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

Алюминиевый век Алюминиевый век

История учит нас, что человечество достигло настоящей цивилизации

Наука и жизнь
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
Едят жир и худеют: звезды, которые выбрали кетодиету Едят жир и худеют: звезды, которые выбрали кетодиету

Эти знаменитости, сидящие на «кето», добились прекрасных результатов

Cosmopolitan
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
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Папа, ты же останешься? Папа, ты же останешься?

Что сказать ребенку, если отец редко приходит или и вовсе исчез с горизонта

Лиза
Как появились первые мужские наручные часы? Как появились первые мужские наручные часы?

Мы все должны быть благодарны пилоту Альберто Сантос-Дюмону

GQ
Марш неиспуганных. Как тысячи москвичей устроили несогласованное шествие в центре Москвы Марш неиспуганных. Как тысячи москвичей устроили несогласованное шествие в центре Москвы

Столичные власти жестко отреагировали на несогласованную акцию протеста

Forbes
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
Давай на Патрики! Давай на Патрики!

Интерьер мечты от архитекторов бюро Yodezeen.

AD
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
Все равно ему водить Все равно ему водить

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

Glamour
Не делай так: 10 опасных бьюти-советов из Сети Не делай так: 10 опасных бьюти-советов из Сети

10 популярных лайфхаков, от которых стоит держаться подальше

Cosmopolitan
Как начать управлять своей жизнью: 5 правил Как начать управлять своей жизнью: 5 правил

Что, если попробовать взять управление в свои руки и поменять что-то в себе

Psychologies
Водородная кругосветка Водородная кругосветка

Кругосветное путешествие катамарана Energy Observer

Популярная механика
«Искусством лучше не зарабатывать». Как знаменитые фотографы монетизируют свое творчество «Искусством лучше не зарабатывать». Как знаменитые фотографы монетизируют свое творчество

В Москву приехал единственный русский фотограф международного агентства Magnum

Forbes
Ребятам и зверятам Ребятам и зверятам

Новый дом для большой семьи по проекту бюро BIGO

AD
Каталонская мозаика Каталонская мозаика

Приехав сюда страшно усталым, уже наутро чувствуешь себя полным сил

Добрые советы
Как заработать на инвестициях в общее благо Как заработать на инвестициях в общее благо

Социально ответственное инвестирование позволяет снижать риски

Forbes
Лавапокалипсис. Почему вулканы, опаснее для человечества, чем астероиды и пандемии Лавапокалипсис. Почему вулканы, опаснее для человечества, чем астероиды и пандемии

Оказывается, вулканы давно держат зло на все человечество

Maxim
«История игрушек 4»: еще раз о любви «История игрушек 4»: еще раз о любви

Продолжать относиться к мультфильмам как к детскому развлечению довольно странно

Psychologies
Под знаком культурной апроприации: зачем Кардашьяны зарегистрировали 700 брендов Под знаком культурной апроприации: зачем Кардашьяны зарегистрировали 700 брендов

Вместе с мужем и сестрами Ким владеет правами на сотни брендов

Forbes
Вырастить Марию Кюри. Как заинтересовать девочек точными науками Вырастить Марию Кюри. Как заинтересовать девочек точными науками

Среди ученых и исследователей женщин заметно меньше, чем мужчин

Forbes
Потомок Романовых, обидевший Путина: кто стал новым премьером Великобритании Потомок Романовых, обидевший Путина: кто стал новым премьером Великобритании

Чем известен новый британский премьер

Forbes
Законное право. Есть ли место женщине в совете директоров? Законное право. Есть ли место женщине в совете директоров?

Тренд кросс-индустриальных переходов сегодня набирает обороты

Forbes
23 забытых блокбастера 2000-х 23 забытых блокбастера 2000-х

Все эти фильмы занимали первое место в американском прокате, но куда они делись?

Maxim
Алла Сараева: Нужно ли заменить «Архипелаг ГУЛАГ» Библией в школьной программе Алла Сараева: Нужно ли заменить «Архипелаг ГУЛАГ» Библией в школьной программе

Олег Смолин поддержал инициативу добавить в школьную программу тексты из Библии

СНОБ
Как понять, что вам с девушкой не по пути? 6 признаков, что ты будешь счастливее один Как понять, что вам с девушкой не по пути? 6 признаков, что ты будешь счастливее один

Иногда нужно взглянуть правде в глаза

Playboy
Деньги в бронежилетах, внук генерала. Что известно о подозреваемых в разбое сотрудниках ФСБ Деньги в бронежилетах, внук генерала. Что известно о подозреваемых в разбое сотрудниках ФСБ

В числе подозреваемых в разбое офицеров ФСБ оказался внук генерала

Forbes
Вместе весело шагать Вместе весело шагать

Переживаете из-за того, что у вас мало друзей?

StarHit
Открыть в приложении