То, чего нельзя вообразить

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Разгадка одной из тайн Арктики Разгадка одной из тайн Арктики

В 1845 году экспедиция мореплавателя Джона Франклина потерпела фиаско

National Geographic, сентябрь'19
В ожидании евангелистов В ожидании евангелистов

История четырех иконок евангелистов

Дилетант, август'19
Как одевался Брэд Питт в разные десятилетия Как одевался Брэд Питт в разные десятилетия

Как менялся гардероб Питта от декады к декаде

Esquire, июль'19
Неузнаваемо прежний Неузнаваемо прежний

Почему Летний сад остается главным парком Санкт-Петербурга

Огонёк, июль'19
Их выбор: почему все еще одиноки Крид, Билан, Лобода и другие артисты Их выбор: почему все еще одиноки Крид, Билан, Лобода и другие артисты

Звезды из нашей подборки не торопятся заводить серьезные отношения

Cosmopolitan, июль'19
Богатые нарываются: последнее корейское предупреждение Богатые нарываются: последнее корейское предупреждение

Почему фильм из Южной Кореи стал триумфатором недавнего Каннского кинофестиваля

Forbes, июль'19
20 лет «Клану Сопрано»: рассказываем, как этот великий сериал изменил современное телевидение 20 лет «Клану Сопрано»: рассказываем, как этот великий сериал изменил современное телевидение

Чему сериалы научились у «Клана Сопрано», а в чем так и не смогли превзойти

Esquire, июль'19
Случай Кидман Случай Кидман

Она долгие годы была одной из самых высокооплачиваемых актрис Голливуда

Story, август'19
Games over Games over

Один из режиссеров «Игры престолов» Алик Сахаров

Elle, август'19
Вы уволены! Вы уволены!

Потеря работы сильно бьет не только по кошельку, но и по самооценке

Лиза, июль'19
Второй китайский стелс-истребитель J-31 появится через год Второй китайский стелс-истребитель J-31 появится через год

Работа над истребителем J-31 идет в полном соответствии с графиком

Популярная механика, июль'19
Смерть от эффективности: как внедрить KPI и не навредить бизнесу Смерть от эффективности: как внедрить KPI и не навредить бизнесу

Отрывок из книги «KPI. Внедрение и применение»

Forbes, июль'19
Найти работу по душе: 5 шагов Найти работу по душе: 5 шагов

Как поставить знак равенства между любимым занятием и работой?

Psychologies, июль'19
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, июль'19
8 вопросов настоящему охотнику: один день с фанатом древнейшего увлечения 8 вопросов настоящему охотнику: один день с фанатом древнейшего увлечения

И помните: настоящий охотник добывает ровно столько, сколько съест

Playboy, июль'19
Почему Midsummer Night's Dream обернулся ночным кошмаром Почему Midsummer Night's Dream обернулся ночным кошмаром

Вечеринка Midsummer Nightʼs Dream: Terra Incognita, разочаровала гостей

РБК, июль'19
Если ты поклонница Если ты поклонница

В этом году легендарному сериалу "Друзья" исполняется 25 лет!

Cosmopolitan, июль'19
Тест AMD Ryzen 7 3700X: топовая производительность по разумной цене Тест AMD Ryzen 7 3700X: топовая производительность по разумной цене

Новый процессор AMD Ryzen 7 3700X с тактовой частотой 4,4 ГГц

CHIP, июль'19
Кто одет лучше: Стивен Спилберг или Тэрон Эджертон Кто одет лучше: Стивен Спилберг или Тэрон Эджертон

Куда летом без битвы гавайских рубашек

GQ, июль'19
4 способа влюбиться в бекон: рецепты, которые точно зайдут (замена колбасе) 4 способа влюбиться в бекон: рецепты, которые точно зайдут (замена колбасе)

Осторожно — это слишком вкусные рецепты

Playboy, июль'19
Затяжной прыжок Затяжной прыжок

Михаил Панов — лицо банджи-джампинга в России

Men’s Health, август'19
Привет, объем! 20 модных причесок для тонких волос — учимся у звезд Привет, объем! 20 модных причесок для тонких волос — учимся у звезд

Мы нашли 20 вариантов укладок для тонких прядей, а также даем полезные советы

Cosmopolitan, июль'19
«Секрет нашего успеха — вовсе не в логотипе»: что говорит о своем бизнесе основатель «фейкового Supreme» «Секрет нашего успеха — вовсе не в логотипе»: что говорит о своем бизнесе основатель «фейкового Supreme»

Почему оригинальному Supreme было так сложно победить итальянскую копию

Esquire, июль'19
Что смотреть после «Во все тяжкие»: 5 фильмов и 5 сериалов Что смотреть после «Во все тяжкие»: 5 фильмов и 5 сериалов

5 фильмов и 5 сериалов, переосмысливающих и дополняющих «Во все тяжкие»

Esquire, июль'19
Что нужно знать родителям подростков о мефедроновой зависимости Что нужно знать родителям подростков о мефедроновой зависимости

Как развивается зависимость и что делать близким наркопотребителя

Psychologies, июль'19
Рэп-фестиваль Дмитрия Киселева: что это, для кого и зачем Рэп-фестиваль Дмитрия Киселева: что это, для кого и зачем

В августе Коктебель наполнится рифмами и битами — грянет фестиваль Rap Koktebel

РБК, июль'19
Зал ожидания. Почему аэропорты устроены так, что из них хочется скорее улететь Зал ожидания. Почему аэропорты устроены так, что из них хочется скорее улететь

Задача хорошего аэропорта — своей архитектурой и инфраструктурой снизить стресс

Forbes, июль'19
Какие часы носит Сильвестр Сталлоне Какие часы носит Сильвестр Сталлоне

Любимые часы Сильвестра Сталлоне

GQ, июль'19
На хайпе: как Стас Михайлов составил конкуренцию Элджею, а Басков – Лил Пампу На хайпе: как Стас Михайлов составил конкуренцию Элджею, а Басков – Лил Пампу

Звезды из этой подборки начали осваивать современные тренды

Cosmopolitan, июль'19
«Нет никакой статистики о том, что женщины менее умные». Почему женщины редко становятся гендиректорами и президентами «Нет никакой статистики о том, что женщины менее умные». Почему женщины редко становятся гендиректорами и президентами

Как говорить с мужчинами о гендерном неравенстве в бизнесе и политике

Forbes, июль'19