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

Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Как пережить разрыв с девушкой за 24 часа (или даже быстрее) Как пережить разрыв с девушкой за 24 часа (или даже быстрее)

После разрыва лучше глубоко вздохнуть, выдохнуть и... взять себя в руки

Playboy
Лайк и репост: вместо тысячи слов Лайк и репост: вместо тысячи слов

Что нас побуждает ставить лайки и делать репосты и как развивается зависимость

Naked Science
Без бокала нет скандала: дикие вещи, которые творят нетрезвые звезды Без бокала нет скандала: дикие вещи, которые творят нетрезвые звезды

В этой подборке вспоминаем дикие фейлы знаменитостей подшофе

Cosmopolitan
Сельдерей заслуживает хлопот! Сельдерей заслуживает хлопот!

Вы любите сельдерей?

Наука и жизнь
Борис Эйфман: «Западные деятели балета более рациональны, а у нас все идет от эмоций» Борис Эйфман: «Западные деятели балета более рациональны, а у нас все идет от эмоций»

Загадочная русская душа – лэндмарк не слабее русского балета

GQ
Поля морей Поля морей

Новые технологии сельского хозяйства: фермы в океане

Популярная механика
Знакомьтесь с Андреем Ивченко, который сыграл Терминатора в сериале «Очень странные дела» Знакомьтесь с Андреем Ивченко, который сыграл Терминатора в сериале «Очень странные дела»

Зачем за рубежом снимают сериалы о России и СССР

GQ
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
6 простых коктейлей, которые нужно приготовить этим летом (недорого и вкусно) 6 простых коктейлей, которые нужно приготовить этим летом (недорого и вкусно)

Как можно бюджетно приготовить вкусные и интересные летние коктейли

Playboy
Скейтер, модель, дизайнер и художник: кто такой Блонди Маккой Скейтер, модель, дизайнер и художник: кто такой Блонди Маккой

Esquire рассказывает о разных гранях таланта молодой звезды Блонди Маккоя

Esquire
Пока не попросили вернуть: любимые бренды российских звезд Пока не попросили вернуть: любимые бренды российских звезд

Кто стал фаворитами Ханны, Филиппа Киркорова, Ольги Бузовой и других

Cosmopolitan
Спасибо, обойдемся Спасибо, обойдемся

Так ли полезно косметическое голодание?

Vogue
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
«Старики» снова в деле: почему Брейгель и Да Винчи вызывают сегодня такой ажиотаж «Старики» снова в деле: почему Брейгель и Да Винчи вызывают сегодня такой ажиотаж

24 октября в Лувре открывается крупнейшая выставка Леонардо да Винчи

Forbes
Школа, я скучаю… Школа, я скучаю…

Натали, Митя Фомин и другие звезды рассказали о том, как прошел их выпускной

StarHit
Эра Зиганшина: Эра Зиганшина:

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

Караван историй
Одна вокруг света. Как научиться управлять страхом Одна вокруг света. Как научиться управлять страхом

37 серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки Греты

Forbes
10 новых фильмов и сериалов с актерами из «Игры престолов» 10 новых фильмов и сериалов с актерами из «Игры престолов»

10 новых картин, главные роли в которых исполнили актеры из «Игры престолов»

Maxim
Все о Лашане Линч — новом агенте 007 Все о Лашане Линч — новом агенте 007

Что известно о британской актрисе, уже вошедшей в историю кино

Vogue
Пачки штрафов: автомобилистам запрещают жаловаться друг на друга Пачки штрафов: автомобилистам запрещают жаловаться друг на друга

Мобильное приложение «Помощник Москвы» оказалось вне закона

РБК
У бондианы женское лицо: что означает приглашение темнокожей актрисы на роль агента 007 У бондианы женское лицо: что означает приглашение темнокожей актрисы на роль агента 007

Новым агентом 007 станет чернокожая женщина

Forbes
Как российскому стартапу выйти на рынок США и не прогореть. Пошаговая инструкция Как российскому стартапу выйти на рынок США и не прогореть. Пошаговая инструкция

Что нужно знать стартапу, чтобы не повторить ошибок крупных компаний

Forbes
Обзор робота-пылесоса Xiaomi Roborock S6 Обзор робота-пылесоса Xiaomi Roborock S6

В китайских онлайн-магазинах уже появился новый робот-пылесос Xiaomi Roborock S6

CHIP
It-girl: как женщине стать «своей» в мире программирования It-girl: как женщине стать «своей» в мире программирования

«Женщина в IT — как морская свинка: и не морская, и не свинка

Forbes
Porsche Cayenne Coupé: проба руля (мы ждали этого момента) Porsche Cayenne Coupé: проба руля (мы ждали этого момента)

Думаете, в Цуффенхаузене проворонили тренд?

Playboy
Интервью британского писателя Джулиана Барнса о Борисе Джонсоне, шуме времени и детстве без телевизора Интервью британского писателя Джулиана Барнса о Борисе Джонсоне, шуме времени и детстве без телевизора

​Джулиан Барнс рассказал о шуме времени и новом премьер-министре Великобритании

Forbes
Срывает резьбу Срывает резьбу

Дипломатия ультиматумов Трампа оказалась контрпродуктивной в отношении Турции

Эксперт
Эволюция IQOS: что было в прошлом, чего ждать в будущем Эволюция IQOS: что было в прошлом, чего ждать в будущем

Свой вклад в поток изменений внесла инновационная система нагревания IQOS

Популярная механика
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Открыть в приложении