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

Премия за нефизический инструмент для физики и не только Премия за нефизический инструмент для физики и не только

Нобелевская премия по физике 2024: за прорыв в машинном обучении и нейросетях

Наука и жизнь
35 пасхалок, которые ты, скорее всего, не заметил в новом сезоне «Очень странных дел» 35 пасхалок, которые ты, скорее всего, не заметил в новом сезоне «Очень странных дел»

Не только «Терминатор» и «Назад в будущее», но и кое-что гораздо интереснее!

Maxim
Рефераты Рефераты

Исследование структуры карбида кремния и возникновение молний-эльфов

Наука и жизнь
Что смотреть в театрe в июле Что смотреть в театрe в июле

Главные спектакли, перформансы и чтения июля

Vogue
Андрей Синявский Андрей Синявский

Андрей Донатович Синявский — фантаст, философ и филолог

Дилетант
Чего боится врач. Записки женщины-реаниматолога Чего боится врач. Записки женщины-реаниматолога

Ифа Эбби рассказывает, как каждый день несет вахту на границе жизни и смерти

Forbes
Что не так с сумками хобо Что не так с сумками хобо

Рассказываем, почему термин хобо неуместен в современной модной индустрии

Vogue
6 подвигов фанатов во имя спасения любимых сериалов (поистине масштабные штуки) 6 подвигов фанатов во имя спасения любимых сериалов (поистине масштабные штуки)

Примеры того, как поклонники боролись за возобновление показа отмененных шоу

Playboy
Вкручиваем по полной: рейтинг сетевых шуруповертов 2019 Вкручиваем по полной: рейтинг сетевых шуруповертов 2019

Если вы используете шуруповерт там, где есть 220 В, стоит купить сетевую модель

CHIP
Александр Домогаров: «Я не деспот» Александр Домогаров: «Я не деспот»

Актер откровенно о страхах, любви и депрессии

StarHit
«Контекст был шуточный». Как ЦБ обсуждал запрет валютных вкладов «Контекст был шуточный». Как ЦБ обсуждал запрет валютных вкладов

За обсуждением такой серьезной вещи, как запрет валютных вкладов, стоит шутка

Forbes
«Фуфло» и «мусор»: как в «ФК Открытие» перед санацией оценивали бумаги структур Минца на 34 млрд рублей «Фуфло» и «мусор»: как в «ФК Открытие» перед санацией оценивали бумаги структур Минца на 34 млрд рублей

Теперь эта сделка — в центре судебного разбирательства в Лондоне

Forbes
Клубы двоих российских миллиардеров вошли в рейтинг самых дорогих спортивных команд мира Клубы двоих российских миллиардеров вошли в рейтинг самых дорогих спортивных команд мира

Американский Forbes опубликовал рейтинг самых дорогих спортивных клубов мира

Forbes
«Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью «Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью

Как женщины одновременно получают МВА, делают карьеру и воспитывают детей

Forbes
Повелитель Мухин Повелитель Мухин

GQ поговорил с Владимиром Мухиным, шеф-поваром White Rabbit

GQ
13 самых смешных и страшных применений нейросетей 13 самых смешных и страшных применений нейросетей

Посмотрите, как нейронные сети создают порно с вашими любимыми актерами

GQ
Девочка или мальчик Девочка или мальчик

Есть много народных примет по определению пола ребенка. Работают ли они?

Лиза
8 функций Яндекс.Почты, о которых ты скорее всего не знаешь 8 функций Яндекс.Почты, о которых ты скорее всего не знаешь

Изобретатели порой делают удобные и привычные вещи еще удобнее. Например почту

Maxim
Более 450 тысяч паролей и e-mail пользователей Ozon утекли в интернет Более 450 тысяч паролей и e-mail пользователей Ozon утекли в интернет

В открытом доступе оказалась база с паролями пользователей Ozon

Forbes
Бордерлайнеры: шесть симптомов пограничного расстройства личности Бордерлайнеры: шесть симптомов пограничного расстройства личности

Пограничное личностное расстройство пока у нас не слишком на слуху

Psychologies
7 действительно вещих снов (с точки зрения медицины) 7 действительно вещих снов (с точки зрения медицины)

Выбрось сонник, медицинский справочник гораздо полезнее

Maxim
Игра в догонялки Игра в догонялки

Новый кроссовер Haval почти догнал своих именитых конкурентов

АвтоМир
Хрупкий институт. Нужны ли брак и семья «поколению снежинок» Хрупкий институт. Нужны ли брак и семья «поколению снежинок»

О нелегкой судьбе института брака в ХХI веке

Forbes
Как тренируется Жизель Бюндхен Как тренируется Жизель Бюндхен

Супермодель Жизель Бюндхен рассказала, что для нее значит спорт

Vogue
Обзор внешнего SSD Transcend ESD240C: компактный и быстрый Обзор внешнего SSD Transcend ESD240C: компактный и быстрый

Тестируем самый миниатюрный SSD-накопитель емкостью 240 Гбайт

CHIP
Укладываем проводку в доме: как правильно выбрать провод? Укладываем проводку в доме: как правильно выбрать провод?

Разбираемся в классификации проводов и выбираем кабель под свои нужды

CHIP
Как покорить мужчину за 60 секунд Как покорить мужчину за 60 секунд

Бери пример с героинь книг и фильмов

Лиза
Будущее российского пива. Чем закончится диалог пивоваров с государством Будущее российского пива. Чем закончится диалог пивоваров с государством

Пивоваренная отрасль следит за финалом дискуссии вокруг реестра производителей

Forbes
Будь скромным и открытым: 5 советов для безупречной репутации Будь скромным и открытым: 5 советов для безупречной репутации

Главные критерии «хорошей репутации» в современном бизнесе

Forbes
Уловка-210: почему так легко попасть в тюрьму за организацию преступного сообщества Уловка-210: почему так легко попасть в тюрьму за организацию преступного сообщества

Все чаще портреты бизнесменов сменяются их же фотографиями за решеткой

Forbes
Открыть в приложении