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

В химии всегда будет работать правило октета В химии всегда будет работать правило октета

Есть ли место идеям Менделеева в современной науке, живы ли они?

Наука и жизнь
Считаем киловатты: какие энергосберегающие лампочки лучше для дома? Считаем киловатты: какие энергосберегающие лампочки лучше для дома?

Извечная борьба энергосберегающих ламп: люминесцентные VS светодиодные

CHIP
Многоразовый космический корабль Многоразовый космический корабль

Как космический корабль «Буран» опередил свое время

Наука и Техника
Катя IOWA: «К большой мечте всегда приводят маленькие шаги» Катя IOWA: «К большой мечте всегда приводят маленькие шаги»

Эта девушка точно с другой планеты

Cosmopolitan
Портал в прошлое Портал в прошлое

Как выглядели туристические точки больше ста лет назад – путешествие во времени

Вокруг света
В здоровом теле В здоровом теле

Звездный тренер о том, как помогала худеть Валерии

StarHit
Как жить в семье экологично? Как жить в семье экологично?

Сделать экопривычки частью своей жизни не так сложно, как кажется

Psychologies
Ловушка от Путина. «Похороны либерализма» как эффективная политтехнология Ловушка от Путина. «Похороны либерализма» как эффективная политтехнология

Заявление Владимира Путина о смерти либерализма бьет по самому больному

Forbes
Октавиан Август: удачливый и коварный Октавиан Август: удачливый и коварный

В традициях имперского Рима Октавиан Август считался образцовым государем

Дилетант
Что делать, чтобы твоя пятая точка не потела этим жарким летом: 7 дружеских советов Что делать, чтобы твоя пятая точка не потела этим жарким летом: 7 дружеских советов

Вполне возможно, ты и сейчас испытываешь дискомфорт по этому поводу

Playboy
Как паковать чемодан, чтобы все уместить и не сойти с ума: 6 лайфхаков Как паковать чемодан, чтобы все уместить и не сойти с ума: 6 лайфхаков

С самого начала нужно следовать определенным правилам упаковки чемодана

Playboy
Как разговаривать с детьми, чтобы они чувствовали себя любимыми Как разговаривать с детьми, чтобы они чувствовали себя любимыми

Построить с детьми доверительные отношения — стоящая цель для родителей

Psychologies
5 современных британских художников, о которых нужно знать 5 современных британских художников, о которых нужно знать

От Дэвида Хокни до Трейси Эмин.

GQ
Совладелец IBS решил не передавать бизнес по наследству Совладелец IBS решил не передавать бизнес по наследству

Сооснователь IBS Group Сергей Мацоцкий не будет передавать бизнес по наследству

Forbes
Стал известен состав артистов live-сцены фестиваля Alfa Future People 2019 Стал известен состав артистов live-сцены фестиваля Alfa Future People 2019

О крупнейшем российском фестивале электронной музыки Alfa Future People

Cosmopolitan
Бейонсе, Канье Уэст и Тейлор Свифт — о любви к деньгам Бейонсе, Канье Уэст и Тейлор Свифт — о любви к деньгам

Что высокооплачиваемые звезды думают о своем финансовом благополучии

РБК
Заграница не поможет: как взыскивают зарубежные активы собственников Заграница не поможет: как взыскивают зарубежные активы собственников

Излюбленные места российского капитала — Великобритания, Монако, Кипр, Испания

Forbes
Почему все носят часы Audemars Piguet Royal Oak? Почему все носят часы Audemars Piguet Royal Oak?

Дизайн часов Audemars Piguet Royal Oak придумали за одну ночь

GQ
Читаем на каникулах: 10 главных детских книг лета по версии Forbes Life Читаем на каникулах: 10 главных детских книг лета по версии Forbes Life

10 новых детских книг о взрослении, дружбе, любви

Forbes
Алена Свиридова: «Жажду смерти на сцене!» Алена Свиридова: «Жажду смерти на сцене!»

Певица призналась в коварстве и объяснила, почему мужчинам стоит ее побаиваться

StarHit
Грета Тунберг: да, нет, знаю Грета Тунберг: да, нет, знаю

Грета Тунберг: «Многие люди просто позволяют вещам идти своим ходом. Но не я»

Glamour
Станет ли инстаграм без лайков более «здоровым» Станет ли инстаграм без лайков более «здоровым»

Руководство инстаграма намеревается спрятать количество лайков от пользователей

Vogue
Владимир Мухин: «Это не очень дорого – привезти «Мишлен» Владимир Мухин: «Это не очень дорого – привезти «Мишлен»

GQ поговорил с Владимиром Мухиным, шеф-поваром White Rabbit

GQ
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
«Банки перестали лазить в окна к любимым женщинам»: почему и куда уходят топ-менеджеры крупных банков «Банки перестали лазить в окна к любимым женщинам»: почему и куда уходят топ-менеджеры крупных банков

Высококвалифицированные банкиры покидают отрасль и начинать свои проекты

Forbes
Водородная кругосветка Водородная кругосветка

Кругосветное путешествие катамарана Energy Observer

Популярная механика
«Рынка онлайн-кинотеатров у нас нет». Софья Капкова — о том, готов ли русский зритель платить за контент «Рынка онлайн-кинотеатров у нас нет». Софья Капкова — о том, готов ли русский зритель платить за контент

Софья Капкова рассказывает о жизни своих двух проектов и будущем индустрии

Forbes
Что творится в российском лесу Что творится в российском лесу

Цикл «Сноба» о реальных и мнимых проблемах лесов России

СНОБ
Тофу от поп-музыки или король? Почему Эд Ширан победил шоу-бизнес Тофу от поп-музыки или король? Почему Эд Ширан победил шоу-бизнес

19 июля Эд Ширан даст первый сольный концерт в России на «Открытии Арена»

РБК
Давид Стеньшин: «Чтобы добиться успеха, мы должны страдать» Давид Стеньшин: «Чтобы добиться успеха, мы должны страдать»

Лучший бармен России о том, как он будет зарабатывать миллион долларов в год

GQ
Открыть в приложении