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
Авиация Авиация

Что раньше было научной фантастикой, перешло в разряд коммерческой реальности

Robb Report
Следствие по делу декабристов Следствие по делу декабристов

Офицеры на Сенатской площади и офицеры на допросах — совершенно разные люди

Дилетант
Какую мойку высокого давления выбрать для машины — рейтинг лучших моделей Какую мойку высокого давления выбрать для машины — рейтинг лучших моделей

Правильный выбор мойки высокого давления для автомобиля очень важен

CHIP
5 городов, в которых проще умереть, чем жить 5 городов, в которых проще умереть, чем жить

После этой статьи ты перестанешь жаловаться на пробки и смог в твоем районе

Maxim
Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь

Москва — один из самых неоднородных мегаполисов мира

Forbes
Нужно больше золота: лучшие видеокарты для майнинга 2019 Нужно больше золота: лучшие видеокарты для майнинга 2019

Самый полный обзор современного рынка криптоиндустрии

CHIP
Интервью с Романом Нагучевым, комментатором телеканала «МАТЧ ТВ» Интервью с Романом Нагучевым, комментатором телеканала «МАТЧ ТВ»

Скоро исполнится год с момента окончания чемпионата мира по футболу в России

Maxim
Как Zenith создали самый культовый механизм XX века Как Zenith создали самый культовый механизм XX века

Какую модель Zenith представят на благотворительном аукционе Only Watch

GQ
Чего боится врач. Записки женщины-реаниматолога Чего боится врач. Записки женщины-реаниматолога

Ифа Эбби рассказывает, как каждый день несет вахту на границе жизни и смерти

Forbes
Долларовые миллионеры мира за год обеднели на $2 трлн. Но в России их стало больше Долларовые миллионеры мира за год обеднели на $2 трлн. Но в России их стало больше

Совокупное состояние т.н. хайнетов сократилось впервые за семь лет

Forbes
Что носят мужчины на Уимблдоне в 2019 году Что носят мужчины на Уимблдоне в 2019 году

Наблюдать с трибун одно из главных теннисных состязаний тоже нужно достойно

GQ
Включи мозги. Зачем нужен ЗОЖ, если нас скоро заменят роботы? Включи мозги. Зачем нужен ЗОЖ, если нас скоро заменят роботы?

Роботы не заменят тех, кто умеет мыслить креативно и выходить за рамки шаблонов

Forbes
Девочка или мальчик Девочка или мальчик

Есть много народных примет по определению пола ребенка. Работают ли они?

Лиза
Безупречный шедевр за токсичные деньги: чем грозит коллекционеру новый закон ЕС Безупречный шедевр за токсичные деньги: чем грозит коллекционеру новый закон ЕС

В 2018 году Евросоюз ужесточил правила по борьбе с отмыванием денег

Forbes
Денежный лимит: как снять внутренний запрет на богатство Денежный лимит: как снять внутренний запрет на богатство

Почему все честно нажитое молниеносно растрачивается на всякую ерунду

Psychologies
«Билеты — валюта дороже денег». Как бесплатные «вписки» влияют на индустрию развлечений «Билеты — валюта дороже денег». Как бесплатные «вписки» влияют на индустрию развлечений

Множество людей в России ходят на концерты, фестивали и вечеринки бесплатно

Forbes
Кто одет лучше: Стивен Спилберг или Тэрон Эджертон Кто одет лучше: Стивен Спилберг или Тэрон Эджертон

Куда летом без битвы гавайских рубашек

GQ
Из аптеки на скутере: как бывший рокер и Билл Гейтс собираются изменить систему медицинской помощи Из аптеки на скутере: как бывший рокер и Билл Гейтс собираются изменить систему медицинской помощи

Благотворительный фонд Билла и Мелинды Гейтс инвестирует в стартап Halodoc

Forbes
Как подготовиться к обыску: памятка для бизнеса Как подготовиться к обыску: памятка для бизнеса

Как действовать, если в офис нагрянули оперативники

Forbes
«Оленья кожа» — французский фильм о мужчине, влюбленном в свою кожаную куртку. Мы поговорили с исполнителем главной роли Жаном Дюжарденом «Оленья кожа» — французский фильм о мужчине, влюбленном в свою кожаную куртку. Мы поговорили с исполнителем главной роли Жаном Дюжарденом

Абсурдистская комедия о мужчине, который впадает в зависимость от куртки-убийцы

Esquire
Арбитры РСПП объявили Шерзода Юсупова неблагонадежным партнером Арбитры РСПП объявили Шерзода Юсупова неблагонадежным партнером

Шерзод Юсупов внесен в список неблагонадежных корпоративных партнеров

Forbes
Не корми, не хвали, не советуй: правила новой чувствительности Не корми, не хвали, не советуй: правила новой чувствительности

Как жить, когда твое прошлое дерется с твоими настоящим, а виноват ты

Maxim
Лавапокалипсис. Почему вулканы, опаснее для человечества, чем астероиды и пандемии Лавапокалипсис. Почему вулканы, опаснее для человечества, чем астероиды и пандемии

Оказывается, вулканы давно держат зло на все человечество

Maxim
«Главное — найти жену хорошую». Как миллиардеры воспитывают своих детей «Главное — найти жену хорошую». Как миллиардеры воспитывают своих детей

Правила воспитания топовых миллиардеров России и мира

Forbes
Машины-двойники: в ГИБДД придумали схему, как их ловить Машины-двойники: в ГИБДД придумали схему, как их ловить

В 2020 году ГИБДД запустит новую систему контроля для фиксации машин-двойников

РБК
В лабиринтах альтернативной истории В лабиринтах альтернативной истории

Имеют ли право на жизнь иные варианты развития известных исторических событий?

Наука и жизнь
Бейонсе, Канье Уэст и Тейлор Свифт — о любви к деньгам Бейонсе, Канье Уэст и Тейлор Свифт — о любви к деньгам

Что высокооплачиваемые звезды думают о своем финансовом благополучии

РБК
Львиная доля Львиная доля

Если разобраться, оказывается, что лев — чрезвычайно «разносторонний» зверь

Вокруг света
Покорение Луны: как астронавтам удалось то, чего не смогла самая совершенная на тот момент техника Покорение Луны: как астронавтам удалось то, чего не смогла самая совершенная на тот момент техника

Почему в космической гонке 1960-х победить помогла не автоматика

Esquire
Открыть в приложении