Но Эйнштейн доказал, что абсолютного пространства не существует.
Помимо абсолютного пространства, Ньютон также верил в постоянное время, которое словно отсчитывали гигантские часы где-то во Вселенной. А раз время абсолютно, то для всего сущего интервал между любыми двумя событиями одинаков.
Эйнштейн же доказал, что такого явления, как абсолютное время, тоже нет. «Я не могу разговаривать с вами о времени, — писал Грэм Грин, — потому что моё время отличается от вашего».
Именно так. Временной интервал одного человека может быть не таким, как у другого, и это же правило верно и для пространственных интервалов. Время и пространство — это всего лишь песок, который пересыпается с места на место, а фундамент нашей Вселенной — это скорость света.
Если вам кажется, что эти рассуждения слишком туманны, то не волнуйтесь — так оно и есть. Эйнштейн начал свой путь к научным открытиям в 16 лет, просто задумавшись о том, можно ли поймать солнечный луч. Это навело его на мысли о том, что в ньютоновских законах движения есть некоторые пробелы, а также на идеи, как их заполнить. Но ему всё ещё нужно было разработать последовательную теорию, основанную не на предположениях, а на фактах, из которой свойства пространства и времени выводились бы максимально ясно. Именно над этим Эйнштейн и работал в течение нескольких недель после знаменательной встречи с Бессо в мае 1905 года.
Два краеугольных камня относительности
Эйнштейн построил свою теорию, которую мы знаем как специальную теорию относительности, на двух краеугольных камнях.
[131] Первым было утверждение о том, что скорость света не зависит от скорости его источника или наблюдателя. Вторым являлся «принцип относительности».
Ещё Галилей в XVII веке понял, что в движении с постоянной скоростью по прямой что-то не так. Такое движение ничего не меняет. Представьте себе, что вы бросаете своему другу мяч. Неважно, стоите ли вы в поле в 20 шагах от него или находитесь на таком же расстоянии, но на палубе корабля (при условии, что он плывёт ровно). В обоих случаях мяч будет двигаться по воздуху одинаково.
Из этого наблюдения Галилей сделал вывод, что законы движения едины для всех людей, которые движутся с постоянной скоростью относительно друг друга. Иными словами, если бы с помощью транспортёра материи из «Звёздного пути» вас перенесли в корабельную каюту без окон, по броску мяча вы бы не смогли определить, находитесь вы на суше или в море. Говоря научным языком, закон движения, сведённый Ньютоном после смерти Галилея к трём постулатам, инвариантен для движения с постоянной скоростью по прямой линии. Он не сможет подсказать вам, находитесь вы в равномерном движении или нет. Всё потому, что понятие абсолютного движения, то есть движения в отношении абсолютного пространства по Ньютону, совершенно не имеет смысла.
Эйнштейн расширил «галилееву относительность». Согласно его принципу относительности инвариантными относительно равномерного движения являются не только законы движения, но и вообще все законы физики. Иными словами, нельзя провести такой эксперимент (включая и эксперименты с распространением света), который показал бы вам, движетесь вы или нет.
Как мы уже знаем, гипотетической средой, через которую якобы двигалась световая волна и в которой можно было измерить движение, считался эфир. Принцип относительности Эйнштейна позволяет полностью избавиться от этой идеи,
[132] показывая, что это всего лишь выдумка, тупик, в который учёные зашли по ошибке, реинкарнация «абсолютного пространства» Ньютона, возникшая в XIX веке. Свету не требуется среда для движения, потому что он представляет собой самоподдерживающуюся волну в электромагнитном поле. Так как абсолютное пространство больше не могло играть роль фона для измерения абсолютной скорости, можно говорить только о скорости относительной. Если мимо вас пролетит самолёт, его пространство в этот момент будет сжиматься, а время — замедляться. Вы можете задаться вопросом, как пилот самолёта будет в эту секунду видеть вас. Правильный ответ — точно так же, как вы видите его. Для него вы будете сжиматься в направлении своего движения и двигаться медленно, как будто вы завязли в патоке. Картина будет совершенно симметрична, потому что важно лишь относительное движение. Вы движетесь относительно пилота, а пилот — относительно вас, и при этом ваши скорости равны (хоть направления и различаются). Эйнштейн шутил на этот счёт: «Когда этот Цюрих останавливается в поезде?».
Итак, Эйнштейну понадобилось всего два принципа для создания своей революционной теории пространства и времени: принцип относительности и принцип постоянства скорости света.
[133] Вооружённый этими на вид достаточно простыми идеями, он смог заполнить все недостающие пробелы.
Основы относительности
Эйнштейн начал с того, что дал определение времени. Он говорил с детской прямотой и простотой: «Время — это то, что измеряют часы».
[134] 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.
