Защо толкова ни е трудно да разберем пространството?

Бъди най-интересния човек, когото познаваш

Рixabay.com
Антония Михайлова

Ако цялата материя във Вселената внезапно изчезне, ще съществува ли пространството? Исак Нютон е смятал, че ще съществува.

Според него пространството е нещо подобно на симулатора на холографски обекти от „Стар Трек“ – своеобразна триизмерна мрежа, на която се проектират всички обекти във Вселената.

На първите страници на своя труд „Математически начала на натурфилософията“ Нютон е написал: „Абсолютното пространство по самата своя същност, безотносително към каквото и да било външно, остава винаги еднакво и неподвижно.“

Убедително потвърждение на тази мисъл може да се намери във всекидневния живот. Аз вървя на изток, вие вървите на запад, а сградите почти остават на място – координатната система остава статична.

Но съвременникът на Нютон – немският математик и философ Готфрид Лайбниц – не е приел идеята за абсолютното пространство. Ако премахнем всички тези разнообразни обекти, които заедно съставят Вселената, твърдял той, „пространството“ повече няма да има никакъв смисъл.

Аргументите на Лайбниц стават доста убедителни, ако попаднете в Космоса, където можете да отбележите само своята отдалеченост от Слънцето или другите планети – обекти, които се намират в постоянно движение един спрямо друг. Според Лайбниц единственият разумен извод се заключва в това, че пространството е „относително“ – пространството представлява множество постоянно изменящи се разстояния между вас и различните обекти (и разстоянията между тях), а далеч не „абсолютна реалност“.

Напротив, отвърнал Нютон. Ефектите на абсолютното пространство са напълно наблюдаеми. И за да докаже това, сър Исак провел експеримент с въртяща се кофа с вода. Независимо от своята външна простота този експеримент провокирал началото на спорове за природата на пространството, времето, движението, ускорението и силата, които продължават и до днес.

Нютон ни предлага да си представим кофа с вода, която виси на въже. Ако я завъртим по часовниковата стрелка, въжето ще се навие. Какво ще се случи, ако пуснете кофата? Тя ще започне да се върти срещу часовниковата стрелка – първоначално бавно, а след това бързо.

Но ще се случи още нещо – както пише Нютон, повърхността на водата постепенно ще приема огъната форма, като се спада в средата и се покачва по края. В продължение на известно време кофата и водата ще се въртят заедно. В края на краищата въртенето на кофата ще се забави и тя ще започне да се върти в обратната посока; въртенето на водата също ще се забави и нейната повърхност отново ще стане гладка.

Учениците от горните класове вече знаят за центробежната сила, но какво кара водата да се повдига на края на кофата? Според Нютон това не може да бъде движението на водата спрямо кофата, защото повърхността на водата става най-изкривена в този момент, когато водата се върти най-бързо, „синхронно“ с кофата.

Разбира се, кофата и водата се въртят спрямо Земята, но това също не може да служи като обяснение, защото такъв експеримент, проведен в Космоса, според Нютон ще покаже същия резултат.

От гледна точка на Нютон единственият начин да се обясни експериментът с кофата, е да се каже, че кофата се върти спрямо абсолютното пространство. Тук възниква понятието инерция – още едно ключово понятие в „Математически начала на натурфилософията“ – тоест съпротивлението на тялото на всяко изменение в скоростта или посоката на неговото движение. Когато кофата и водата се въртят, стените на кофата пречат на водата да се движи настрани, затова тя се повдига на края на кофата.

Огромният успех на теорията на Айнщайн е станал финалният удар по Нютоновата концепция за абсолютното пространство, но без тази концепция на абсолютното пространство ние и до днес не можем да разберем смисъла на експеримента с въртящата се кофа.

В своята книга „Тъканта на Космоса“ (The Fabric of the Cosmos) физикът Браян Грийн (Brian Greene) пише, че макар теорията на Айнщайн да е унищожила Нютоновата концепция за абсолютното пространство, тя ни е дала нещо в замяна – четириизмерната структура, наречена пространство-времеви континуум – и според Грийн той се явява абсолютен.

Ние с вас можем да спорим за продължителността на парада или за разстоянието, което са изминали неговите участници, но ще бъдем единодушни за общото разстояние в пространство-времевия континуум между началото и края на парада. Това е доста трудно да се обясни нагледно, тъй като не сме способни да видим четирите измерения, но уравненията на Айнщайн го потвърждават.

И все пак това не е последната дума на Грийн по този въпрос. Сега физиците издигат хипотеза, че полето на Хигс, надаряващо частиците с маса, пронизва цялата Вселена. Докато пространствено-времевият континуум на Айнщайн може да служи като координатна система, спрямо която може да се измери ускорението, теорията на полето на Хигс стига още по-далече – надарявайки със съпротивление всичко, което пронизва това полее, то може да обясни откъде обектите се сдобиват с инерция.

Още една интересна теория е издигнал Пол Дейвис (Paul Davies), физик от Аризонския университет. Той смята, че „празното“ пространство всъщност е подобно на кипяща пяна, състояща се от субатомни частици, които непрекъснато се образуват и изчезват. Според него това „квантово веселие“ може да служи като замяна на абсолютното пространство.

Изминали са повече от три столетия, а въпросите, предизвикани от въртящата се кофа на Нютон – отнасящи се до пространството и движението, масата и инерцията – продължават да вълнуват физиците и философите.

Нещо кара водата да се повдига на края на кофата, но дали това е следствие на структурата на пространство-времето, полето на Хигс или квантова пяна, остава загадка.

Nautilus (със съкращения)

Категории на статиите:
Вселена

Коментарите са затворени.

Мегавселена