Пространство и время глазами дилетанта

Но, повторим, подобные вопросы релятивистам почему-то совершенно не интересны. Зато запросто можно встретить фразы типа: «Научно доказано, что время замедляется, когда мы начинаем двигаться. Чем быстрее движение, тем больше замедление». И далее красочно расписываются всякие эффекты от замедления. То есть, объяснение предельно ясное – «научно доказано». Всё, вопросы излишни.

Как мы уже упомянули, сам Эйнштейн даже не попытался дать определение понятию «время». Но это не всё. Он, как это ни странно, не озаботился дать определение и такому основополагающему понятию, как «пространство», ограничившись лишь общими, не очень внятными фразами. Но ведь словосочетание «пространство и время» известно всем со школьных лет. Кажется, что здесь всё должно быть «обсосано» до мельчайшей косточки. На деле всё обстоит с точностью до наоборот. Вернее, о пространстве и времени говорится много и охотно, но как-то зацикленно на одном и том же, – на том, что пространство и время представляют собой единое четырёхмерное пространство. И всё бы ничего, но и здесь почему-то никто из объясняющих не считает нужным ответить на очень важные вопросы.

Само по себе понятие четырёх-, как и вообще N-мерного пространства, не ново, оно известно из математики. Но там всё понятно: если к трём осям трёхмерного пространства приделать ещё одну ось, перпендикулярную ко всем остальным трём осям, то получится четырёхмерное пространство. Понятное дело, мы не можем представить себе такое пространство, оно является математической абстракцией. Мы можем воспринимать только проекции объектов этого четырёхмерного пространства на наш трёхмерный мир (и то только в случае, если четырёхмерное пространство реально существует). При всей необычности понятия «четырёхмерное пространство», в математике оно определяется чёткими логическими построениями, совершенно не противоречащими здравому смыслу.

А что в теории относительности? Там четырёхмерное пространство особенное: три оси, как и положено, имеют обычную, «пространственную» размерность, а четвёртая ось это время. И всё это «единое пространство»! Но ведь время не представляет собой такой же вектор, каким является любой вектор в пространстве, и уж никак не может быть перпендикулярным другим осям. В «обычном» пространстве события могут происходить в любой точке. Но никак не в любой точке оси времени. События могут происходить только в настоящее время, но никак не в прошлом и не в будущем. Да и как-то странно говорить о каком-то едином пространстве, если по осям откладываются разные единицы измерения. Как съехидничал участник одного из форумов, «три барана и восемь метров представляют собой единое пространство». А ведь это пространство-время, согласно теории относительности, может ещё и искривляться, под воздействием гравитации, которой, согласно той же теории относительности, не существует. Но об этом несколько позже.

5

Говоря о пространстве, которое, как и время, полностью понятно пока не пытаешься дать ему определение, невольно задаёшься вопросом: а существует ли оно как физическая сущность, или это плод нашего воображения? Вообще-то здесь, в отличие от понятия «время», неясностей меньше. Если совсем упрощённо, то пространство это пустота, заполненная материальными объектами. Модель пространства – комната заполненная мебелью, между которой нет ничего. Ну, в комнате-то есть воздух, а если взять космос, то там есть планеты, между которыми воздуха нет. Правда, никак нельзя сказать, что там нет вообще ничего. Учёные утверждают, что даже в глубоком вакууме ежесекундно возникают и сразу же исчезают бесчисленное множество каких-то частиц. А ещё везде есть различные поля и излучения. Тем не менее, если не вдаваться в подробности, пространство можно представить как «ничего», заполненное материальными объектами. Да и сами эти материальные объекты тоже представляют собой часть общего пространства, только это не пустота, а… В общем, с пространством ясно. В любом случае это пустота, которую заполняет наш трёхмерный мир своими материальными сущностями.

Давайте пока определим и пространство, и время аналогично определению понятия «погода». Самой этой сущности не существует, этим термином мы условно обозначаем совокупность различных атмосферных явлений – дождь, снег, ветер, температура воздуха, атмосферное давление и т.п. Если убрать всё это, то есть, все параметры, характеризующие погоду, то и разговор о самой погоде теряет всякий смысл. И уж совсем абсурдно утверждать, что погода может искривляться или замедляться. Ровно то же самое и с пространством: если убрать всё, что составляет пространство, то и само это понятие теряет смысл. С понятием «время» всё практически так же, но здесь есть некоторые нюансы, несколько ниже мы приведём другую аналогию. Сейчас пока просто запомним, что ни времени, ни пространства как материальных сущностей не существует, это просто иллюзия, порождаемая нашим воображением. Скорее, даже не иллюзия, а условность, очень удобная для ориентировки в нашем вполне реальном мире. Эта мысль не новая, но и не бесспорная. По крайней мере, единого мнения по этому поводу нет.

