Искривление времени и пространства

Концепцию относительности, особенно ее общую теорию, с трудом понимают даже ученые физики. Поэтому я не буду пытаться ее объяснять. Вместо этого я перечислю несколько наиболее важных последствий, вытекающих из рассуждений Эйнштейна:*

■ Он постулировал (принял за аксиому), что свет — это поток частиц, энергию которого нельзя рассчитать (впоследствии «константа Планка» подтвердила это предположение). Частицы света были названы «фотонами».

* В моем списке многое позаимствовано из весьма полезного эссе Джона Сим-монса об Эйнштейне (John Simmons. The 100 Most Influential Scientists. 1996, Carol Publishing Group, New York). В нем Эйнштейн занимает вторую позицию, сразу за Ньютоном и перед Нильсом Бором (номер 3) и Чарлзом Дарвином (номер 4).

Специальная теория относительности противоречит интуитивным представлениям о времени и пространстве. По мнению Эйнштейна, ничто (например, сигнал) не может двигаться быстрее света, а скорость света, рассчитанная учеными ранее, не меняется в зависимости от скорости перемещения наблюдателя. Отсюда вытекает, что ни одна пара наблюдателей, движущихся с различной скоростью, не сможет достичь соглашения по поводу того, когда именно произошло какое-либо событие. Следовательно, время и пространство не являются фиксированными, абсолютными количественными величинами. Отсюда также вытекает, что место, где находится наблюдатель, определяет его мнение о том, когда что-то произошло. Вы никогда не сможете точно сказать: «Это случилось в такое-то время в таком-то месте».

Специальную теорию относительности можно применить там, где не работают физические законы Ньютона, а именно для предсказания того, что произойдет на субатомном уровне. Как сказал Эйнштейн: «Масса тела есть мера его энергетического содержания». Отсюда блестящее уравнение Е = тс², где масса (т) служит выражением количества энергии (Е), если ее умножить на квадрат скорости света (с). Специальная теория оказалась очень полезной при разработке теории квантов, которая появилась на свет благодаря Максу Планку и Нильсу Бору в начале XX века. Общая теория относительности имеет отношение к гравитации и исправляет недостатки физики Ньютона. Она переносит специальную теорию на область ускоряющихся систем, таких как космические тела. Благодаря общей теории, мы имеем возможность использовать многочисленные открытия космологии XX века, включая такие явления, как расширение Вселенной и черные дыры. Эйнштейн мысленно представил, как кто-то находится в кабине падающего лифта, у которого оборвались тросы: человек будет находиться в состоянии свободного падения внутри лифта и точно так же, как астронавты на околоземной орбите, чувствовать себя в невесомости, потому что они тоже «падают» по направлению к Земле. Эйнштейн исходил из того, что сила гравитации и сила объекта, который ускоряется, неразличимы. Нет никакой возможности провести различие между гравитацией и ускорением, следовательно, между ними нет никакой разницы. Гравитация — это совсем не та сила, которая, как предполагалось ранее, притягивает все тела друг к другу. Скорее гравитация — это искривление пространства и времени под воздействием физической массы. Пространство искривлено, и общая теория относительности позволяет совершенно точно рассчитать эллиптические орбиты планет.

■ Из общей теории относительности следует, что время нельзя считать независимым от пространства. Время выглядит и ведет себя как четвертое пространственное измерение и может быть искривлено силой гравитации. Если скорость света есть величина постоянная, то время и пространство становятся единой системой координат. Эйнштейн считает, что события происходят в четырехмерном «пространственно-временном континууме».

■ Но самым кощунственным выглядит выраженное Эйнштейном сомнение в том, что «пространство» и «время» — это реальные явления природы, а не просто психологические эффекты. Если форма «пространства—времени» зависит от гравитации и требует наличия материальных тел, то без таких тел пространство и время теряют всякий смысл. Эйнштейн заявил:

«Ранее считалось, что если все материальное исчезнет из Вселенной, время и пространство останутся. Согласно теории относительности, однако, время и пространство исчезнут вместе с материальным «.