Краткие ответы на большие вопросы

Общая теория относительности стала крупной интеллектуальной революцией, которая изменила наши представления о Вселенной. Эта теория имеет отношение не только к искривлению пространства, но и к искривлению, или искажению, времени. Эйнштейн в 1905 году понял, что пространство и время теснейшим образом связаны друг с другом. Так родилась его частная (специальная) теория относительности, связывающая пространство и время воедино. Описать событие можно с помощью четырёх параметров. Три из них описывают положение события. Событие может происходить на севере или востоке, в стольких-то километрах от Оксфордской площади и на такой-то высоте над уровнем моря. В более крупном масштабе это могут быть Галактическая широта и долгота — это углы в сферической системе координат, центром которой является Солнце. Третьей, дополняющей их координатой служит расстояние от Солнца. Четвёртый параметр — время события.

Таким образом, можно представить пространство и время как четырёхмерную сущность, которая называется «пространство-время». Каждая точка пространства-времени помечена четырьмя параметрами, которые определяют её положение в пространстве и времени. Объединить пространство и время в пространство-время было бы несложно, если бы существовал уникальный способ определения времени и положения каждого события. В блестящей статье 1905 года, которую Эйнштейн написал, ещё будучи сотрудником патентного бюро в Швейцарии, он показал, что время и положение, в котором, как считается, происходит событие, зависят от того, как движется наблюдатель. Это означает, что время и пространство неразрывно связаны между собой.

Время, в которое происходит событие, для разных наблюдателей будет одинаковым, если наблюдатели не движутся относительно друг друга. Но разница будет тем заметнее, чем выше их относительная скорость. Возникает логичный вопрос: а насколько быстро нужно двигаться, чтобы время для одного наблюдателя пошло вспять относительно времени другого наблюдателя? Ответ — в этом лимерике:

Очень шустрая мисс из Дакоты
Говорила: «Эйнштейн — это что-то!
Раз летала я где-то
Выше скорости света
И вернулась за день до отлёта!».[18]

Так что единственное, что нам нужно для путешествия во времени, — космический корабль, который будет обладать сверхсветовой скоростью. К сожалению, в той же статье Эйнштейн показал, что реактивной тяги, необходимой для ускорения космического корабля, по мере приближения к скорости света будет требоваться всё больше и больше. Точнее, потребуется бесконечное количество энергии для достижения скорости, превышающей световую.

Таким образом, статья Эйнштейна 1905 года исключает возможность путешествия в прошлое. Она также показывает, что космические путешествия к звёздам должны стать весьма длительным и утомительным делом. Если нельзя путешествовать со сверхсветовой скоростью, то полёт от нас до ближайшей звезды и обратно займёт как минимум восемь лет, а к центру Галактики, соответственно, примерно 50 000 лет. Если корабль будет двигаться со скоростью, близкой к световой, то для людей на борту полёт к центру Галактики займёт всего несколько лет. Но это не станет большим утешением, потому что на Земле за эти тысячи лет, разумеется, все их друзья и близкие умрут и будут давно забыты. Поэтому, кстати, авторы научно-фантастических романов стараются найти способы как-то обойти эту неприятность.

В 1915 году Эйнштейн показал, что влияние гравитации можно объяснить предположением о том, что пространство-время искривляется, или искажается, под воздействием материи и энергии. Мы можем наблюдать такое искривление пространства-времени под воздействием массы Солнца: видимое положение звёзды или источника радиосигнала слегка смещается, когда Солнце оказывается между земным наблюдателем и источником. Изменение очень незначительное, примерно одна тысячная градуса, — это как перемещение на сантиметр относительно километра. Тем не менее его можно измерить с высокой точностью, и оно соответствует расчётам общей теории относительности. У нас есть экспериментальные доказательства искривления пространства и времени.