Большая часть физики путешествий во времени представляет собой теорию относительности с примесью квантовой механики. Впрочем, с точки зрения волшебников Незримого Университета, все эти вопросы связаны с «квантами» — универсальной отговоркой, дающей полную интеллектуальную свободу, то есть возможность объяснить практически что угодно, каким бы странным оно ни казалось. Собственно говоря, чем больше странностей, тем лучше. Приличную порцию квантовой физики вы получите в восьмой главе. Здесь же мы подготовим почву, совершив небольшой экскурс в теорию относительности Эйнштейна: специальную и общую.

В первой части «Науки Плоского Мира» мы уже объясняли, что название «теория относительности» звучит нелепо. Его следовало бы заменить на «теорию абсолютности». Основной смысл специальной теории относительности состоит не в том, что «все относительно», а в том, что одна величина — а именно скорость света — неожиданно оказывается абсолютной. Попробуйте зажечь фонарик в движущейся машине, — говорит нам Эйнштейн, — скорость машины никак не повлияет на скорость света. Этот результат существенно отличается от классической физики Ньютона, согласно которой свет от движущегося фонарика увеличит свою изначальную скорость за счет скорости движения машины. Именно это происходит с мячом, когда вы бросаете его, находясь в движущемся автомобиле. Со светом должно происходить то же самое, но в действительности это не так. Для нашей интуиции теория относительности — настоящее потрясение, и все же, как показывают эксперименты, она действительно соответствует реальному положению дел в Круглом Мире. Разница между физикой Ньютона и Эйнштейна остается для нас незаметной, потому что заметить ее можно только при скоростях, близких к скорости света.

Появление специальной теории относительности было неизбежным; рано или поздно ученые должны были до нее додуматься. Ее первые семена были посеяны еще в 1873 году, когда Джеймс Кларк Максвелл вывел уравнения электромагнитного поля. В «движущейся системе отсчета», то есть со стороны движущегося наблюдателя, эти уравнения приобретают физический смысла только при условии, что скорость света абсолютна. Некоторые математики — в том числе Анри Пуанкаре и Герман Минковский — обратили внимание на этот факт, опередив тем самым Эйнштейна — правда, только на уровне математической теории, поскольку именно Эйнштейн впервые нашел этим идеям применение в физике. Их физические последствия, — как он сам отметил в 1905 году, выглядят довольно странно. По мере приближения к скорости света предметы сокращаются в размере, ход времени практически останавливается, а масса становится бесконечной. Ничто (точнее, ничто материальное) не может двигаться быстрее света, а масса способна превращаться в энергию.

В 1908 году Минковский нашел простое и наглядное представление релятивистской физики, которое теперь называется пространством-временем Минковского. В ньютоновской физике пространство включает в себя три фиксированных координаты: влево/вправо, вперед/назад, вверх/вниз. При этом пространство и время считаются независимыми. В применении же к теории относительности Минковский рассматривал время в качестве дополнительной координаты. Четвертая координата, четвертое независимое направление. четвертое измерение. Трехмерное пространство превратилось в четырехмерное пространство-время. А старые идеи Д’Аламбера и Лагранжа, благодаря подходу Минковского, приобрели новый смысл. Теперь время и пространство можно было в некоторой степени менять местами. Время, как и пространство, стало предметом геометрии.

Это видно на примере релятивистского описания движущейся частицы. С точки зрения ньютоновской физики, частица занимает место в пространстве и перемещается с течением времени. Иначе говоря, в физике Ньютона движение частицы напоминает просмотр фильма. В то время как теория относительности воспринимает движение частицы в виде последовательности отдельных кадров. Этот факт наглядно отражает ее детерминистский дух. Прошлое, настоящее и будущее существует прямо сейчас. С течением времени — по ходу действия фильма — мы сталкиваемся с собственной судьбой, которая в действительности неотвратима и неизбежна. Конечно, отдельные кадры фильма, вероятно, могли бы воплощаться в реальность друг за другом, и тогда самый последний кадр стал бы отражением настоящего времени. Вот только нельзя составить последовательность кадров, которая была бы общей для всех наблюдателей.

Релятивистское пространство-время — это рассказий в геометрическом воплощении.