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

Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
Какой должна быть наркополитика Какой должна быть наркополитика

Мишель Казачкин о декриминализации и снижении вреда

Русский репортер
Неизвестные X и Y Неизвестные X и Y

Как и, главное, зачем природа разделила обитателей земли на юношей и девушек

Вокруг света
Одна вокруг света. Коррупция на таможне и дорогах Замбии Одна вокруг света. Коррупция на таможне и дорогах Замбии

36-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Как принимают экзамены на «права» в США, Германии, Японии, Великобритании и Китае. Как принимают экзамены на «права» в США, Германии, Японии, Великобритании и Китае.

Экзамен на право управления автомобилем — показатель уровня демократии в стран

Maxim
«Всё из-за Иришки!»: российские звезды устроили смешную травлю Леди Гаги «Всё из-за Иришки!»: российские звезды устроили смешную травлю Леди Гаги

Звезды и обычные пользователи устроили настоящий флешмоб в Instagram Леди Гаги

Cosmopolitan
«Коммерсантъ» назвал владельцев 140 млн рублей, в похищении которых заподозрили сотрудников ФСБ «Коммерсантъ» назвал владельцев 140 млн рублей, в похищении которых заподозрили сотрудников ФСБ

Похищенные сотрудниками ФСБ деньги принадлежали бизнесменам из КНР

Forbes
Как меняется модная индустрия, чтобы противостоять глобальному потеплению Как меняется модная индустрия, чтобы противостоять глобальному потеплению

Nike, Burberry и Levi’s о своих планах по борьбе с климатическими изменениями

Esquire
О чем важно знать, если ваш близкий пережил серьезную психическую травму О чем важно знать, если ваш близкий пережил серьезную психическую травму

Как протянуть любимому человеку руку помощи

Psychologies
Откуда животик? Откуда животик?

Ты качаешь пресс, следишь за питанием, но лучше не становится. Почему?

Лиза
Лучшие кроссовки будущей недели (с 22 по 28 июля) Лучшие кроссовки будущей недели (с 22 по 28 июля)

Переосмысленные теннисные кроссовки от Йоджи Ямамото

Esquire
Спорт настоящих пацанов: дуэли Спорт настоящих пацанов: дуэли

Все виды олимпийских спортивных единоборств вышли из дуэлей

Популярная механика
Это вам на будущее Это вам на будущее

Своими мыслями с Grazia делится Александр Цыпкин

Grazia
Что читать летом: новый роман от автора «Книжного вора» Что читать летом: новый роман от автора «Книжного вора»

«Глиняный мост» — новая книга австралийского писателя Маркуса Зусака

Esquire
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
Стал известен состав артистов live-сцены фестиваля Alfa Future People 2019 Стал известен состав артистов live-сцены фестиваля Alfa Future People 2019

О крупнейшем российском фестивале электронной музыки Alfa Future People

Cosmopolitan
Звезда Звезда

Дэвид Харбор о собственном приключении на Обратную сторону — и обратно

Esquire
Как начать коллекционировать автомобили? Как начать коллекционировать автомобили?

Основатели автоклуба «Ветерок» говорят о машинах с любовью

GQ
Первый израильский меценат в истории Эрмитажа сделал дар на $7 млн Первый израильский меценат в истории Эрмитажа сделал дар на $7 млн

Зачем Амир Гросс Кабири делает подарки крупнейшему музею в мире

Forbes
«Детей пожгли, но это не в нашей компетенции»: в Хабаровском крае сгорел частный детский лагерь «Детей пожгли, но это не в нашей компетенции»: в Хабаровском крае сгорел частный детский лагерь

Четыре ребенка, по последним данным, стали жертвами пожара в палаточном лагере

Forbes
«Эти слова похожи на крик отчаяния». Набиуллина назвала главные проблемы роста экономики «Эти слова похожи на крик отчаяния». Набиуллина назвала главные проблемы роста экономики

Глава ЦБ призвала проводить структурные реформы и улучшать инвестиционный климат

Forbes
Женщина на борту. Что нужно для того, чтобы стать капитаном корабля Женщина на борту. Что нужно для того, чтобы стать капитаном корабля

Как женщины у руля компании Celebrity Cruises лавируют сквозь гендерные барьеры

Forbes
Время собирать камни: лучшие игровые процессоры 2019 Время собирать камни: лучшие игровые процессоры 2019

Статья не о топовых процессорах, а о тех, которые имеет смысл покупать сейчас

CHIP
Топ-10 мультиплеерных игр для ПК: играем с друзьями Топ-10 мультиплеерных игр для ПК: играем с друзьями

Собрали самые интересные и веселые игры, в которые можно играть с командой

CHIP
Пропавшие грамоты. Как столичные власти загнали себя в ловушку Пропавшие грамоты. Как столичные власти загнали себя в ловушку

Выборы в Мосгордуму планировались как скучные

СНОБ
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
Black Lips едут в Москву Black Lips едут в Москву

Рокеры рассказали о своих «жарких» концертах и робких промоутерах

Vogue
Тест смартфона Huawei Y7 2019: недорогой аппарат с приятной внешностью Тест смартфона Huawei Y7 2019: недорогой аппарат с приятной внешностью

Huawei Y7 2019 продемонстрировал солидное качество исполнения

CHIP
Женщина, которая поет Женщина, которая поет

6 июля на московском фестивале «Ласточка» выступит американская певица LP

Grazia
Чистая и гордая: зеленая энергетика больше не нуждается в государственных субсидиях Чистая и гордая: зеленая энергетика больше не нуждается в государственных субсидиях

Чистая энергия становится новой нормальностью

Forbes
Открыть в приложении