц этим летом

Forbes
Чистая и гордая: зеленая энергетика больше не нуждается в государственных субсидиях Чистая и гордая: зеленая энергетика больше не нуждается в государственных субсидиях

Чистая энергия становится новой нормальностью

Forbes
Эмилия Вишневская о том, сколько стоит открыть свой бренд и что нужно для успеха Эмилия Вишневская о том, сколько стоит открыть свой бренд и что нужно для успеха

Что сейчас происходит в жизни Эмилии Вишневской

Cosmopolitan
Герои «РБК Стиль» — о любимых местах отдыха в России Герои «РБК Стиль» — о любимых местах отдыха в России

Сбежать из Москвы и Санкт-Петербурга на уик-энд без загранпаспорта и визы

РБК
«Запретная» тема: интимная пластика, инъекции и косметика «Запретная» тема: интимная пластика, инъекции и косметика

Наши «причинные места» внезапно стали актуальной темой в индустрии красоты

Psychologies
В точку В точку

Андрей Стубе и Надежда Каблукова создали для молодой семьи современный интерьер

SALON-Interior
Топ-10 фильмов 2019 года, которые чаще всего качают на пиратских сайтах (но не мы) Топ-10 фильмов 2019 года, которые чаще всего качают на пиратских сайтах (но не мы)

Интересный список самых популярных фильмов на пиратских сайтах

Playboy
Давай на Патрики! Давай на Патрики!

Интерьер мечты от архитекторов бюро Yodezeen.

AD
Физики пропустили свет через самый тонкий в мире кристалл-полупроводник Физики пропустили свет через самый тонкий в мире кристалл-полупроводник

Распределение поляризации света в пространстве похоже на трехцветного рапана

Популярная механика
В реанимацию или в морг: можно ли вдохнуть вторую жизнь в вашу профессию? В реанимацию или в морг: можно ли вдохнуть вторую жизнь в вашу профессию?

Цитату про «работу по душе» хотя бы раз слышали все

Psychologies
Как выбирать ноутбук: 9 важных параметров Как выбирать ноутбук: 9 важных параметров

Выбрать ноутбук, подходящий вам по всем параметрам, не так просто

CHIP
Скрытая экономика Уимблдона: сколько зарабатывают теннисисты и их тренеры? Скрытая экономика Уимблдона: сколько зарабатывают теннисисты и их тренеры?

Обращаем внимание на цифры главного теннисного турнира на траве

GQ
15 минут медитации заменяют день отпуска? 15 минут медитации заменяют день отпуска?

Одинаков ли эффект от медитации и отпуска

Psychologies
5 женщин в рейтинге богатейших госслужащих и депутатов 5 женщин в рейтинге богатейших госслужащих и депутатов

Женщины в новом рейтинге Forbes

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
«П» – значит победа «П» – значит победа

Полина Гагарина привыкла бороться до последнего

Cosmopolitan
Рейтинг самых успешных молодых российских художников возглавил поджигатель деревень Данила Ткаченко Рейтинг самых успешных молодых российских художников возглавил поджигатель деревень Данила Ткаченко

Пятерка самых успешных признанных и самых успешных молодых российских художников

Forbes
9 самых ожидаемых фильмов 2021 года (от «Джона Уика 4» до «Отряда самоубийц 2») 9 самых ожидаемых фильмов 2021 года (от «Джона Уика 4» до «Отряда самоубийц 2»)

Увидев этот список, ты начнешь считать дни до премьеры

Playboy
Как делать для детей меньше, но больше? Как делать для детей меньше, но больше?

Что делать, если наши дети постоянно чем-то недовольны

Psychologies
Как узнать свою видеокарту на Windows 10: простые способы Как узнать свою видеокарту на Windows 10: простые способы

Показываем, как узнать модель графического адаптера. Несколько простых способов

CHIP
Возьмите в отпуск одну из этих рубашек с коротким рукавом Возьмите в отпуск одну из этих рубашек с коротким рукавом

Три идеальные рубашки для отдыха

GQ
Мир без женщин, алкоголя и друзей: зачем предприниматели занимаются триатлоном и сколько это стоит Мир без женщин, алкоголя и друзей: зачем предприниматели занимаются триатлоном и сколько это стоит

Дистанция IronMan давно перестала быть просто спортивным событием

Forbes
Открыть в приложении