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

Большая ракета Илона Маска Большая ракета Илона Маска

Сверхтяжелая ракета Big Falcon Rocket готовится вытеснить все прошлые разработки

Популярная механика
Эти десерты стоит заказывать в ресторанах прямо сейчас Эти десерты стоит заказывать в ресторанах прямо сейчас

Делимся находками последних недель

Vogue
Курултай для своих, деспотия для чужих Курултай для своих, деспотия для чужих

В Орде русские князья считались бесправными вассалами

Дилетант
Кожевник 21 века о заказах для фанатов плеток, косплеев и о том, кто еще носит кожу Кожевник 21 века о заказах для фанатов плеток, косплеев и о том, кто еще носит кожу

Современный кожевник рассказал все о своей редкой профессии

Playboy
И к селу, и к городу: первый взгляд на новый Renault Kaptur И к селу, и к городу: первый взгляд на новый Renault Kaptur

Есть такой особый класс автомобилей — народные

Популярная механика
Полный гид по фестивалю Present Perfect Festival 2019 в Петербурге Полный гид по фестивалю Present Perfect Festival 2019 в Петербурге

С 26 по 28 июля в Петербурге пройдет Present Perfect Festival

Cosmopolitan
Как носить пиджак с джинсами Как носить пиджак с джинсами

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

GQ
Вкусный гид по Италии Вкусный гид по Италии

В Италию надо приезжать во всеоружии, изучив все кулинарные традиции

Лиза
Сколько человек задержали в Москве на митинге 27 июля: главное Сколько человек задержали в Москве на митинге 27 июля: главное

На митинге в Москве задержали более 1000 человек

Esquire
Почему Midsummer Night's Dream обернулся ночным кошмаром Почему Midsummer Night's Dream обернулся ночным кошмаром

Вечеринка Midsummer Nightʼs Dream: Terra Incognita, разочаровала гостей

РБК
Маскирующийся под PornHub вирус связали с работающими на власти российскими хакерами Маскирующийся под PornHub вирус связали с работающими на власти российскими хакерами

Канадские эксперты обнаружили шпионское программное обеспечение для Android

Forbes
Экономика минимума: почему дизайнерам выгодно делать самые простые украшения Экономика минимума: почему дизайнерам выгодно делать самые простые украшения

Почему минимализм по-прежнему в хитах продаж не только в масс-маркете

Forbes
19 качеств настоящего мужчины, от которых без ума все женщины 19 качеств настоящего мужчины, от которых без ума все женщины

Качества настоящего мужчины с точки зрения женщины

Playboy
Ради чего идти на Фестиваль гастрономических развлечений Ради чего идти на Фестиваль гастрономических развлечений

Тако со звездой «Мишлена», титулованный рамен из Нью-Йорка, тайский стритфуд

Vogue
ОПЕК+ продлит сделку по сокращению нефтедобычи. Как это повлияет на нефть и рубль? ОПЕК+ продлит сделку по сокращению нефтедобычи. Как это повлияет на нефть и рубль?

Страны ОПЕК рекомендовали продлить сделку по сокращению нефтедобычи

Forbes
Слежка за соцсетями и изучение связи Рунета с глобальной сетью: что хакеры нашли в архиве «тайного подрядчика ФСБ» Слежка за соцсетями и изучение связи Рунета с глобальной сетью: что хакеры нашли в архиве «тайного подрядчика ФСБ»

Хакеры взломали сервер «тайного подрядчика ФСБ»

Forbes
Мечта путешественника Мечта путешественника

Предприниматель из Новосибирска создал единую сим-карту для 200 стран

Forbes
Самые высокооплачиваемые диджеи мира — 2019. Рейтинг Forbes Самые высокооплачиваемые диджеи мира — 2019. Рейтинг Forbes

Ветераны электронной музыки Tiësto и Армин ван Бюрен и другие герои рейтинга

Forbes
Сергей Кожаков: «И я, как говорят, поймал хайп» Сергей Кожаков: «И я, как говорят, поймал хайп»

26 июля Вamboo.Bar с размахом отпразднует свое 10-летие

Maxim
Пример для подражания: Джеймс Нортон Пример для подражания: Джеймс Нортон

Шесть уроков британского стиля от главаря русской мафии

GQ
Третья смена: почему  Clarins своим успехом обязан семейным обедам Третья смена: почему  Clarins своим успехом обязан семейным обедам

О прошлом, настоящем и будущем компании Clarins

Forbes
Каково это — защищать в судах жертв современных рабовладельцев Каково это — защищать в судах жертв современных рабовладельцев

Миллионы человек во всем мире прямо сейчас находятся в рабстве

Esquire

Фрагмент книги Евгения Чижова

Esquire
Одна из богатейших предпринимательниц США обвинила Bank of America в гендерной дискриминации Одна из богатейших предпринимательниц США обвинила Bank of America в гендерной дискриминации

Производитель ювелирных изделий Alex and Ani предъявил банку иск на $1,1 млрд

Forbes
«Коммерсантъ» предупредил о возможном уходе Visa и MasterCard из России «Коммерсантъ» предупредил о возможном уходе Visa и MasterCard из России

Второе чтение поправок в закон «О национальной платежной системе»

Forbes
Почему часы с царапинами стоят дороже? Почему часы с царапинами стоят дороже?

От кого вы ждете честности? От своих часов

GQ
10 приложений, которые помогут решить все типичные проблемы россиянина 10 приложений, которые помогут решить все типичные проблемы россиянина

Эти приложения помогут во всех ежедневных заботах и сэкономят тебе деньги

Playboy
Виктор Рыбин: «Дома меня ласково зовут: «Эй, иди сюда!» Виктор Рыбин: «Дома меня ласково зовут: «Эй, иди сюда!»

Солист группы «Дюна» о том, какие небылицы читает о себе в Интернете

StarHit
Коррозия металла Коррозия металла

Зендая меняет амплуа

Vogue
«Филимонова Дмитрий Владиславович»: как оппозицию могут снять с выборов в Мосгордуму «Филимонова Дмитрий Владиславович»: как оппозицию могут снять с выборов в Мосгордуму

Прием документов от кандидатов на выборы в Мосгордуму завершился 6 июля

Forbes
Открыть в приложении