Дао физики

Рис. 19. Два наблюдателя, созерцающие зонтик

Для наблюдателя А зонтик находится слева от него в слегка наклоненном положении, так что ближе к нему верхний конец. Наблюдатель Б видит зонтик справа от себя, и верхний конец кажется ему расположенным дальше. Если мы переведем этот пример из двумерного в трехмерное пространство, то увидим, что обозначения «слева», «справа», «вверху», «внизу», «под наклоном» и т. д. будут определяться положением наблюдателя в пространстве, а значит, окажутся относительными. Это было известно задолго до теории относительности. А вот в том, что касается времени, в классической физике ситуация была иная. Считалось, что последовательность событий во времени не зависит от наблюдателя. Такие понятия, как «до», «после» и «одновременно», рассматривались как абсолютные, не зависящие от системы координат.

Эйнштейн обнаружил, что все временные характеристики тоже относительны и зависят от наблюдателя. Мы привыкли думать, что последовательность событий универсальна. Это убеждение порождено тем, что скорость света (около 300 000 км/с) в сравнении с любыми другими знакомыми нам скоростями настолько высока, что мы можем считать, будто наблюдаем явления в тот момент, когда они происходят. Но это неверно. Свету требуется время, чтобы преодолеть расстояние между объектом и наблюдателем. Как правило, оно очень мало, и распространение света можно считать мгновенным; однако если наблюдатель движется с высокой скоростью относительно наблюдаемых явлений, промежуток времени между событием и его наблюдением играет решающую роль при определении последовательности событий. Эйнштейн понял, что тогда наблюдатели, движущиеся с различными скоростями, будут упорядочивать события во времени по-разному[153]. Два явления, кажущиеся одновременными одному, могут происходить в различной последовательности для других. При обычных скоростях различия так малы, что выявить их практически невозможно, но, если скорости приближаются к световой, возникают эффекты, которые можно измерить. В физике высоких энергий, где событиями являются взаимодействия движущихся почти со скоростью света частиц, относительность времени подтверждена многочисленными экспериментами[154].

Относительность времени тоже заставляет отказаться от ньютоновского абсолютного пространства. Ранее считалось, что пространство в каждый момент содержит каким-то образом распределенную материю. Но сейчас, когда мы знаем, что одновременность событий относительна и зависит от местоположения наблюдателя, невозможно определить такой момент для Вселенной. Отдаленное в пространстве явление, которое происходит для одного наблюдателя в один момент, для другого может произойти раньше или позже. Поэтому мы не можем говорить о «моментальном состоянии Вселенной» в абсолютном смысле. Не существует и абсолютного пространства, независимого от наблюдателя.

Теория относительности показала, что все измерения в пространстве и времени утрачивают абсолютное значение. Важность этого открытия показана в словах Менделя Cакса[155].

Истинно революционное содержание теории Эйнштейна в том, что… она отрицает то, что пространственно-временная система координат существует в виде объективной реальности в качестве физического целого. Теория относительности утверждает, что пространственные и временные координаты — элементы языка, которым пользуется наблюдатель, описывающий мир[156].

Это утверждение физика XX в. показывает близкое сходство представлений о времени и пространстве в современной науке и древней восточной философии, утверждавшей, что пространство и время — «всего лишь названия, формы мышления, общеупотребительные слова».