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
29 невероятных пейзажей Земли 29 невероятных пейзажей Земли

Земля богата местами, вид которых кажется невозможным

Популярная механика
Лайк и репост: вместо тысячи слов Лайк и репост: вместо тысячи слов

Что нас побуждает ставить лайки и делать репосты и как развивается зависимость

Naked Science
«Солнцестояние» – сюрреалистический кошмар, аналогов которому в современном массовом кино нет «Солнцестояние» – сюрреалистический кошмар, аналогов которому в современном массовом кино нет

Это очень, очень странный и временами невыносимый фильм

GQ
Бенедикт Камбербэтч: «Дети – лучший якорь в нашем плаванье» Бенедикт Камбербэтч: «Дети – лучший якорь в нашем плаванье»

Трудно поверить, но Бенедикт Камбербэтч считает себя личностью вполне заурядной

Psychologies
Тест AMD Ryzen 7 3700X: топовая производительность по разумной цене Тест AMD Ryzen 7 3700X: топовая производительность по разумной цене

Новый процессор AMD Ryzen 7 3700X с тактовой частотой 4,4 ГГц

CHIP
Ниже солнца, выше воды Ниже солнца, выше воды

Беспилотное судно с почти неограниченным запасом хода

Популярная механика
«Я им поверил». Дерипаска рассказал детали своих разговоров с ФБР «Я им поверил». Дерипаска рассказал детали своих разговоров с ФБР

Олег Дерипаска поделился деталями своих переговоров с ФБР в 2009-м и 2016 году

Forbes
Поплатиться за крипту: как налоговые органы доберутся до майнеров Поплатиться за крипту: как налоговые органы доберутся до майнеров

Вопрос налогообложения криптодеятельности все еще остается открытым

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
MAXIM рецензирует бельгийский ответ Хичкоку, триллер «Материнский инстинкт» MAXIM рецензирует бельгийский ответ Хичкоку, триллер «Материнский инстинкт»

Фильм о том, чего люди боятся больше, чем зомби и пришельцев. Он о потере детей

Maxim
Чартеры в Турцию: куда отправиться в морское путешествие на яхте Чартеры в Турцию: куда отправиться в морское путешествие на яхте

В какую сторону дрейфует рынок яхтенного чартера

Forbes
Как программист из Праги стал миллиардером благодаря бесплатному антивирусу Avast Как программист из Праги стал миллиардером благодаря бесплатному антивирусу Avast

Как скромному чеху удалось создать компанию, которая конкурирует с гигантами?

Forbes
Что читать: 13 романов из длинного списка Букеровской премии 2019 года Что читать: 13 романов из длинного списка Букеровской премии 2019 года

О том, что происходит с Букеровской премией в 2019 году

Esquire
Что нужно знать про дайверские часы Что нужно знать про дайверские часы

Рассказываем о главных водонепроницаемых новинках и их важнейших характеристиках

РБК
«Без штрафов началась ломка». Нарушителей накажут через смартфон «Без штрафов началась ломка». Нарушителей накажут через смартфон

Обновленный сервис для фиксации нарушений «Помощник Москвы» начали тестировать

РБК
Уволен руководитель спецотряда ФСБ «Альфа» Уволен руководитель спецотряда ФСБ «Альфа»

Валерий Канакин был уволен с должности «некоторое время назад»

Forbes
Как снизить риск рака Профилактика и ранняя диагностика: новейшие исследования и технологии Как снизить риск рака Профилактика и ранняя диагностика: новейшие исследования и технологии

Онкологические заболевания занимают вторую строчку в списке причин смертности

Русский репортер
Как работают нейросети? Как работают нейросети?

Задали эксперту по нейросетям семь простых вопросов, чтобы разобраться

GQ
7 коктейлей, которые девушки пьют этим летом (теперь ты знаешь, что делать) 7 коктейлей, которые девушки пьют этим летом (теперь ты знаешь, что делать)

Смело можешь заказывать один из этих красавцев

Playboy
Нарвались на штрафной: самые громкие скандалы с российскими футболистами Нарвались на штрафной: самые громкие скандалы с российскими футболистами

Скандальные события из жизни российских футболистов

Cosmopolitan
Как часы могут быть медленными или быстрыми? Как часы могут быть медленными или быстрыми?

Когда речь заходит о точности часов, все говорят об их скорости

GQ
Алена Апина: «Не умею быть артисткой вне сцены» Алена Апина: «Не умею быть артисткой вне сцены»

Певица призналась, какой мужчина ей понравится

StarHit
Почти 40% россиян не хотят видеть Путина у власти после 2024 года Почти 40% россиян не хотят видеть Путина у власти после 2024 года

После пенсионной реформы президент перестал быть неуязвим для критики

Forbes
Со всеми остановками Со всеми остановками

Психологи объясняют, как сделать возможной желанную встречу

Psychologies
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
Не садитесь за стол с Цукербергом. Искусственный интеллект от Facebook обыграл лучших мастеров покера Не садитесь за стол с Цукербергом. Искусственный интеллект от Facebook обыграл лучших мастеров покера

Искусственный интеллект обыгрывает лучших игроков в техасский безлимитный холдем

Forbes
«Русский Amazon уже заработал»: как изменится маркетплейс «Беру» и довольны ли им Сбербанк и «Яндекс» «Русский Amazon уже заработал»: как изменится маркетплейс «Беру» и довольны ли им Сбербанк и «Яндекс»

Маркетплейс «Беру» уже стал «русским Amazon»

Forbes
Машины времени Машины времени

Так заботиться об автомобилях, как это делают жители Кубы, не умеют нигде в мире

Вокруг света
Иконы стиля 1970-х, которые будут вдохновлять вас грядущей осенью Иконы стиля 1970-х, которые будут вдохновлять вас грядущей осенью

Бьянка Джаггер, Лорен Хаттон и другие музы современных дизайнеров

Vogue
Открыть в приложении