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

Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
За чиновницу, уволенную из-за участия в нашем конкурсе, заступилась «Девушка Playboy 2018» За чиновницу, уволенную из-за участия в нашем конкурсе, заступилась «Девушка Playboy 2018»

«Хватит критиковать женщин за самовыражение и демонстрацию своей сексуальности»

Playboy
Пленные второго сорта Пленные второго сорта

Нацистская пропаганда объявила пленных советских солдат «недочеловеками»

Дилетант
У болезни простые законы: Оксане очень нужна твоя помощь У болезни простые законы: Оксане очень нужна твоя помощь

Прямо сейчас ты можешь помочь Оксане

Cosmopolitan
Содержание углекислого газа в атмосфере стало рекордным за 23 миллиона лет Содержание углекислого газа в атмосфере стало рекордным за 23 миллиона лет

Два столетия назад содержание CO2 в атмосфере резко начало расти

N+1
Хоумскулинг: кому он подходит и как выстроить режим Хоумскулинг: кому он подходит и как выстроить режим

Формат семейного обучения позволяет ребенку получать знания в своем темпе

Psychologies
Наркотики, теракт и опасный сэндвич: трагические смерти детей олигархов Наркотики, теракт и опасный сэндвич: трагические смерти детей олигархов

Олигархи и политики, потерявшие наследников в результате несчастных случаев

Cosmopolitan
19 качеств настоящего мужчины, от которых без ума все женщины 19 качеств настоящего мужчины, от которых без ума все женщины

Качества настоящего мужчины с точки зрения женщины

Playboy
«Талантливых женщин держат в стороне, а двигают послушных парней»: первое интервью Ольги Наумовой после ухода из «Магнита» «Талантливых женщин держат в стороне, а двигают послушных парней»: первое интервью Ольги Наумовой после ухода из «Магнита»

Ольга Наумова объявила о своем уходе с поста гендиректора сети «Магнит»

Forbes
Северный путь. Заметки путешественника Северный путь. Заметки путешественника

Северный путь, часть третья. Рускеала — Сортавала — Выборг — Новгород

4x4 Club
Спорт настоящих пацанов: дуэли Спорт настоящих пацанов: дуэли

Все виды олимпийских спортивных единоборств вышли из дуэлей

Популярная механика
Какие болезни передаются через поцелуй? Долой мифы, только аргументы и факты Какие болезни передаются через поцелуй? Долой мифы, только аргументы и факты

Скажем «нет» болезням, передающимся через поцелуй

Playboy
Учимся правильно спать Учимся правильно спать

«Добрать» положенное количество часов сна еще не значит выспаться

Psychologies
Вырастить Марию Кюри. Как заинтересовать девочек точными науками Вырастить Марию Кюри. Как заинтересовать девочек точными науками

Среди ученых и исследователей женщин заметно меньше, чем мужчин

Forbes
На грани катастрофы: почему Россия снова теряет население? На грани катастрофы: почему Россия снова теряет население?

Татьяна Голикова заявила, что «страна катастрофически теряет население»

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
Офисный Платон Офисный Платон

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

GQ
Наука и жизнь: как живут студенты знаменитого физтеха Наука и жизнь: как живут студенты знаменитого физтеха

В МФТИ высокий уровень суицида среди студентов

Популярная механика
Почему Джеральд Джента – легенда часовой индустрии? Почему Джеральд Джента – легенда часовой индустрии?

Только Джеральд Джента способен придумать легендарный дизайн часов за пять минут

GQ
«Транснефть» и «Роснефть» обменялись упреками из-за грязной нефти в «Дружбе» «Транснефть» и «Роснефть» обменялись упреками из-за грязной нефти в «Дружбе»

«Транснефть» и «Роснефть» снова публично обменялись упреками

Forbes
Голливудская улыбка за 3000 рублей: как зарабатывать миллионы на быстром отбеливании зубов Голливудская улыбка за 3000 рублей: как зарабатывать миллионы на быстром отбеливании зубов

Франшиза по экспресс-отбеливанию зубов — популярная модель для запуска бизнеса

Forbes
Какой сварочный аппарат лучше купить для дома: рейтинг 2019 года Какой сварочный аппарат лучше купить для дома: рейтинг 2019 года

Рассказываем о плюсах и минусах всех сварочных аппаратов

CHIP
РБК узнал о проверке бывшего замглавы АСВ по делу банковского отдела ФСБ РБК узнал о проверке бывшего замглавы АСВ по делу банковского отдела ФСБ

Валерий Мирошников проходит свидетелем по делу Кирилла Черкалина

Forbes
Жизнь без остатка Жизнь без остатка

Восхищаемся Варварой Кронберг еще с тех времен, когда она была Жемчужниковой

Seasons of life
Обзор и тест realmе 3 Pro: реальный про Обзор и тест realmе 3 Pro: реальный про

Эта модель - лучшее, что есть у realme на российском рынке

CHIP
Пять причин пойти учиться в кулинарную школу Novikov School Пять причин пойти учиться в кулинарную школу Novikov School

Зачем стоит идти в самую известную кулинарную школу страны

Cosmopolitan
Алена Свиридова: «Жажду смерти на сцене!» Алена Свиридова: «Жажду смерти на сцене!»

Певица призналась в коварстве и объяснила, почему мужчинам стоит ее побаиваться

StarHit
Неподкупный и безжалостный Неподкупный и безжалостный

Основоположником идейного террора можно считать Робеспьера

Дилетант
«Я сидел на ферме и рисовал презентацию»: как профессор Гарварда помогает Мильнеру искать внеземной разум «Я сидел на ферме и рисовал презентацию»: как профессор Гарварда помогает Мильнеру искать внеземной разум

Физик Ави Лёб рассказал о своей работе и знакомстве с миллиардером

Forbes
Кедры решают все Кедры решают все

О людях, которым белочки в тайге помидорчики выращивают

Maxim
Открыть в приложении