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
«Сплетница», «Беверли-Хиллз, 90210» и другие вернувшиеся сериалы «Сплетница», «Беверли-Хиллз, 90210» и другие вернувшиеся сериалы

Воссоединение с любимыми героями

Vogue
Домашние огурцы Домашние огурцы

Внесезонное выращивание огурцов — занятие крайне интересное

Наука и жизнь
Офисный Платон Офисный Платон

Многие начали забывать, что работа и жизнь — не одно и то же

GQ
Наука «Аполлонов» Наука «Аполлонов»

Какие новые знания дали человечеству полёты американских астронавтов на Луну?

Наука и жизнь
Игра в догонялки Игра в догонялки

Новый кроссовер Haval почти догнал своих именитых конкурентов

АвтоМир
Если ты поклонница Если ты поклонница

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

Cosmopolitan
Новый взгляд на питание: минусы и плюсы необычных диет Новый взгляд на питание: минусы и плюсы необычных диет

Одни диеты работают, другие — провоцируют отчаяние своей безрезультатностью

Cosmopolitan
«Коммерсантъ» предупредил о возможном уходе Visa и MasterCard из России «Коммерсантъ» предупредил о возможном уходе Visa и MasterCard из России

Второе чтение поправок в закон «О национальной платежной системе»

Forbes
7 ссор в первый год совместной жизни 7 ссор в первый год совместной жизни

Ссоры в первый год совместной жизни — скорее правило, а не исключение

Psychologies
Как люди заселяли Америку? Как люди заселяли Америку?

Из всех обжитых человеком частей света Америка была заселена в последнюю очередь

Наука и жизнь
Disney выбрал темнокожую актрису на роль Ариэль в киноверсии «Русалочки». Компанию обвинили в расизме Disney выбрал темнокожую актрису на роль Ариэль в киноверсии «Русалочки». Компанию обвинили в расизме

Часть поклонников считает, что нельзя менять оригинальный образ героини Ариэль

Esquire
Футболистку сборной США раскритиковали из-за того, как она праздновала гол. Ее поддержала Софи Тернер Футболистку сборной США раскритиковали из-за того, как она праздновала гол. Ее поддержала Софи Тернер

Алекс Морган обвинили в неуважении

Esquire
Долой стереотипы: как свадебный бизнес подстраивается под новые тренды Долой стереотипы: как свадебный бизнес подстраивается под новые тренды

Современные женщины больше не мечтают о такой свадьбе, какая была у их родителей

Forbes
Пять лет без права переписки: чего могут добиться через избиркомы и суды снятые кандидаты Пять лет без права переписки: чего могут добиться через избиркомы и суды снятые кандидаты

С прошлых выходных в Москве еще не было ни дня без акций протеста

Forbes
«Я бы ни за что не стал(а) встречаться с тем, кто…» «Я бы ни за что не стал(а) встречаться с тем, кто…»

Многие из нас время от времени фантазируют об идеальном партнере

Psychologies
Подотчетное партнерство: учимся достигать цели в хорошей компании Подотчетное партнерство: учимся достигать цели в хорошей компании

Добиться желаемых рабочих результатов не всегда просто

Psychologies
Эра Босолея Эра Босолея

Как Бобби Босолей 50 лет пытается выйти из тени, брошенной Чарльзом Мэнсоном

Esquire
Созданы клеточные пластыри из стволовых клеток для лечения ишемии Созданы клеточные пластыри из стволовых клеток для лечения ишемии

Коллаборация ученых МГУ разработала метод восстановления тканей после ишемии

Популярная механика
Все людям: 7 самых интересных общественных пространств на территории России Все людям: 7 самых интересных общественных пространств на территории России

Общественные пространства сегодня ассоциируются с разнообразием функций

Cosmopolitan
Бег с препятствием Бег с препятствием

Отказаться от спортзала или студии ради тренировок на улице? Прекрасная идея!

Glamour
Добро пожаловать в Пхеньян. Как меняется жизнь самой закрытой страны мира Добро пожаловать в Пхеньян. Как меняется жизнь самой закрытой страны мира

Трэвис Джеппсен стал первым, кому разрешили обучаться в Пхеньянском университете

Forbes
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
Как вытащить и заменить батарею ноутбука? Как вытащить и заменить батарею ноутбука?

Как заменить батарею ноутбука?

CHIP
Научные революционеры Научные революционеры

Семь современных ученых, бросивших вызов общепринятым теориям

Русский репортер
Мириться или расставаться? Мириться или расставаться?

Жизнь часто подбрасывает нам головоломки

Psychologies
7 странных правил этикета разных стран мира (плюнули – значит, уважают) 7 странных правил этикета разных стран мира (плюнули – значит, уважают)

Вот тебе несколько наставлений перед грядущими путешествиями

Playboy
Ребятам и зверятам Ребятам и зверятам

Новый дом для большой семьи по проекту бюро BIGO

AD
Инновационный миллиардер. Владимир Потанин получил премию за заслуги перед искусством Инновационный миллиардер. Владимир Потанин получил премию за заслуги перед искусством

В Нижнем Новгороде на этих выходных состоялось вручение премии «Инновация»

Forbes
5 способов скрыть первую седину — можно ли обойтись без краски? 5 способов скрыть первую седину — можно ли обойтись без краски?

Несколько лайфхаков от эксперта, которые помогут скрыть «серебряные нити»

Cosmopolitan
Открыть в приложении