Может ли пространство существовать без материи

Представим себе, что вся материя во Вселенной внезапно исчезла. Останется ли тогда само пространство? Исаак Ньютон в "Математических началах натуральной философии" заявил о существовании так называемого "абсолютного пространства": согласно его концепции, это нечто вроде трехмерной сети, на которую "проецируются" объекты. Но прав ли великий ученый?

Ведро Ньютона

Современник Ньютона, немецкий математик и философ Готфрид Лейбниц, утверждал, что если убрать из Вселенной все объекты, составляющие ее содержание, пространство больше не будет иметь никакого смысла.

Скажем, в космосе объекты движутся относительно друг друга. Мы измеряем позиции и расстояния в Солнечной системе в зависимости от расположения небесных тел по отношению к Солнцу и другим планетам. То есть пространство — это совокупность различных объектов, а не "абсолютная реальность".

Между тем, сэр Исаак Ньютон наглядно продемонстрировал справедливость своей теории при помощи эксперимента с вращающимся ведром воды, который он подробно описывает в "Математических началах натуральной философии". Возьмем ведро воды, подвешенное за ручку на веревке, и начнем поворачивать его по часовой стрелке. Веревка, конечно, начнет закручиваться. Если же мы отпустим ведро, оно начнет вращаться против часовой стрелки. Сначала оно будет раскручиваться медленно, но затем — все быстрее и быстрее. Вместе с тем поверхность воды постепенно станет принимать вогнутую форму, опадая посередине и вздымаясь у краев. Какое-то время вода будет вращаться вместе с ведром. Наконец, вращение ведра постепенно замедлится, и оно начнет вращаться в другую сторону. Вращение воды тоже остановится, и ее поверхность снова превратится в гладкую…

С точки зрения Ньютона, любопытно было бы ответить на вопрос, что именно заставляет воду у краев ведра подниматься во время вращения ведра. Ученый рассуждал так: это не могло быть движение воды относительно ведра, так как наиболее искривленной поверхность воды становится в тот момент, когда она вращается на высокой скорости "синхронно" с ведром… Хотя нельзя спорить с тем, что и ведро, и вода в нем, в свою очередь, осуществляют вращение относительно Земли. Если провести подобный опыт в космосе, результат будет аналогичным, считал Ньютон.

Единственное объяснение может состоять в том, что вода вращается относительно абсолютного пространства. Еще одним ключевым понятием в этой теории является инерция -сопротивление тела любым изменениям в скорости или направлении его движения. Таким образом, когда ведро и вода в нем вращаются, стенки емкости ограничивают движение воды, поэтому она движется не в стороны, а вверх.

Если бы Земля остановилась…

В XIX столетии австрийский физик Эрнст Мах выдвинул гипотезу о том, что и движение любых объектов, и явление их инерции можно рассматривать лишь относительно всей остальной материи во Вселенной. В сущности, наша Земля представляет собой только "усложненную версию" ведра Ньютона: за миллиарды лет ее существования она непрерывно вращалась, при этом земной экватор "выпячивался", как и в случае с водой во вращающемся ведре Ньютона. Маха заинтересовало: а если Земля вдруг остановится, при этом все остальные звезды и планеты будут вращаться вокруг нее, останется ли экватор таким же выпуклым?

По Ньютону, без вращения самого объекта это невозможно. Однако Мах считает, что тут все дело в источнике инерции. Если она является следствием массы материи во Вселенной, тогда Земля у экватора останется выпуклой, пока вокруг нее будут вращаться другие тела. Скорее, это близко к теории, предложенной Лейбницем: движение является относительным, а инерция — это мера отношения между конкретным объектом и всей остальной материей, содержащейся во Вселенной. Значит, звезды, галактики и прочие объекты определенным образом воздействуют на форму земного шара, а соответственно, и вогнутую поверхность воды во вращающемся ведре… Правда механизм этого воздействия был неясен и самому Маху. Да и сегодня на него пока нет ответа.

ОТО и физический вакуум

Альберт Эйнштейн позднее ввел в научный обиход словосочетание "принцип Маха" — идею зависимости инерции тела от совокупности всех материальных объектов во Вселенной, которую применил в своей теории общей относительности.

Физик Брайан Грин в книге "Ткань космоса" отмечает, что эйнштейновская теория дает нам взамен абсолютного пространства четырехмерный пространственно-временной континуум, который также имеет свойства абсолюта.

Между тем, Пол Дэвис из Государственного университета Аризоны предположил, что пространство, которое мы считаем "пустым", на самом деле заполнено субатомными частицами, которые непрерывно то образуются, то исчезают… Таким образом, пустота, или вакуум, тоже представляет собой материю. Следовательно, гипотетически пространство может существовать и после исчезновения всех крупных объектов. Впрочем, споры по этому поводу еще не окончены…