В современной научной парадигме пространство и время это нематериальные абстракции, в рамках которых заключена и функционирует (изменяется) вся материя Вселенной. Тем не менее, человечество довольно уверено управляется с этими нематериальными феноменами в своей повседневной жизни и даже смогло наладить тотальный учёт и контроль в этой сфере. Ежемесячные платёжные документы от управляющих компаний за квадратные метры вашего жилья надёжно подтверждают этот факт, а пеня за каждый просроченный день неуплаты убедит любого, что со временем шутки плохи. Тем не менее, сегодня я хотел обсудить с вами, уважаемые читатели, такие довольно абстрактные и далекие от практической жизни понятия как кванты пространства и времени. Под квантом естественно будем понимать неделимые части пространства и времени. А вот насколько применимо к пространству и времени понятие квант, давайте попробуем разобраться вместе.
В этом вопросе современная физика продвинулась довольно далеко. Уже больше 100 лет квантовая механика в своих теоретических построениях опирается на планковские единицы измерения пространства и времени. Планковская длина ограничивает масштаб расстояний пространства Минковского, на котором работает теория относительности и квантовая механика и в силу этого считается минимально возможной длиной нашей Вселенной. Т.е. с некоторыми оговорками планковскую длину можно условно считать квантом пространства. В Планковской системе единиц минимальный линейный размер пространства нашей Вселенной вычисляется по формуле:
Почему представленная цифра является минимально возможной, внятного объяснения нет, как нет и какого-либо физического смысла в формуле, благодаря которой получено это значение. Однако расстояниями и размерами материи меньше планковских современная физика не занимается, рассудительно полагая, что на таких расстояниях известные законы физики не работают.
В свою очередь наличие в теоретической модели мироздания такой физической абстракции как минимальная планковская длина неизбежно порождает другую физическую абстракцию – минимальный квант времени. Естественно, что эти две абстракции связаны друг с другом через ещё одну фундаментальную константу современной теоретической физики – скорость света. Напомню, что планковское время – это промежуток времени, за который безмассовая частица преодолевает планковскую длину, двигаясь со скоростью света.
Как вы уже догадались интервалов времени, меньше планковского времени тоже не может быть, по крайней мере, с точки зрения квантовой физики. В рамках современной космологии, пожалуй, самым замечательным свойством планковского времени является то, что за столь ничтожный промежуток времени сразу после Большого Взрыва гравитация успела отделиться от остальных фундаментальных сил природы. И с тех пор проявляет свою самостоятельность, притягивая любую материю Вселенной друг к другу. Даже страшно себе представить какие силы были задействованы природой сразу после БВ, чтобы играючи преодолеть силу гравитации и разбросать всю материю Вселенной на такие огромные расстояния. И самое главное не понятно, куда эти силы бесследно исчезли? Просто представьте масштаб силы гравитации всей материи Вселенной, собранной в одной точке. Кто или что может противостоять такой силе?!!! Да всё-таки к Большому Взрыву остаётся очень много вопросов, на которые нет ответов. Однако мы с вами отвлеклись от темы. Вернёмся к нашим квантам пространства-времени. Как мне кажется, физический смысл планковского времени понятен и легко объясним. Минимальное расстояние (планковскую длину) поделили на максимальную скорость (скорость света) и получили минимальное время. Всё просто! А вот найти такую же простую логику для физического пространства, ограниченного планковской длиной, нам вряд ли удастся. Даже если мы вспомним, что постоянная планка – это коэффициент, связывающий величину энергии кванта (минимальной части) электромагнитного излучения с его частотой, то это никак не поможет нам в разгадке истинного смысла планковской длины.
Поэтому на сегодняшний день нам остаётся просто поверить умным людям, что планковская длина действительно самая маленькая в природе и меньше её ничего быть не может. Ну, либо попытаться самостоятельно объяснить физический смысл квантов пространства и времени.
Для начала предлагаю просто немного порассуждать на предмет возможных минимальных значений линейных размеров 3-х мерного пространства и интервалов времени. Как вы считаете, уважаемые читатели, можем мы с вами взять и разделить планковскую длину пополам? Ответ очевиден – конечно, можем! А сколько раз мы можем повторить это математическое действие? Да сколько угодно – бесконечное количество раз. С точки зрения банальной арифметики у нас нет никаких ограничений. И также совершенно очевидно, что любое из полученных нами значений может без всяких ограничений рассматриваться как расстояние от одной точки пространства до другой. Следовательно, планковская длина или квант пространства, если они действительно существуют, должны иметь внятное физическое ограничение. А вот чтобы разобраться есть ли такие физические ограничения в реальном мире, нам потребуется в первую очередь определиться с самим понятием пространства. Если пространство это нематериальный объект, а только лишь вместилище материальных объектов, то совершенно очевидно, что оно не квантуется. Нельзя ограничить некую нематериальную абстракцию абсолютными размерами ни сверху, ни снизу. Нематериальное пространство бесконечно во всех направлениях. Но в таком случае о пространстве нельзя говорить как о физической сущности. Выходит, что трёх мерное пространство - это чисто математическая абстракция, используемая людьми для определения координат материальных объектов относительно друг друга. В этом случае в рамках любых физических теорий можно с некой долей вероятности говорить только о конечных размерах материальных объектов, размещаемых в пространстве. А если быть точным, то даже не о размерах самих материальных объектов, а о точности инструментов, с помощью которых мы пытаемся измерить размеры этих объектов. И квантовать естественно в этом случае правомерно исключительно материю, а не пространство. Подобного рода рассуждения абсолютно справедливы и в отношении квантования времени. С точки зрения математики мы можем делить любой интервал времени на бесконечное число меньших интервалов без всяких ограничений. Единственным сдерживающим фактором в этом случае будет точность наших инструментов измерения времени. Т.е. время как некая нематериальная абстракция точно также как и пространство не квантуется. Фиксируют те или иные интервалы времени исключительно наши средства измерения времени. Само время бесконечно и непрерывно, как и пространство. Эти достаточно простые логические построения убеждают нас, что квантов пространства и времени не существует. Планковские длина и время это никакие не кванты пространства-времени, а всего лишь некие числа, отражающие глубину наших знаний об окружающем нас мире. И в этом смысле теория струн или ещё более новомодная теория петлевой квантовой гравитации ничем не лучше классической квантовой механики. Все эти теоретические модели физического мира предполагают существование квантов пространства-времени. Т.е. априори ограничивают масштаб пространства и времени, переводя их из разряда бесконечных математических абстракций в некие физические субстанции, собранные из элементарных частиц – квантов. Такой подход не имеет ничего общего с материализмом и с моей точки зрения в корне неверен. Попытки квантования пространства-времени это современные формы проявления агностицизма – учения отрицающего принципиальную познаваемость мира. Воздвигая барьеры в виде квантов на пути познания физического мира любая научная теория автоматически ограничивает область своего применения. Пожалуй, отношение к квантовой физике это тот редкий случай, когда я полностью согласен с А. Эйнштейном, задававшим вполне резонный вопрос сторонникам квантовой физики – «Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на неё смотрите?».