И всё бы ничего, но теория относительности и здесь без каких-либо внятных объяснений сущности пространства сразу переходит к объяснению его интересных свойств. Главное свойство пространства это, конечно, его искривление вблизи массивных тел. Не уплотнение-разряжение, а именно искривление. А что это вообще такое – искривление пространства? Искривление какого-то физического объекта в пространстве это понятно. Но как представить себе искривление самого пространства, искривление этого «ничего»? Должно же быть представление прямой линии в пространстве, относительно которой искривляется всё пространство, Но с искривлением пространства искривится и прямая линия, как в этом случае судить об искривлении? Относительно чего оно искривляется? И вообще, если что-то может искривляться, то оно существует как материальная сущность. А разве были какие-то опыты по обнаружению пространства и объяснению его материальной сущности? Нет ответа.

6

А что нам говорят многочисленные популярные ролики и статьи о самом пространстве и таком его свойстве, как искривление вблизи массивных объектов? О самом пространстве ничего не говорят и ничего не объясняют, но вот о его искривлении говорят много, и охотно дают наглядные объяснения. Самым стандартным (и почти единственным) наглядным объяснением является следующее. Показана какая-либо упругая поверхность (это может быть как мультипликация, так и реальный макет) с нанесённой на неё сеткой, и на эту поверхность кладётся какой-нибудь груз в виде шара. Поверхность, как и положено, прогибается под тяжестью груза, что очень хорошо видно по искривлению нанесённой на неё сетки. Нам объясняют, что таким образом массивное тело искривляет пространство.

Всё хорошо, но пространство это же не плоскость, это что-то трёхмерное. Да и само это массивное тело прогнуло поверхность под воздействием притяжения Земли, а как пространство-то прогибается? Извините, искривляется. Обычно такие подробности просто игнорируются. Но иногда в мультиках показывают что-то трёхмерное, в виде линий, точнее, в виде объёмной сетки, внутри которой, опять же, массивный шар, который искривляет линии сетки. Всё, конечно, очень наглядно, но что это за линии внутри пространства? Понятно, что это какая-то условность, но какая?

Вообще-то, условно изображать что-то линиями в пространстве, это, конечно, удобно и не ново. Например, для условного изображения электрического поля рисуют линии, в каждой точке которых касательная совпадает с вектором напряжённости поля. Но здесь есть чёткое определение таким линиям и чёткое понимание, что же они условно изображают. Причём, изображают очень наглядно и удобно для понимания сути явления. Точно так же, меридианы, параллели, геодезические линии хоть и не существуют в реалиях, но они условно привязаны к чему-то физически существующему, и очень сильно помогают определять местоположения в мире любого объекта, и вообще, ориентироваться на местности. Но что представляют собой линии, которыми условно изображают пространство? А ничего не представляют. Они нужны лишь для того, чтобы на картинке показать что-то искривлённое вблизи массивных тел. Но что это за сущность, которая искривляется массивными телами, и как она вообще может искривляться, почему-то не объясняется. Это просто пространство. Всё.

Но даже не это самое интересное. При показе плоскости, продавленной грузом, демонстрируют ещё маленький шарик, который запускают по этой продавленной поверхности, и – о, чудо! Он скатывается в ямку к массивному телу! Неискушённый зритель не поймёт, в чём здесь чудо: ну, эка невидаль – шарик в ямку скатился. Но нам объясняют глубинный смысл этого действа: оказывается, это шарик летел в пространстве (напомним, упругая прогнутая поверхность схематично изображает пространство, искривлённое массивным телом), летел прямолинейно, но так как вблизи массивного тела пространство искривлено, то он по этой кривизне прилетел к массивному телу. Вывод: гравитации не существует, просто все тела, пролетая вблизи массивного тела, следуют кривизне пространства, вносимой этим телом, и летят прямо к нему, как мотылёк к огню.

Объяснение, конечно, оригинальное. Но, как и всегда, здесь игнорируется несколько естественным образом возникающих вопросов.

Во-первых, как отмечалось выше, как-то не очень получается представить пространство в виде плоскости. Ну, разве что, представить, что массивное тело со всех сторон облеплено этими плоскостями, которые, в пределе, образуют пространство. Не получится: ведь массивное тело, делая одну поверхность вогнутой, другую поверхность, с противоположной стороны, сделает выпуклой. В пространстве можно представить только какие-то уплотнения-разряжения, а вот такие искривления как-то не представляются. Ну, да ладно.