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

«Николай I: Дон Кихот самодержавия» «Николай I: Дон Кихот самодержавия»

Несмотря на все старания, Николай I привёл Россию к поражению в Крымской войне

Дилетант
Как не стоит носить головные уборы Как не стоит носить головные уборы

Учимся на ошибках героев стритстайла

GQ
Революция 1989: хроника событий Революция 1989: хроника событий

Хроника событий, связанных с падением Берлинской стены

Дилетант
Что не так со статьей, по которой возбуждено дело против компании «Рольф» Что не так со статьей, по которой возбуждено дело против компании «Рольф»

Основатель компании «Рольф» обвиняется в незаконном выводе средств за рубеж

Forbes
Нейронные герои Нейронные герои

Валерий Шарипов рассказал «Популярной механике» о своих синтетических героях

Популярная механика
Как выбрать кроссовки для каждого вида тренировки — разбираемся в тонкостях Как выбрать кроссовки для каждого вида тренировки — разбираемся в тонкостях

Разбираемся в тонкостях выбора кроссовок для каждого вида спорта

Cosmopolitan
Как узнать свою видеокарту на Windows 10: простые способы Как узнать свою видеокарту на Windows 10: простые способы

Показываем, как узнать модель графического адаптера. Несколько простых способов

CHIP
Вице-президент США станет миллионером благодаря пенсии Вице-президент США станет миллионером благодаря пенсии

Основную часть активов вице-президента Майка Пенса составляет его пенсия

Forbes
Стэн Смит: история человека, который стал ботинком Стэн Смит: история человека, который стал ботинком

История Стэна Смита, ставшего самым известным брендом в мире спортивной обуви

Esquire
«Что бы ты ни поставил в карту, все равно будут пить Sauvignon Blanc». Сомелье о странной любви русских к зеленому вину и вкусах миллениалов «Что бы ты ни поставил в карту, все равно будут пить Sauvignon Blanc». Сомелье о странной любви русских к зеленому вину и вкусах миллениалов

О винной культуре в России и создании винной карты для «Шоколадницы»

Forbes
8 глянцевых обложек, которые повторили через много лет 8 глянцевых обложек, которые повторили через много лет

Восемь самых удачных ремейков известных обложек

РБК
Бренд Forever 21 положил в посылки с одеждой бесплатные диетические батончики. Клиентки посчитали, что им намекают на лишний вес Бренд Forever 21 положил в посылки с одеждой бесплатные диетические батончики. Клиентки посчитали, что им намекают на лишний вес

Бренд одежды Forever 21 был вынужден извиниться перед своими клиентками

Esquire
Обзор смартфона INOI kPhone 4G: создан для детей Обзор смартфона INOI kPhone 4G: создан для детей

INOI kPhone 4G: устройство, адаптированное под нужды ребенка и родителей

CHIP
Как перестать заедать стресс фастфудом: 8 проверенных способов Как перестать заедать стресс фастфудом: 8 проверенных способов

Как обуздать жажду поедания нездоровой пищи

Playboy
Пропавшие грамоты. Как столичные власти загнали себя в ловушку Пропавшие грамоты. Как столичные власти загнали себя в ловушку

Выборы в Мосгордуму планировались как скучные

СНОБ
Исландские фильмы для всех видов настроения: от бунтарства до депрессии Исландские фильмы для всех видов настроения: от бунтарства до депрессии

Если вы еще не знакомы с исландским кино, то этот материал — ваш лучший подарок

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

Интересные релизы сериалов и фильмов

Esquire
Как покорить мужчину за 60 секунд Как покорить мужчину за 60 секунд

Бери пример с героинь книг и фильмов

Лиза
Все о Кори «Коко» Гауфф — 15-летней сенсации Уимблдона Все о Кори «Коко» Гауфф — 15-летней сенсации Уимблдона

Звезда тенниса, за которую болеют Серена Уильямс и Мишель Обама

Vogue
Как носить пиджак с джинсами Как носить пиджак с джинсами

Рассказываем (и показываем), как соединить вещи из разных вселенных

GQ
Скейтер, модель, дизайнер и художник: кто такой Блонди Маккой Скейтер, модель, дизайнер и художник: кто такой Блонди Маккой

Esquire рассказывает о разных гранях таланта молодой звезды Блонди Маккоя

Esquire
Боишься летать на самолете? 6 лайфхаков, которые помогут успокоиться Боишься летать на самолете? 6 лайфхаков, которые помогут успокоиться

Бояться — это нормально, но страх можно победить!

Playboy
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
Разменная монета холодной войны: как учителя из США остались без российских виз Разменная монета холодной войны: как учителя из США остались без российских виз

В июле Россия отказала в визах 30 учителям Англо-американской школы

Forbes
Британский хитмейкер Эд Ширан с новым проектом покоряет Apple Music Британский хитмейкер Эд Ширан с новым проектом покоряет Apple Music

Эд Ширан представил музыкальный проект «No.6 Collaborations Project»

Cosmopolitan
Внутренняя симфония Внутренняя симфония

Как пианист и композитор Даниил Трифонов стал мировой звездой

Forbes
«Обаяние работает эффективнее красоты» «Обаяние работает эффективнее красоты»

На большие экраны вышел фильм «Анна» с Сашей Лусс в главной роли

Grazia
16 незаслуженно пропущенных фильмов 2015-го 16 незаслуженно пропущенных фильмов 2015-го

Мы отобрали для тебя реально замечательные кинокартины 2015 года

Maxim
Пока не попросили вернуть: любимые бренды российских звезд Пока не попросили вернуть: любимые бренды российских звезд

Кто стал фаворитами Ханны, Филиппа Киркорова, Ольги Бузовой и других

Cosmopolitan
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
Открыть в приложении