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

Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Сестры и братья вайнеры Сестры и братья вайнеры

Блогеры зарабатывают миллионы на рекламе в Instagram

Forbes
«Слон» на трансзвуке «Слон» на трансзвуке

Грузовая авиация работала, спасая мировую экономику

Популярная механика
Слуге не хватает народа Слуге не хватает народа

В конце нынешней недели — 21 июля — финиширует парламентская кампания на Украине

Огонёк
Тайны диких пчел Тайны диких пчел

Жизнь диких медоносных пчел во всех подробностях

National Geographic
Культурные события июля Культурные события июля

Театральные премьеры, концерты и, разумеется, фестивали

РБК
«Опасный человек»: опальный банкир Пугачев рассказал о покинувшем Россию замглавы АСВ «Опасный человек»: опальный банкир Пугачев рассказал о покинувшем Россию замглавы АСВ

Сергей Пугачев первым публично обвинил Валерия Мирошникова в вымогательстве

Forbes
«Чему меня научил секс из мести» «Чему меня научил секс из мести»

Почему секс с коллегой в попытке отомстить мужу оказался полным провалом

Psychologies
Последний поход Последний поход

Что могло стать причиной гибели 14 подводников в Баренцевом море

РБК
Как спорить с партнером, если у вас нет аргументов Как спорить с партнером, если у вас нет аргументов

Спорить можно вполне миролюбиво, и даже без веских аргументов

Psychologies
Что откроет Россия в Латинской Америке Что откроет Россия в Латинской Америке

Латинская Америка совершает правый дрейф

Эксперт
Что делать, когда родителям не нравится твоя девушка: жизненно важный гид Что делать, когда родителям не нравится твоя девушка: жизненно важный гид

Иногда родители беспокоятся не зря

Playboy
Рецепт идеального уикенда: как прошел «Пикник Абрау 2019» Рецепт идеального уикенда: как прошел «Пикник Абрау 2019»

Морской воздух, потрясающая природа, вкусная еда и счастливые люди вокруг!

Cosmopolitan
За пределами джаза: как прошел 53-й Montreux Jazz Festival в швейцарской горной долине За пределами джаза: как прошел 53-й Montreux Jazz Festival в швейцарской горной долине

Сегодня Montreux Jazz Festival в Монтрё — срез музыки разных направлений

Esquire
Мир без женщин, алкоголя и друзей: зачем предприниматели занимаются триатлоном и сколько это стоит Мир без женщин, алкоголя и друзей: зачем предприниматели занимаются триатлоном и сколько это стоит

Дистанция IronMan давно перестала быть просто спортивным событием

Forbes
Все равно ему водить Все равно ему водить

Адама Драйвера любят и режиссеры, и кинокритики, и даже фанаты «Звездных войн»

Glamour
«Бойцовский клуб» снова в прокате — 20 лет спустя после премьеры «Бойцовский клуб» снова в прокате — 20 лет спустя после премьеры

С 25 июля в российском прокате — «Бойцовский клуб» Дэвида Финчера

Esquire
Ты узнаешь ее из тысячи Ты узнаешь ее из тысячи

Какие признаки верно укажут на то, что мы во власти Амура

Psychologies
Санкции на $1 млрд: Россия подготовила ответ Грузии Санкции на $1 млрд: Россия подготовила ответ Грузии

Госдума попросит президента и правительство ввести новые санкции против Грузии

Forbes
Рукотворный кризис. Что пошло не так с московскими выборами? Рукотворный кризис. Что пошло не так с московскими выборами?

История с московскими выборами

Forbes
С легкой парой! С легкой парой!

Мы задали экспертам самые неудобные вопросы про уход за ногами

Glamour
Ломая правила дизайна Ломая правила дизайна

Интервью с дизайнером LADA Стивом Маттином

4x4 Club
Премьерное поведение Премьерное поведение

Рассказываем, что подарил нам 72‑й Каннский фестиваль

GQ
«П» – значит победа «П» – значит победа

Полина Гагарина привыкла бороться до последнего

Cosmopolitan
Райнер Зеле— РБК: Райнер Зеле— РБК:

Цены на газ в Европе вырастут, если газопровод не достроят в срок

РБК
Экономика минимума: почему дизайнерам выгодно делать самые простые украшения Экономика минимума: почему дизайнерам выгодно делать самые простые украшения

Почему минимализм по-прежнему в хитах продаж не только в масс-маркете

Forbes
Что нужно знать про дайверские часы Что нужно знать про дайверские часы

Рассказываем о главных водонепроницаемых новинках и их важнейших характеристиках

РБК
Месть Генри Форду II. Как Ли Якокка стал легендой американского автопрома Месть Генри Форду II. Как Ли Якокка стал легендой американского автопрома

Как строилась карьера одного из самых известных американских менеджеров

Forbes
Арктическая пятилетка сжалась до года Арктическая пятилетка сжалась до года

Минтранс изменил график роста грузопотока Северного морского пути

РБК
#инструктаж: как отбелить зубы #инструктаж: как отбелить зубы

Безопасно ли отбеливать зубы и как следует ухаживать за полостью рта

РБК
Открыть в приложении