Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Специальная теория относительности предсказывает удивительные вещи. Для того чтобы выполнялся постулат о постоянстве скорости света в любой равномерно движущейся системе отсчета, должно изменяться многое: например, должно замедляться время на часах в звездолете по сравнению с часами неподвижного наблюдателя на Земле[29].

Теория, кроме того, предсказывает сокращение длины звездолета в направлении его полета[30] — с точки зрения (относительно) наблюдателя, оставшегося на планете. Но при этом наблюдатель на звездолете не заметит, что и звездолет, и сам на­блюдатель на его борту сплющатся в том же направлении. Зато луч света будет распространяться для обоих наблюдателей с ­одной и той же скоростью — скоростью света с.

Скорость света измерялась неоднократно за последнее столетие. Неважно, приходит ли к нам на Землю свет от приближающейся или удаляющейся звезды, его скорость всегда одинакова — это скорость света с.

Эффекты специальной теории относительности, предсказанные Эйнштейном, подтвердились ­фактами. Оказалось, что часы на борту космического корабля и часы на Земле действительно идут с разной скоростью. И дело не в том, что на борту корабля часы выходят из строя. Само время течет медленнее, если осуществляется движение!

Эта картина мира отличается от привычного мира Ньютона. Сэр Исаак Ньютон считал, что во всей Вселенной время течет одинаково, в одном и том же темпе. Хорошо сделанные часы, разнесенные по разным звездным системам, должны идти абсолютно синхронно — так считал ученый, и все человечество вслед за ним не сомневалось, что иначе быть не может.

В картине мира Эйнштейна это не так: и время, и размеры объектов, то есть свойства пространства и времени, изменяются в зависимости от скорости. Для света, который (естественно) движется со скоростью света и никак иначе — ни быстрее, ни медленнее, — время останавливается. Эйнштейн не писал о времени и о пространстве по отдельности. Он считал, что Вселенная существует в едином пространственно-временном многообразии, что время — это тоже координата (четвертая), которую нужно добавить к трем пространственным координатам нашей Вселенной. Все вместе они образуют четырехмерное пространство-время.

Для того чтобы определить положение любого объекта во Вселенной, нам нужно знать все четыре координаты. Представьте себе, что мы хотим назначить встречу товарищу. Мы должны указать полные координаты места и времени встречи: например, угол проспекта Х и улицы Y, в офисе на восьмом этаже в 15 часов. Эти четыре координаты (три пространственные и одна временнáя) полностью определяют, где и когда произойдет встреча.

Специальная теория относительности показывает, что эти координаты связаны друг с другом через скорость.

Мы все время движемся вдоль временной координаты (вдоль оси времени). До Эйнштейна мы считали, что это вечное движение во времени абсолютно равномерно, всегда одинаково и от нас не зависит: река времени несет нас сама из прошлого в будущее. Наши часы (если они хорошо сделаны) идут всегда с одинаковой скоростью. Секунда вчера равна секунде завтра.

Специальная теория относительности утверждает, что это не так. Все зависит от нашей скорости перемещения в пространстве. Даже если мы в пространстве не движемся или движемся медленно, мы тем не менее продолжаем двигаться во времени. В этом случае все (или почти все) наше движение происходит только вдоль оси времени. Но если мы начнем двигаться в пространстве (сядем на ускоряющийся звездолет), наше движение во времени будет замедляться: часть нашего общего движения в пространстве-времени будет все больше «уходить» в пространственные координаты. Если мы разгонимся до огромной скорости (например, 0,999 от скорости света с) — это приведет к тому, что время на звездолете сильно замедлится. Значит ли это, что при достижении скорости света для объекта, обладающего такой скоростью, время, с точки зрения внешнего наблюдателя, остановится?

Это действительно так. Но со скоростью света могут двигаться только объекты, не обладающие массой (другими словами, нашему звездолету это не грозит). Такие объекты — это сам свет (электромагнитные волны), а также так называемые гравитационные волны, предсказанные Эйнштейном в 1916 году и обнаруженные экспериментально ровно через сто лет — в 2016 году. Согласно специальной теории относительности, для световой волны времени не существует.