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

9 мифов об Альберте Эйнштейне 9 мифов об Альберте Эйнштейне

Правда и мифы о создателе теории относительности

Вокруг света
7 приложений, которые помогут путешествовать гораздо дешевле и комфортнее 7 приложений, которые помогут путешествовать гораздо дешевле и комфортнее

Билеты со скидкой, классные карты, борьба с валютой — все здесь

Playboy
Лучший танк в мире: Т-14 «Армата» запущен в производство Лучший танк в мире: Т-14 «Армата» запущен в производство

Т-14 «Армата» — танк, о котором все отзываются с восхищением

Maxim
Как начать встречаться с бывшей друга и не прослыть негодяем: 5 главных советов Как начать встречаться с бывшей друга и не прослыть негодяем: 5 главных советов

Что делать, если у тебя серьезные чувства к бывшей твоего друга

Playboy
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
7 вопросов Алексею Паршину, адвокату Ангелины Хачатурян 7 вопросов Алексею Паршину, адвокату Ангелины Хачатурян

7 вопросов адвокату Алексею Паршину о деле сестер Хачатурян

Русский репортер
Дела сердечные: на что обратить внимание, приступая к кардиотренировкам? Дела сердечные: на что обратить внимание, приступая к кардиотренировкам?

Когда кардионагрузки приносят пользу, а когда идут во вред

Psychologies
Драгоценности Драгоценности

Драгоценности из коллекций высокого ювелирного искусства как арт-объекты

Robb Report
Как молодая мать в декрете создала бизнес с выручкой 2,5 млрд рублей в год Как молодая мать в декрете создала бизнес с выручкой 2,5 млрд рублей в год

Закрытый клуб распродаж детских товаров Mamsy начинался как семейный проект

Forbes
Идите лошадью: во что играют в школе управления «Сколково» Идите лошадью: во что играют в школе управления «Сколково»

Фонд V-A-C проведет на территории школы «Сколково» ролевую игру живого действия

Forbes
It-girl: как женщине стать «своей» в мире программирования It-girl: как женщине стать «своей» в мире программирования

«Женщина в IT — как морская свинка: и не морская, и не свинка

Forbes
Переписать Шекспира и быть смелее Переписать Шекспира и быть смелее

Встреча с главными музыкальными ньюсмейкерами лета-2019

StarHit
Как Zenith создали самый культовый механизм XX века Как Zenith создали самый культовый механизм XX века

Какую модель Zenith представят на благотворительном аукционе Only Watch

GQ
Без труда Без труда

Мы нашли шесть убедительных аргументов, доказывающих, что лень — это прекрасно

Добрые советы
Три секрета, чтобы стать лучшими бабушкой и дедушкой Три секрета, чтобы стать лучшими бабушкой и дедушкой

Как бабушка и дедушка вы можете обнаружить, что многие вещи вам не подвластны

Psychologies
Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь

Москва — один из самых неоднородных мегаполисов мира

Forbes
Они зарабатывают, пока мы «стареем». Хайп принес приложению FaceApp $1 млн Они зарабатывают, пока мы «стареем». Хайп принес приложению FaceApp $1 млн

Приложение, позволяющее «состарить» пользователя, заработало $1 млн

Forbes
«Это конец Гонконга»: о чем говорят протестующие в городе «Это конец Гонконга»: о чем говорят протестующие в городе

Участники протестов в Гонконге штурмом захватили здание парламента

Forbes
Как избавиться от любой вредной привычки раз и навсегда: 5 главных правил Как избавиться от любой вредной привычки раз и навсегда: 5 главных правил

Методы по избавлению от вредных привычек и другие способы отказа от соблазнов

Playboy
Друг Бориса Джонсона: Reuters узнал о роли экс-соратника Ходорковского в попытке отстранить Мэй Друг Бориса Джонсона: Reuters узнал о роли экс-соратника Ходорковского в попытке отстранить Мэй

Бывший акционер ЮКОСа Александр Темерко влиятельная фигура в британской политике

Forbes
Второе пришествие Канье Уэста. Как зарабатывает миллиарды построенная им бизнес-империя Yeezy Второе пришествие Канье Уэста. Как зарабатывает миллиарды построенная им бизнес-империя Yeezy

Канье Уэст — один из самых состоятельных музыкантов в шоу-бизнесе

Forbes
Русские атакуют, и еще пять сюрпризов 3 сезона «Очень странных дел» Русские атакуют, и еще пять сюрпризов 3 сезона «Очень странных дел»

Шоураннерам Братьям Даффер вновь удается удивить

GQ
Просите скромно: как женщине-предпринимателю добиться успеха в Китае Просите скромно: как женщине-предпринимателю добиться успеха в Китае

Для многих китайцев венчурное инвестирование все равно что азартные игры

Forbes
Лучшие фото 2019 года, снятые на айфон Лучшие фото 2019 года, снятые на айфон

Завидуй — среди победителей есть и россиянка!

Maxim
Закон и порядок Закон и порядок

Как сообщить начальнику, что на его одежде пятно и оно грозит репутации компании

GQ
Выжимаем соки из ПК: разгон видеокарты Выжимаем соки из ПК: разгон видеокарты

Как повысить производительность компьютерного железа

CHIP
Как носить шлепанцы, чтобы не вызывать отвращение у женщин (и у других мужчин) Как носить шлепанцы, чтобы не вызывать отвращение у женщин (и у других мужчин)

Как нужно носить мужскую открытую обувь так, чтобы было комфортно и легко

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

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

StarHit
Сладкий ликбез: развенчиваем мифы о сахаре Сладкий ликбез: развенчиваем мифы о сахаре

Почему сахар вреден

Популярная механика
Кто одет лучше: Том Холланд или Джейк Джилленхол? Кто одет лучше: Том Холланд или Джейк Джилленхол?

Пришло время Питеру Паркеру столкнуться с Мистерио и на стильном поле боя

GQ
Открыть в приложении