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

И мой сурок со мною И мой сурок со мною

Почему нас захватывает рутина и как из неё вырваться?

Psychologies
Водители засыпают и винят в этом пассажиров. Что происходит с такси? Водители засыпают и винят в этом пассажиров. Что происходит с такси?

Из-за усталости и погони за заработком таксисты попадают в серьезные ДТП

РБК
Кто является автором термина «Великая Отечественная война»? Кто является автором термина «Великая Отечественная война»?

Кем впервые было произнесено название войны, которую предстояло пройти СССР

Дилетант
Без цензуры. Тест-драйв нового Kia Soul Без цензуры. Тест-драйв нового Kia Soul

Крайне удивительно, что в автомобильном мире стал очень популярен Kia Soul

РБК
9 фактов о первом «Запорожце» 9 фактов о первом «Запорожце»

Внезапные факты о культовом советском автомобиле

Maxim
«Это самая большая победа Юсупова и Аветисяна». Полная речь Майкла Калви в Басманном суде «Это самая большая победа Юсупова и Аветисяна». Полная речь Майкла Калви в Басманном суде

Полная речь Майкла Калви в Басманном суде

Forbes
Как быстро отрастить волосы мужчине: все необходимые и простые действия Как быстро отрастить волосы мужчине: все необходимые и простые действия

Как отрастить волосы парню правильно, поэтапно и без потерь для здоровья

Playboy
Борис Минц пожаловался на жизнь на £10 000 в неделю и давление на его семью Борис Минц пожаловался на жизнь на £10 000 в неделю и давление на его семью

Бизнесмен Борис Минц считает, что на него и его семью оказывается давление

Forbes
«Сделать классное приложение круче для репутации, чем купить Ferrari». Правила потребления основателя Skyeng Георгия Соловьева «Сделать классное приложение круче для репутации, чем купить Ferrari». Правила потребления основателя Skyeng Георгия Соловьева

Основатель самой большой онлайн-школы английского языка Skyeng Георгий Соловьев

Forbes
Что носят мужчины на Уимблдоне в 2019 году Что носят мужчины на Уимблдоне в 2019 году

Наблюдать с трибун одно из главных теннисных состязаний тоже нужно достойно

GQ
Операция «Акклиматизация» Операция «Акклиматизация»

Смена часовых поясов – серьезное испытание для организма

Лиза
Бизнес, который работает в кризис. 30 самых выгодных франшиз в 2019 году Бизнес, который работает в кризис. 30 самых выгодных франшиз в 2019 году

Forbes составил топ-30 самых выгодных российских франшиз

Forbes
В мужскую моду вернулся секс В мужскую моду вернулся секс

Но это не значит, что вы должны одеваться как мачо

GQ
Бактерии не виноваты: большинство пневмоний вызваны вирусами и не лечатся антибиотиками Бактерии не виноваты: большинство пневмоний вызваны вирусами и не лечатся антибиотиками

Меньше трети случаев воспаления легких вызвано бактериальными инфекциями

Forbes
Хеппи-эндов не будет. Кто станет русским Netflix и возродит ли великий русский роман Хеппи-эндов не будет. Кто станет русским Netflix и возродит ли великий русский роман

Приход Netflix убивает кино в виде, котором его придумали братья Люмьер

Forbes
Кто такой художник Алекс Израэль, который прославляет Калифорнию и сотрудничает с Louis Vuitton Кто такой художник Алекс Израэль, который прославляет Калифорнию и сотрудничает с Louis Vuitton

Алекс Израэль построил свой художественный стиль вокруг калифорнийских образов

Esquire
Лучшие кроссовки будущей недели (с 15 по 21 июля) по версии паблика Please Лучшие кроссовки будущей недели (с 15 по 21 июля) по версии паблика Please

Лучшие кроссовочные релизы

Esquire
Для оформления ДТП придумали новую схему: 6 важных изменений Для оформления ДТП придумали новую схему: 6 важных изменений

Осенью в России кардинально изменятся правила оформления ДТП по европротоколу

РБК
IT без иностранцев: как депутат Горелкин напугал «Яндекс», Mail.Ru и «Мегафон» IT без иностранцев: как депутат Горелкин напугал «Яндекс», Mail.Ru и «Мегафон»

Законопроект об информационно значимых интернет-ресурсах

Forbes
Один Байрон: «Русский театр – лучший в мире» Один Байрон: «Русский театр – лучший в мире»

Один Байрон рассказал, страшно ли жить в России после каминг-аута

Grazia
Как одеваться крупным парням Как одеваться крупным парням

Что делать, если Эди Слиман точно шьет не для вас

GQ
На кону $210 млрд: зачем Сбербанк инвестировал в американских складских роботов На кону $210 млрд: зачем Сбербанк инвестировал в американских складских роботов

Венчурный фонд Сбербанка проинвестировал в стартап Fetch Robotics

Forbes
Искусственный интеллект рядом: как алгоритмы галлюцинируют и учатся Искусственный интеллект рядом: как алгоритмы галлюцинируют и учатся

Бенджамин Браттон рассказал о причудливом поведении искусственного интеллекта

Forbes
Премьерное поведение Премьерное поведение

Рассказываем, что подарил нам 72‑й Каннский фестиваль

GQ
«Очень странные дела» 3 сезон: рецензия (отзыв) «Очень странные дела» 3 сезон: рецензия (отзыв)

СССР и капитализм в «Очень странных делах» оказываются страшнее, чем демоны

Esquire
Самый пьяный округ в мире: лучшие бары этого лета Самый пьяный округ в мире: лучшие бары этого лета

В этом тексте мы расскажем вам о новых и проверенных Forbes Life местах

Forbes
Доктор зло Доктор зло

Мы с детства знаем, что злиться — плохо. Но так ли это на самом деле?

Добрые советы
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
Надо влюбиться Надо влюбиться

Влюбляться, испытывать чувства – нет, это не про тебя. Интересно, почему так?

Лиза
От дворников до системы шифрования: 6 женских изобретений, изменивших мир От дворников до системы шифрования: 6 женских изобретений, изменивших мир

Эти изобретения стали возможными благодаря новаторским идеям женщин

РБК
Открыть в приложении