Знание-сила, 2007 № 08 (962)

Прямо-таки как в черной дыре: наблюдатель, пользующийся обычными часами, через конечное (для себя) время увидит, как его напарник без вести пропал за горизонтом черной дыры. Тот же — по своим часам — скажет, что за конечное время с ним ничего особенного не произошло, и будет падать в нее целую вечность.

Что же получается, Зенон предвосхитил существование черной дыры?! Глядя с высоты веков, можно и не такое примыслить... Важно другое: парадокс Зенона вводит яркий образец относительности (релятивизма) времени, хотя столь же давно известны и другие, правда менее яркие ситуации, когда она проявляется. Почему же тогда термин релятивизм непременно ассоциируется с теорией относительности Эйнштейна?

С точки зрения законов наук, направление движения времени не является существенным. Однако имеются, по крайней мере, три стрелы времени, устанавливающие различие между прошлым и будущим.

Это — термодинамическая стрела, определяющая направление увеличения энтропии; психологическая стрела, задающая такое направление времени, при котором мы помним прошлое, а не будущее; наконец, космологическая стрела, то есть такое направление движения времени, при котором Вселенная расширяется, а не сужается.

С. Хоукинг, 2000

Время? Время дано.

Оно не подлежит обсужденью.

Подлежишь обсуждению ты,

Разместившийся в нем.

Н. Коржавин, ХХ век

Известен старый анекдот, в котором эйнштейновский принцип относительности времени описывается такими словами: если парень целует девушку, то час проходит как минута, а если стоять в очереди за мукой, то минута кажется часом. Разумеется, в анекдоте мы имеем дело тоже с относительностью времени, но времени, измеряемом по биологическим часам. По этим часам, с чем большей частотой происходят значимые события (поцелуи), тем короче единица измерения времени, тем больше их укладывается в отрезок астрономического времени. В пределах данного текста это единственный случай, когда релятивизм времени является субъективным, связан с индивидуальными биологическими часами и определяется качествами наблюдателя. Во всех остальных случаях, как выше, так и ниже, как до Эйнштейна, так и после него, неодинаковость хода часов, принадлежащих разным наблюдателям, является чисто физическим явлением, не зависящим от биологических свойств наблюдателя и его психологических заморочек.

Так что же такое на самом деле эйнштейновский релятивизм? Это — прежде всего отрицание абсолютности понятия одновременности. Если два события А и В, происшедшие в разных точках пространства, представляются одновременными одному наблюдателю, другой посчитает, что событие А произошло раньше, чем В, а третий — наоборот, что событие А произошло позже, чем В. Как это так? Такое положение дел вытекает из старого галилеевского принципа инвариантности, неизменности, который гласит, что физические процессы проистекают одинаково во всех системах отсчета, движущихся друг относительно друга с постоянной скоростью, дополненного новым, не менее дерзким постулатом Эйнштейна о том, что есть такая скорость, которую не может превысить ни один сигнал, способный передать информацию. При этом максимальная скорость — раз уж она максимальная — одна и та же в любой движущейся системе отсчета, иначе они не были бы эквивалентны.

Теоретически такой постулат быть выведен или доказан не может, однако экспериментально не замечено сигналов, распространяющихся быстрее, чем скорость электромагнитного излучения (света, радио, гамма-квантов) в вакууме. Она и принята в качестве предельной скорости. Так вот, если три упомянутых наблюдателя движутся с постоянной скоростью — один в одну, а второй в другую стороны относительно первого наблюдателя, то ввиду того, что сигналы о происшедших событиях приходят к ним не мгновенно, а с обязательным запаздыванием, события А и В и будут восприниматься ими как неодновременные. В специальной теории относительности — а это и есть теория, вытекающая из принципа инвариантности Галилея и постулата об ограниченности скорости передачи информации — получается также результат о замедлении движущихся часов, наблюдаемый при нынешних технических возможностях непосредственно уже при скоростях обитаемых космических аппаратов. Хотя они и сильно меньше скорости света. Выводы специальной теории относительности подтверждаются всем массивом современных экспериментальных данных, и она является надежно установленной истинной физической теорией. Попытки опровергать ее на основе умозрительных построений контрпродуктивны. Они отвергаются научными учреждениями без объяснения причин, и правильно!

Иногда говорят, будто в теории относительности возникает, помимо трех пространственных координат, еще и четвертая — время, — и тем самым мы имеем дело с четырехмерным пространством, в котором и живем. В таком виде это утверждение неверно, потому что оно практически бессодержательно. Любой железнодорожный диспетчер при составлении графика движения поездов пользуется временем как четвертой координатой. Вот вам и четырехмерное пространство без всякой теории относительности!

Дело совсем в другом. В специальной теории относительности четвертая координата оказывается совершенно равноправной с любой из трех пространственных координат. Четырехмерное пространство оказывается наделенным совершенно определенными свойствами и в этом случае называется пространством Минковского, или, более старомодно, псевдоевклидовым пространством. Сказал бы Кант, что такое представление о пространстве-времени является врожденным, априорным, доопытным? Едва ли. Но он мог бы сказать, что оно абсолютно и стал бы защищать этот последний бастион.

Однако Кант давно умер, а Эйнштейн решил, вдохновленный успехом своего детища — специальной теории относительности — пойти в поисках абсолютной идеи о пространстве-времени еще дальше и занялся чем-то, что не было вызвано необходимостью объяснения каких бы то ни было существовавших в то время фактов (в отличие от специальной теории относительности, которая была реакцией на представлявшийся совершенно загадочным опыт Майкельсона, установивший одинаковость скорости распространения света поперек и вдоль направления движения Земли).

Ему очень захотелось, чтобы весь мир управлялся только геометрией пространства-времени. Это ему здорово удалось, но по отношению не ко всему разнообразию явлений, а только к гравитации. Известно еще со времен того же Галилея, что движение тела в поле тяжести (гравитационном поле) не зависит от его массы. Эйнштейн возвел это наблюдение в принцип, назвав его принципом эквивалентности. Он гласит, что сила гравитации эквивалентна силе инерции, которая действует на тело в ускоренной системе отсчета. Например, если кто-то хочет, чтобы жир всплыл на поверхность молока, образовав сливки, он выставит кринку в поле тяжести Земли на подоконнике, а может вместо этого раскрутить ее на центрифуге. Наблюдатель (ускоренный), вращающийся вместе с центрифугой, будет воспринимать действующую на него центробежную силу инерции как гравитационную. Поэтому сливки будут всплывать на поверхность молока, не замечая подмены силы тяжести силой инерции.