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

Камень на камень Камень на камень

Фантазия природы богата так, как человеку и не снилось

Вокруг света
«Рынка онлайн-кинотеатров у нас нет». Софья Капкова — о том, готов ли русский зритель платить за контент «Рынка онлайн-кинотеатров у нас нет». Софья Капкова — о том, готов ли русский зритель платить за контент

Софья Капкова рассказывает о жизни своих двух проектов и будущем индустрии

Forbes
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
7 кулинарных ошибок, которые совершают практически все (профессионалы против) 7 кулинарных ошибок, которые совершают практически все (профессионалы против)

Эти кулинарные ошибки мы поначалу все совершаем

Playboy
Летающий мопед Летающий мопед

Автожиры: полет над вулканом и не только.

Популярная механика
Почему так трудно учить детей правилам гигиены? Почему так трудно учить детей правилам гигиены?

Трудности родительской борьбы за чистоту и опрятность описывает читатель

Psychologies
Вам-то хорошо! Вам-то хорошо!

Зависть помогает объяснить любые неудачи и... прийти к оглушительному успеху

Добрые советы
Лорд Фостер с берега Темзы Лорд Фостер с берега Темзы

Лондон, похоже, превращается в абсурдный стол для пикника

Караван историй
Асфальтовые джунгли Асфальтовые джунгли

Современные мегаполисы стремятся впустить в себя леса

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
Всё ясно! Всё ясно!

Что-то беспокоит, но не поймешь что?

Cosmopolitan
Все, что останется Все, что останется

Почему в XXI веке мусор не получится выбросить из головы

Glamour
Афиша на выходные 12-14 июля Афиша на выходные 12-14 июля

Все самые интересные и удивительные события выходных

Forbes
Кто такой художник Алекс Израэль, который прославляет Калифорнию и сотрудничает с Louis Vuitton Кто такой художник Алекс Израэль, который прославляет Калифорнию и сотрудничает с Louis Vuitton

Алекс Израэль построил свой художественный стиль вокруг калифорнийских образов

Esquire
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
Зарплаты половины россиян оказались меньше 35 000 рублей Зарплаты половины россиян оказались меньше 35 000 рублей

Наибольшие зарплаты — у рыболовов

Forbes
Жертва борьбы элит. Почему Путин снова сменил губернатора Севастополя Жертва борьбы элит. Почему Путин снова сменил губернатора Севастополя

Новому главе Севастополя Владимир Путин обещал найти применение

Forbes
От Украины до ОАЭ: гид по зарубежной недвижимости богатейших госслужащих и депутатов России От Украины до ОАЭ: гид по зарубежной недвижимости богатейших госслужащих и депутатов России

Богатейшие «слуги народа», которые имеют недвижимость за рубежом

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

Добиться желаемых рабочих результатов не всегда просто

Psychologies
Обзор Hi-Res-аудиоплеера Fiio M11: звук, каким он должен быть Обзор Hi-Res-аудиоплеера Fiio M11: звук, каким он должен быть

Плеер, представленный совсем недавно на выставке Hi-Fi & High EndShow 2019

CHIP
Борьба за экологичность или бизнес-модель? Почему дизайнеры шьют вещи из старых тканей (а мы это покупаем) Борьба за экологичность или бизнес-модель? Почему дизайнеры шьют вещи из старых тканей (а мы это покупаем)

Модная индустрия стала все активнее использовать старые ткани

Esquire
Авиация Авиация

Что раньше было научной фантастикой, перешло в разряд коммерческой реальности

Robb Report
4 ошибки, которые ты точно совершаешь во время флирта (чувак, это мерзко) 4 ошибки, которые ты точно совершаешь во время флирта (чувак, это мерзко)

Флирт может превратиться в кошмар, причем, в основном, для девушки

Playboy
20 напоминаний тем, кто решил сдаться 20 напоминаний тем, кто решил сдаться

Если вы приготовились окончательно опустить руки, читайте этот список

Psychologies
Покорители Instagram: как создатели приложения VSCO завоевали миллионы пользователей и сохранили независимость Покорители Instagram: как создатели приложения VSCO завоевали миллионы пользователей и сохранили независимость

Фотограф Джоэль Флори и дизайнер Грег Лутце создали проект для профессионалов

Forbes
#прохобби: тревел-бизнес и барабаны Александра Гладилина #прохобби: тревел-бизнес и барабаны Александра Гладилина

Генеральный директор «Туту Агентство» рассказал о проектах и тревел-лайфхаках

РБК
Эра Зиганшина: Эра Зиганшина:

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

Караван историй
Почему важно делиться с партнером чувствами и когда этого делать не стоит Почему важно делиться с партнером чувствами и когда этого делать не стоит

Люди, которые привыкли все замалчивать, получают лишь иллюзию спокойной жизни

Psychologies
Жизнь после цинандали: как запрет грузинского вина изменит ландшафт винной отрасли Жизнь после цинандали: как запрет грузинского вина изменит ландшафт винной отрасли

Доля винного рынка, которая приходится на Грузию — 15,5%

Forbes
По морю и суше: кругосветное путешествие длиною в 40 лет По морю и суше: кругосветное путешествие длиною в 40 лет

Ранним воскресным утром я отправился в Химки, где меня ждал кореец Мун Чанхюн

Популярная механика
Открыть в приложении