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

Орудия пыток Орудия пыток

Для допросов с применением пыток были придуманы самые разные приспособления

Дилетант
Из аптеки на скутере: как бывший рокер и Билл Гейтс собираются изменить систему медицинской помощи Из аптеки на скутере: как бывший рокер и Билл Гейтс собираются изменить систему медицинской помощи

Благотворительный фонд Билла и Мелинды Гейтс инвестирует в стартап Halodoc

Forbes
Гигантские искусственные атомы обменялись возбуждениями через волновод Гигантские искусственные атомы обменялись возбуждениями через волновод

Из сверхпроводящих кубитов можно создать два гигантских искусственных атома

N+1
«Цены на еду мы снижать не будем»: что ждет грузинский бизнес после отмены авиасообщения с Россией «Цены на еду мы снижать не будем»: что ждет грузинский бизнес после отмены авиасообщения с Россией

Отмена прямых авиарейсов из России стала ударом по туристической отрасли Грузии

Forbes
Сила мысли Сила мысли

Как можно работать с мыслями — и почему стоит это делать

Yoga Journal
Как Михаил Зыгарь зарабатывает на революции в медиа Как Михаил Зыгарь зарабатывает на революции в медиа

Один из самых талантливых журналистов в России стал успешным предпринимателем

Forbes
Чем заняться в городе Коньяк Чем заняться в городе Коньяк

Идеальный и нетривиальный маршрут для коротких каникул

Vogue
Дмитрий Иванович Менделеев и его открытие Дмитрий Иванович Менделеев и его открытие

2019 год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов

Наука и жизнь
«Мы могли предотвратить сотни смертей»: основатель Bellingcat о том, как сайт расследовал катастрофу MH17 «Мы могли предотвратить сотни смертей»: основатель Bellingcat о том, как сайт расследовал катастрофу MH17

Основатель сайта Bellingcat — о войне в Сирии и расследовании катастрофы MH17

Forbes
Дворцы и озера Дворцы и озера

Венгрия кажется маленькой на карте – и необъятной, когда по ней путешествуешь

Домашний Очаг
12 отелей, в которых останавливались популярные киногерои 12 отелей, в которых останавливались популярные киногерои

Локации, где снимали популярные фильмы и сериалы

Esquire
6 сериалов и фильмов, которые нужно смотреть в июле 6 сериалов и фильмов, которые нужно смотреть в июле

Интересные релизы сериалов и фильмов

Esquire
Все, что известно о четвертом сезоне «Очень странных дел» Все, что известно о четвертом сезоне «Очень странных дел»

Для тех, кто не может дождаться продолжения истории «Очень странных дел»

Vogue
Какой он — неаполитанский квартал из романов Элены Ферранте Какой он — неаполитанский квартал из романов Элены Ферранте

Сергей Кумыш попробовал попасть внутрь «Неаполитанского квартета» Элены Ферранте

РБК
Выключи, мне дует: как не простудиться под кондеем Выключи, мне дует: как не простудиться под кондеем

Кондиционер не виноват - просто многие не умеют им пользоваться

CHIP
Мечты о России: новая коллекция драгоценностей Chanel Мечты о России: новая коллекция драгоценностей Chanel

Там русский дух... там Русью пахнет! Или это Chanel №5?

Vogue
Коворкинг: что это такое, в чем его преимущества и кому он подходит больше всего Коворкинг: что это такое, в чем его преимущества и кому он подходит больше всего

Мы расскажем про новый подход к организации рабочего пространства

Playboy
Борьба за экологичность или бизнес-модель? Почему дизайнеры шьют вещи из старых тканей (а мы это покупаем) Борьба за экологичность или бизнес-модель? Почему дизайнеры шьют вещи из старых тканей (а мы это покупаем)

Модная индустрия стала все активнее использовать старые ткани

Esquire
Как получить от своего смартфона идеальный звук через наушники или колонку Как получить от своего смартфона идеальный звук через наушники или колонку

Ваш смартфон может воспроизводить музыку или видео с высоким качеством звука

CHIP
Тест смартфона Sony Xperia 1: огромный 4K-дисплей в кино-формате и новое имя Тест смартфона Sony Xperia 1: огромный 4K-дисплей в кино-формате и новое имя

В чем недочеты смартфона Sony Xperia 1

CHIP
Звезда Instagram Дарья Коновалова раскрыла секрет своей яркой внешности Звезда Instagram Дарья Коновалова раскрыла секрет своей яркой внешности

Модель Дарья Коновалова откровенно рассказала о своей личной жизни

Cosmopolitan
15 девушек с самыми красивыми и длинными ногами (мы бы смотрели на них вечно) 15 девушек с самыми красивыми и длинными ногами (мы бы смотрели на них вечно)

От девушек с красивыми и длинными ногами сложно оторвать взгляд

Playboy
Ребятам и зверятам Ребятам и зверятам

Новый дом для большой семьи по проекту бюро BIGO

AD
Чего бы такого послушать, если ты любишь Radiohead Чего бы такого послушать, если ты любишь Radiohead

Чего бы такого можно услышать в духе группы Radiohead

Maxim
Как подключить проектор к ноутбуку: пошаговая инструкция Как подключить проектор к ноутбуку: пошаговая инструкция

Ноутбук и проектор просто созданы друг для друга

CHIP
Чем нам запомнится этот Кубок Америки? Чем нам запомнится этот Кубок Америки?

Скандал с Месси, много отмененных мячей и долгожданная победа бразильцев

GQ
Задушат защитой Задушат защитой

Законопроект, инициированный ЦБ, призван защитить инвесторов-физлиц

Эксперт
Марк Цукерберг – робот-авантюрист, который любит побеждать Марк Цукерберг – робот-авантюрист, который любит побеждать

Он создал Facebook, чтобы сделать людей открытыми и свободными

GQ
9 лучших бабушкофонов: подборка телефонов для пожилых 9 лучших бабушкофонов: подборка телефонов для пожилых

Отличные телефоны, которые вы можете купить своему старшему поколению

CHIP
Что изменилось в жизни россиян с 1 июля Что изменилось в жизни россиян с 1 июля

Ряд законов, которые внесут изменения в жизнь россиян

Forbes
Открыть в приложении