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

Достучаться до небес Достучаться до небес

Заключенный концлагеря угоняет с их секретной военной базы бомбардировщик

Вокруг света
Апрель. Жестокий месяц Апрель. Жестокий месяц

Рассказ Марии Галиновой, в котором мы можем выбрать финал

Esquire
Как люди били друг друга испокон веков: краткая история насилия Как люди били друг друга испокон веков: краткая история насилия

К каким видам драк прибегали люди, чтобы в культурно выплеснуть свою агрессию

Популярная механика
Пригрели змею: звезды, которых кинули на деньги партнёры по бизнесу Пригрели змею: звезды, которых кинули на деньги партнёры по бизнесу

Порой даже тот,кому полностью доверяешь, способен на обман

Cosmopolitan
Рыцарь инквизиторского ордена Рыцарь инквизиторского ордена

Как Феликс Дзержинский с нуля создал политическую полицию

Дилетант
Американские конгрессмены призвали ввести новые санкции против России Американские конгрессмены призвали ввести новые санкции против России

Санкции предлагается ввести против энергетики, банков, оборонного сектора

Forbes
4 неявных ошибки парней во время флирта, которые портят все общение 4 неявных ошибки парней во время флирта, которые портят все общение

Запомни эти правила, если хочешь по-настоящему понравиться девушке

Playboy
Место для нас. В свет выходит роман издательства Сары Джессики Паркер Место для нас. В свет выходит роман издательства Сары Джессики Паркер

Больше года у актрисы Сары Джессики Паркер ушло на поиск первого романа

Forbes
Как начать встречаться с бывшей друга и не прослыть негодяем: 5 главных советов Как начать встречаться с бывшей друга и не прослыть негодяем: 5 главных советов

Что делать, если у тебя серьезные чувства к бывшей твоего друга

Playboy
«Это уже становится социальной проблемой». Минфин поддержал Орешкина в споре с ЦБ о потребкредитах «Это уже становится социальной проблемой». Минфин поддержал Орешкина в споре с ЦБ о потребкредитах

Долговая нагрузка россиян достигла критического уровня

Forbes
Люди делятся странными причинами прекратить дружбу раз и навсегда (здесь 12 самых диких) Люди делятся странными причинами прекратить дружбу раз и навсегда (здесь 12 самых диких)

О самых странных и мелких причинах, по которым люди заканчивали дружбу

Playboy
Правда и вымысел о сбитом «Боинге». Что стало понятно через 5 лет после катастрофы Правда и вымысел о сбитом «Боинге». Что стало понятно через 5 лет после катастрофы

Подробный разбор версий крушения самолета от Вадима Лукашевича

Forbes
Как перестать злиться на бывшего Как перестать злиться на бывшего

Как же отпустить гнев?

Psychologies
Обзор и тест ноутбука HP Pavilion 15-cs1006ur: время больших возможностей Обзор и тест ноутбука HP Pavilion 15-cs1006ur: время больших возможностей

У нас на тесте - одна из самых производительных версий HP Pavilion 15

CHIP
Libra — универсальная валюта будущего или угроза финансовой системе? Что известно о планах Facebook по запуску криптовалюты Libra — универсальная валюта будущего или угроза финансовой системе? Что известно о планах Facebook по запуску криптовалюты

Чем примечательна Libra и почему в Конгрессе забеспокоились?

Esquire
Ставим УЗО в квартире: как подобрать прибор по мощности? Ставим УЗО в квартире: как подобрать прибор по мощности?

Как рассчитать мощность УЗО и установить его дома или в офисе

CHIP
Стэн Смит: история человека, который стал ботинком Стэн Смит: история человека, который стал ботинком

История Стэна Смита, ставшего самым известным брендом в мире спортивной обуви

Esquire
Как подключить проектор к ноутбуку: пошаговая инструкция Как подключить проектор к ноутбуку: пошаговая инструкция

Ноутбук и проектор просто созданы друг для друга

CHIP
«Стало много желтых человечков»: «Яндекс.Еда» почти догнала Delivery Club по выручке «Стало много желтых человечков»: «Яндекс.Еда» почти догнала Delivery Club по выручке

Во втором квартале 2019 года «Яндекс.Еды» выручила 776 млн рублей

Forbes
Мечта путешественника Мечта путешественника

Предприниматель из Новосибирска создал единую сим-карту для 200 стран

Forbes
10 девайсов, которые должны быть в берлоге любого нормального мужика 10 девайсов, которые должны быть в берлоге любого нормального мужика

Во имя отрыва, отдыха, развлечений и чистоты!

Playboy
Вспышечная: Фотографии, изменившие мир Вспышечная: Фотографии, изменившие мир

От первого селфи до выхода в космос – 10 фотографий, изменивших мир

Esquire
В точку В точку

Андрей Стубе и Надежда Каблукова создали для молодой семьи современный интерьер

SALON-Interior
Почему Борис Джонсон — не британский Дональд Трамп Почему Борис Джонсон — не британский Дональд Трамп

Между Трампом и Джонсоном не так много общего

Esquire
Какой сварочный аппарат лучше купить для дома: рейтинг 2019 года Какой сварочный аппарат лучше купить для дома: рейтинг 2019 года

Рассказываем о плюсах и минусах всех сварочных аппаратов

CHIP
«Жадные капиталисты зарабатывают деньги только ради себя». Интервью с японским миллиардером-филантропом «Жадные капиталисты зарабатывают деньги только ради себя». Интервью с японским миллиардером-филантропом

Forbes Life встретился с японским миллиардером Соитиро Фукутаке

Forbes
Клубы двоих российских миллиардеров вошли в рейтинг самых дорогих спортивных команд мира Клубы двоих российских миллиардеров вошли в рейтинг самых дорогих спортивных команд мира

Американский Forbes опубликовал рейтинг самых дорогих спортивных клубов мира

Forbes
Горячая тема Горячая тема

Самые интересные вопросы о защите от солнца

Grazia
Как подготовиться к собеседованию: три простых шага для тех, кто боится Как подготовиться к собеседованию: три простых шага для тех, кто боится

Успех в прохождении собеседования заключается в знании, прежде всего, себя

Playboy
Bellingcat узнал о встречах подозреваемых в отравлении Скрипалей в Швейцарии Bellingcat узнал о встречах подозреваемых в отравлении Скрипалей в Швейцарии

Перемещения Дениса Сергеева отследили по данным его телефона

Forbes
Открыть в приложении