Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Итак, Эйнштейну понадобилось всего два принципа для создания своей революционной теории пространства и времени: принцип относительности и принцип постоянства скорости света. [133] Если скорость света не зависит от скорости его источника, то согласно принципу относительности она также не зависит и от скорости наблюдателя. Вооружённый этими на вид достаточно простыми идеями, он смог заполнить все недостающие пробелы.

Эйнштейн начал с того, что дал определение времени. Он говорил с детской прямотой и простотой: «Время — это то, что измеряют часы». [134] Американский физик Джон Уилер говорил: «Время — это то, благодаря чему все события не происходят одновременно». Осталось лишь понять, что такое часы.

Эйнштейн представил себе самые простые из возможных часов, состоящие из источника света и плоского зеркала на определённом расстоянии от него. Одним делением на часах обозначалось время, необходимое свету, чтобы достичь зеркала, отразиться от него и снова вернуться к источнику.

Теперь вообразите, что такие часы находятся в поезде, который мчит мимо вас. Конечно, чтобы вы могли их увидеть, вам нужно рентгеновское зрение (или прозрачные стенки вагонов), но давайте абстрагируемся от деталей, ведь это всего лишь мысленный эксперимент, который поможет нам усвоить базовые понятия. Важно лишь то, что, пока свет движется к зеркалу и от него, и он, и само зеркало движутся относительно вас вместе со всем поездом. Для вас луч не направлен на зеркало строго вертикально вверх, а образует угол. Соответственно, и к источнику он возвращается под углом. С вашей точки зрения свет не перемещается вверх и вниз, а движется по сторонам равнобедренного треугольника. Ему приходится проходить большее расстояние, а значит, временной интервал, который мы замеряем с помощью этой конструкции, увеличивается. Вот почему движущиеся часы действительно идут медленнее.

С помощью аналогичных геометрических аргументов можно доказать, что с вашей точки зрения линейка, находящаяся в том же поезде, укорачивается в направлении движения.

Если вы думаете, что эти аргументы выглядят искусственными и касаются лишь абстрактных часов и линеек, вспомните, что все атомы, из которых состоит ваше тело, тоже действуют подобным образом. Логика Эйнштейна применима и здесь, и с ней абсолютно невозможно бороться. Все часы (а их работу как раз и проверяют с помощью отражения светового луча) в конечном итоге сводятся к простой конструкции, которую мы только что описали. [135] Если поезд движется со скоростью v , то путём простых геометрических вычислений можно доказать, что часы в его вагоне идут медленнее часов на перроне на 1 / √(1 – v 2 / c 2 ). Кроме того, можно вычислить, что длина линейки в том же вагоне тоже уменьшится на 1 / √(1 – v 2 / c 2 ). Число 1 / √(1 – v 2 / c 2 ) называют фактором Лоренца и обозначают греческой буквой γ.

Время замедляется, а пространство сжимается везде в зависимости от вашего относительного движения. Ваше время и время другого человека различны, [136] Что мы имеем в виду, когда говорим, что какое-то событие произошло в определённое время, например, кто-то зажёг спичку в 11 утра? Эйнштейн понял, что это означает одновременность двух событий: стрелки часов указали на 11, а спичка загорелась. Но представьте себе, что кто-то пытается зажечь спичку в вагоне поезда, движущегося с запада на восток. Человек в крайнем западном конце вагона увидит огонь раньше, чем в восточном, потому что за то время, пока свет долетит до него, поезд продвинется вперёд, сократив расстояние, которое свету необходимо покрыть. Так как возможность признавать одновременность явлений — это, по Эйнштейну, основание для учёта времени, неспособность сделать это означает, что универсального времени для всех не существует. равно как и ваше пространство и пространство других людей. Измерения пространства и времени связаны со скоростью сигнала, то есть световой скоростью. А это значит, что его постоянство имеет огромное значение для нашей реальности.

Для того чтобы написать свою работу, Эйнштейну потребовалось пять недель, и за это время он сбросил ньютоновские взгляды с пьедестала и заменил их собственными. Своему коллеге Йозефу Заутеру из патентного бюро он сказал об этом: «Я не могу описать словами, как я счастлив». [137] Flückiger M. Albert Einstein in Bern. — Bern: Verlag Paul Haupt, 1972. — P. 158.

Статья «К электродинамике движущихся тел» была опубликована 28 сентября 1905 года. В конце любой научной работы обычно приводится список трудов других авторов, которые на неё повлияли. Эйнштейн не добавил в этот список ни одной работы. Из других учёных он упомянул только великих физиков Ньютона, Галилея, Клерка Максвелла и Герца, да и то лишь для отсылки к их работам. На самом деле другие учёные действительно никак не повлияли на рассуждения Эйнштейна, по крайней мере в значительной степени. Многие отмечали разрозненные элементы новой картины мира, но никто не видел её во всей полноте. Это был фундаментальный принцип, связавший всё воедино.

И Галлей, и Рен, и Гук подозревали о существовании закона обратных квадратов, но лишь Ньютон, вооружённый точными определениями массы и силы и своими законами движения, смог понять его до конца. Догадки не приносили пользы, пока не появился Ньютон со своим чётким видением всей картины. Именно поэтому и он, и Эйнштейн после него сумели фундаментально изменить человеческие представления о мире.

В работе Эйнштейна отсутствовал не только список ссылок на другие публикации. Обычно авторы научных статей благодарят людей, которые помогли им своими советами или обсуждениями. Но Эйнштейн в своём патентном бюро в Берне был одиночкой, неизвестным в научных кругах. В конце работы он упомянул лишь одного человека, написав: «Моему другу и коллеге Мишелю Бессо, который всегда был рядом во время моей работы над вопросами, поднятыми в этой статье. Я благодарен ему за множество ценных замечаний».

Тот факт, что вся Вселенная построена на фундаменте световой скорости, имеет более далеко идущие последствия, чем различие времени и пространства для разных людей. Всё гораздо серьёзнее. Время одного человека — не то же самое, что время и пространство другого человека, а ваше пространство отличается от пространства и времени другого.

В самой медленной полосе вселенского движения, где проходит наша жизнь, это не очевидно, но вы бы определённо это заметили, если разогнались бы до скорости, близкой к световой. Время и пространство — не просто резина, которую можно растягивать до бесконечности. Они могут переходить друг в друга. Всё потому, что они представляют собой две стороны одного и того же явления: пространства-времени.