В то же время Пероуз показал [5], что наличие именно трех пространственных измерений и одного временного напрямую следует из существования спинорной структуры. Если пространство-время наделено такой структурой (а оно такой структурой действительно обладает, т. к. существуют частицы со спином ½), то оно, однозначно, будет только четырехмерным с тремя пространственными измерениями и единственным временем. Это впечатляет, хотя я здесь и не могу раскрыть достаточно полно этот момент и доступно объяснить, что есть спинорная структура. Непосвященному читателю придется и так поверить в полученные выводы.

Другой, еще более революционной, теорией, появившейся в ХХ века стала квантовая механика. Хотя она на прямую и не связана с понятиями пространства и времени, используя «готовую» теорию относительности, квантовая механика тем не менее и здесь внесла новизну. Я говорю о предсказании существования так называемых виртуальных частиц. Дело в том, что даже в пустом пространстве постоянно идет процесс рождения и гибели виртуальных пар частица-анитичатица, происходит, как говорят, кипение вакуума. Причем это кипение никаким образом нельзя остановить или усилить, его причина лежит именно в квантовой неопределнности, физические поля не могут польностью обратиться в ноль ни при каких условиях, всегда существуют так называемые нулевые колебания, флуктуации около нуля. Для нас это имеет самое решительное значение, т.к. пространство, оказывается, всегда чем-то заполненным, не может быть в принципе(!) пустого пространства, есть физический вакуум. Нет и «пустого», «не наполненного» событиями времени, всегда есть процесс рождения-гибели виртуальных пар. Вспомним, этим вопросом о существовании пустого пространства и времени, «если ничего не происходит», как раз и задавался Декарт и другие философы. Так современная физика дали однозначный ответ, на один из древних вопросов.

Но главную проблему для теории гравитации Эйнштейна квантовая механика создает в другом. Принцип неопределенности Гейзенберга и вероятностную трактовку всех явлений надо расширить на само пространство-время. «Вероятностная геометрия» (хорошо бы звучало) это уже что-то совсем поразительное. Скажу сразу, этот вопрос до сих пор не решен, является одним из центральных в фундаментальной теоретической физике начале третьего тысячелетия и носит название – квантовая гравитация (то чем и занимается автор реферата).

Кстати, Эйнштейн до конца своих дней был противником квантовой механики и считал ее лишь временной теорией, хорошо описывающей явления микромира на данном этапе, однако, ее принципиальная сторона Альберту не нравилась, «бог не играет в кости», – любил он говорить, возражая против вероятностной трактовки, существующей в квантовой физики. Природа квантовых явлений на самом деле, считал Эйнштейн, лежит глубже, есть скрытые параметры, а мы не зная их можем вычислять явления лишь с той или иной вероятностью. Некоторые придерживаются мнения, что суть квантовых явлений в особом поведении пространства-времени на малых масштабах. Но, скажу, это сейчас не является общепризнанной позицией, квантовая механика принята подавляющим большинством физиков как фундаментальная теория.

Теперь объясню, как квантовая механика, «мешает» теории гравитации Эйнштейна. Дело в том, что как и другие физические поля, гравитационное поле подвержено квантовым флуктуациям, эдакому дрожанию, неопределенности. Именно об этом и говорил в свое втором замечании, которое касается бесконечно малого, Риман (см выше). Риман, конечно, не имел и представления о квантовой физике, но он правильно предостерег нас, что нельзя автоматически считать пространство плоским в малом, если оно плоское на макроскопическом масштабе. Чтобы непосвященный читатель понял, я приведу сравнение с морем. Море плоское, однако если вглядеться, то на поверхности воды есть рябь, т.е. в малом поверхность воды отнюдь не плоская.

Размер этой неопределенности пространства-времени крайне мал. Из простых соображений можно указать масштаб, на котором эти флуктуации становятся столь значительными, он называется планковским масшатабом. «Квант» простраственной длины равен приблизительно 10-33 см, а «квант» времени 10-43 сек. То, на сколько это ничтожные величины, можно понять если размер электрона равен 10-13 см. Т.е. планковская длина на 20 (!) порядков меньше размеров электрона. На таких малых расстояниях и промежутках времени физика пространства-времени должна (именно должна, а не «может быть») сильно отличаться от привычной, и ОТО Альберта Эйнштейна не применима (становится неправильной).

К сожалению на современном этапе мы можем лишь только догадываться, что делается на таких масштабах. На настоящем этапе нет ни последовательной теории, ни возможности проведения эксперимента в области квантовой гравитации. Хоть я и использовал (замечу в кавычках) термины «квант пространства», «квант времени» их нельзя пока считать чем-то дискретным или вкладывать какой-либо другой смысл, т.к., повторю, что это – мы не знаем, а лишь можем оценить по порядку величины планковский масштаб.

Все без исключения теории, имеющие дело с пространством-временем, до сих пор считают эти его непрерывным многообразием, это подразумевал Ньютон, это подразумевал Эйнштейн, это принято сейчас. Однако, если мы откажемся от представления, что пространство-время – непрерывное многообразие без края (по сути это началось с Декарта), а будем считать его множеством более общего типа, то, видимо, как отмечает американский математик Пенроуз [5], мы придем к новой физике и к новому пониманию природы пространства. Такие попытки делались (некоторые из них описывает Блохинцев [12]), но они настолько слабы, что даже назвать их гипотезами довольно трудно. Это и понятно, ведь помыслить пространство не непрерывным, или каким-то, может быть, еще более странным, и развить соответствующую теорию не удается пока даже нам, людям, уже привыкшим к революциям в мировоззрении.

6. Не конец

Мне кажется, я достаточно полно осветил, основные представления о пространстве и времени, существовавшие на протяжении веков. Основной прогресс, однако, в понимании сути был достигнут лишь в уходящем веке в связи с бурными изменениями в физике. Хотя, говорить, что стала окончательно ясна суть, конечно рано. Сейчас судьба вопроса всецело в руках физики, как и должно быть, и, надеюсь, скоро, с созданием теории квантовой гравитации, мы станем обладателями нового, еще более полного и правильного, понимания того, что же такое пространство и время. Поэтому ставлю многоточие…

Литература

1. Р.Фейнман, Характер физических законов

2. Б.Рассел, История западной философии

3. Аристотель, Собрание сочинений

4. Блохинцев, Пространство-время и элементарные частицы

5. Р.Пенроуз, Структура пространства-времени

6. Э.Мах, Механика

7. Э.Мах, Познание и заблуждение

8. И.Ньютон, Математические начала натуральной философии

9. Б.Риман, О гипотезах, лежащих в основаниях геометрии