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

И мой сурок со мною И мой сурок со мною

Почему нас захватывает рутина и как из неё вырваться?

Psychologies
Асфальтовые джунгли Асфальтовые джунгли

Современные мегаполисы стремятся впустить в себя леса

Forbes
13 способов не уснуть за рулем 13 способов не уснуть за рулем

Как сохранить бодрость за рулем во время долгой дороги?

Maxim
«Мы превратимся в киборгов». Президент бизнес-школы «Сколково» Андрей Шаронов о будущем образования «Мы превратимся в киборгов». Президент бизнес-школы «Сколково» Андрей Шаронов о будущем образования

Интервью с президентом московской школы управления «Сколково» Андреем Шароновым

Forbes
Пыльные бури — взгляд из космоса Пыльные бури — взгляд из космоса

Песчаные и пыльные бури и их последствия

Наука и жизнь
Как начать управлять своей жизнью: 5 правил Как начать управлять своей жизнью: 5 правил

Что, если попробовать взять управление в свои руки и поменять что-то в себе

Psychologies
Эра Зиганшина: Эра Зиганшина:

Как роль в "Снежной королеве" повлияла на жизнь актрисы Эры Зиганшиной?

Караван историй
Рыба на мангале: как правильно приготовить ее на решетке (все лайфхаки) Рыба на мангале: как правильно приготовить ее на решетке (все лайфхаки)

Рыба на мангале может быть даже вкуснее мяса

Playboy
Воин света Воин света

Риналь Мухаметов — о русском фэнтези, любви к моде и торжестве добра

Vogue
Хрупкий институт. Нужны ли брак и семья «поколению снежинок» Хрупкий институт. Нужны ли брак и семья «поколению снежинок»

О нелегкой судьбе института брака в ХХI веке

Forbes
Вредные советы для родителей: как воспитать тревожного ребенка Вредные советы для родителей: как воспитать тревожного ребенка

Как сделать все возможное, чтобы ребенок беспокоился по любому поводу

Psychologies
Что нужно знать про дайверские часы Что нужно знать про дайверские часы

Рассказываем о главных водонепроницаемых новинках и их важнейших характеристиках

РБК
«США недооценивают размах агрессии России». О чем говорится в докладе аналитиков Пентагона «США недооценивают размах агрессии России». О чем говорится в докладе аналитиков Пентагона

Риски вооруженного конфликта между США и Россией растут

Forbes
«Они перестанут ездить в центр». У таксистов большие проблемы «Они перестанут ездить в центр». У таксистов большие проблемы

Таксистам отказали в просьбе не штрафовать их за высадку в запрещенных местах

РБК
«Без штрафов началась ломка». Нарушителей накажут через смартфон «Без штрафов началась ломка». Нарушителей накажут через смартфон

Обновленный сервис для фиксации нарушений «Помощник Москвы» начали тестировать

РБК
Проблемы на триллионы. S&P оценила объем плохих долгов российских банков Проблемы на триллионы. S&P оценила объем плохих долгов российских банков

Высокая доля проблемных кредитов носит постоянный характер

Forbes
30 фотографий со съемок культовых фильмов (еще до компьютерной графики) 30 фотографий со съемок культовых фильмов (еще до компьютерной графики)

«Закулисье» культовых голливудских фильмов

Playboy
С кислым видом С кислым видом

Кефир оздоравливает микрофлору кишечника и способствует похудению

Добрые советы
«Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью «Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью

Как женщины одновременно получают МВА, делают карьеру и воспитывают детей

Forbes
Жанна Эппле: «Мужчина плох в постели? Бегите!» Жанна Эппле: «Мужчина плох в постели? Бегите!»

Актриса призналась, как ей удается привлечь любого кавалера

StarHit
«США были не готовы на всех уровнях»: в конгрессе рассказали о российском вмешательстве в американские выборы «США были не готовы на всех уровнях»: в конгрессе рассказали о российском вмешательстве в американские выборы

Что известно о попытках кибератак на американскую избирательную систему

Forbes
Льды — это сама жизнь Льды — это сама жизнь

Льды ученые считают важнейшей составляющей планеты, без которой не было бы жизни

Наука и жизнь
ЦБ предложил увеличить страховку вкладчиков рухнувших банков до 10 млн рублей ЦБ предложил увеличить страховку вкладчиков рухнувших банков до 10 млн рублей

Банк России хочет увеличить суммы страхового покрытия для населения до 10 млн

Forbes
7 действительно вещих снов (с точки зрения медицины) 7 действительно вещих снов (с точки зрения медицины)

Выбрось сонник, медицинский справочник гораздо полезнее

Maxim
23 забытых блокбастера 2000-х 23 забытых блокбастера 2000-х

Все эти фильмы занимали первое место в американском прокате, но куда они делись?

Maxim
Они записали убийство Они записали убийство

Квентин Тарантино, Брэд Питт и Леонардо ДиКаприо о главном фильме лета

Esquire
ЦБ предложил отложить обсуждение реформы накопительной пенсии ЦБ предложил отложить обсуждение реформы накопительной пенсии

Эльвира Набиуллина отказалась поддержать добровольный формат взносов ИПК

Forbes
6 самых мрачных заброшенных отелей мира (наверняка там есть призраки) 6 самых мрачных заброшенных отелей мира (наверняка там есть призраки)

Двери этих отелей неприветливо закрыты

Playboy
Как проверить блок питания компьютера на работоспособность? Как проверить блок питания компьютера на работоспособность?

Рассказываем о самых простых способах диагностики компьютерного блока питания

CHIP
Ржавый клад в сарае: где и как порой находят ретрокары Ржавый клад в сарае: где и как порой находят ретрокары

За этой дверью — миллион, а за этой — груда ржавого железа

Maxim
Открыть в приложении