В двух словах о теории относительности

Во времена Эйнштейна большинство людей жили по своим часам, как вы и я сегодня. Но мы живем во времени и пространстве. Например, как долго вам добираться до Института процессуальной работы и как далеко он от вашего дома? Время и пространство можно отделять друг от друга. Все по-прежнему делают это. Такое разделение означает, что показания ваших часов не имеют никакого отношения к тому, где вы находитесь и что делаете. Иными словами, ваша привязка ко времени и ваше местоположение кажутся не связанными друг с другом.

Однако со времен Эйнштейна ученые пришли к выводу, что массивные планеты и звезды изгибают пространство или пространство-время. Чем больше и массивнее объекты, тем больше они изгибают пространство и лучи света, проходящие через пространство. Эйнштейн понял, что кто-то, движущийся на космическом корабле, будет измерять время и пространство события на Луне иначе, чем мы будем измерять его на Земле.

Наше чувство времени и пространства зависит от нашей общепринятой реальности. То, что мы видим, зависит от нашего положения и скорости. Эта относительность создает проблему различия во вселенной! Ваши представления о пространстве и времени будут отличными от представлений других людей, если они живут в других системах отсчета. Поэтому, вообще говоря, измерения пространства и времени, полученные в одной данной системе отсчета, совсем не обязательно будут совпадать с показателями, полученными в других системах отсчета.

В нашей наиболее общей космополитической системе отсчета XXI века, если вы не в состоянии делать все вовремя, – значит с вами что-то «не так». С этой точки зрения у вас проблемы, так как вы не следите за временем. Но с другой точки зрения вы можете быть на грани становления даосом, поскольку ваш отсчет времени зависит от вашего положения, вашего чувства окружающего пространства и от «времен», в которые вы живете.

Многие люди не живут в точном соответствии с часами и линейками. Примером могут служить австралийские аборигены, жители Сибири, Тувы, коренные американцы. Есть островное время, время побережья Орегона, Портленда, мое время, внутреннее время. Многие люди говорят: «Давайте договоримся о встрече в восемь часов вечера в пятницу». Некоторые люди приходят туда в восемь, тогда как другие приходят, когда «случается» их приход. Их время и пространство не единственная реальность. Время и пространство не являются абсолютными мерами.

Эйнштейн сознавал, что для понимания пространства нам нужен еще один инструмент, потому что пространство может быть искривленным. Пространство не просто линейно простирается по прямым линиям. Пространства, в которых мы живем, слегка искривлены, они имеют «гиперболическую» форму. В математике «гиперболический» означает что-то, имеющее отношение к гиперболе, или кривой. Пространство нашей Вселенной является гиперболическим. Например, морской анемон имеет гиперболическую форму. Наша Вселенная искривлена сходным образом. Из-за кривизны луч света, проходящий в пространстве мимо нашей планеты, должен будет слегка изгибаться, поскольку пространство вблизи нашей планеты искривлено. «Прямая» мерная линейка, измеряющая пространство вблизи нашей планеты, изгибалась бы, если бы она была достаточно длинной.

Если мы помещаем огромный массивный объект вроде планеты вблизи плоского куска пространства, это пространство будет искривляться.

На полевом изображении Эйнштейна одна область, содержащая эти изображения, искажена. Возможно, неподалеку находится массивный объект или планета. Пространство изгибается, потому что вблизи массивных объектов наподобие нашей планеты пространство является искривленным, а не плоским. Когда объекты движутся в пространстве, пространство искривляется. Пространство всегда немного искривлено, оно не находится просто в неизменном состоянии.

Рис. 18. Поле Эйнштейна

Реальность более кривая и безумная, чем мы обычно осознаем (широко улыбается)[11]. Представьте себе, что прямой луч света, движущийся вдоль ткани пространства, искривляется, проходя через пространство-время. Его искривляет гравитация или поле пространства-времени. Поскольку эксперименты доказали существование кривизны, сегодня ее никто не оспаривает. Но как Эйнштейн пришел к этой странной идее?

Подобно всем нам он знал, что поле тяготения воздействует на вещи и заставляет падать на землю, если их роняют. Но он спросил себя о том, правы ли все, говоря вслед за Исааком Ньютоном, что их тянет вниз тяготение? По существу, он сказал себе: «Я не вижу тяготения. Быть может, пространство искривлено, и именно поэтому вещи падают». Откуда мы знаем, что мы не ускоряемся или не вращаемся и что это и есть притяжение, которое мы ощущаем?

Рис. 19. Мысленный эксперимент Эйнштейна. Справа: кто-то может думать, что шарик падает из-за тяготения. Слева: снаружи видно, что шарик падает вследствие ускорения. Такого рода ускорение может быть обусловлено и кривизной пространства

Как можно видеть на правой стороне рисунка, Эйнштейн представил себе человека в закрытой ракете. Изнутри вы ощущаете действие чего-то вроде тяготения, так что шарик падает на пол. Но если вы не можете выглянуть наружу, то можете не осознавать, что вы движетесь в пространстве с ускорением, которое создает ракетный двигатель (слева). Значит, рассуждал он, если пространство искривлено, то вы могли бы чувствовать действующие на вас тягу или нажим, как бывает, когда вы быстро проходите поворот на автомобиле. Пространство искривлено. Вот почему мы ощущаем давление на нас как тяготение. Что-то нас тянет или толкает. Мы не видим или не сознаем, что нас тянет. Эйнштейн рассуждал, что пространство должно быть искривлено, и что большинство людей не видят этой кривизны и попросту называют опыт тяги/нажима тяготением.

Обычное повседневное пространство на нашей планете вполне прямое. Просто измеряйте высоту, длину и ширину комнаты. Но обычное пространство – это лишь один аспект пространств нашей вселенной, пространства– времени. Физики с этим согласны.

Хотя сегодня идея тяготения больше не нужна, она по-прежнему используется, поскольку обычным людям ее легче понимать, чем искривленное пространство– время. В известном смысле тяготение «фиктивно», его не существует в реальности, но оно продолжает сохраняться в общепринятых воззрениях, потому что так его немного легче понять.

То же происходит и в психологии. Например, если у вас портится настроение, все говорят, что вы комплексуете. Ваши родители были плохими людьми, или оставляли вас без внимания или чрезмерно вам потакали и так далее. Однако этот «комплекс» мог быть вызван чем-то намного более универсальным – чем-то вроде изгиба в пространствевремени, чем то, что вас искривляет, «кружит вам голову»[12]. Да, мы знаем, что идея комплекса полезна. Мы продолжаем ее использовать, потому что она кажется близкой к обыденному мышлению, объясняя, что вы сегодня такой из-за своего отца или своей матери. Это может быть верным или неверным с точки зрения причинной связи.

Но есть другой способ смотреть на наш мир. Мы не результат того или этого. Мы связаны с меняющимся пространством вокруг нас. Кажется, будто этот или тот человек нас тянет, но это может быть кривая в пространстве, которую мы переживаем как пространственно– временное сновидение. Сами прямые линии могут быть прямыми только потому, что имеют лишь малую кривизну.

Основа жизни кривая, и лишь в редкие моменты вещи кажутся прямыми! Мы находимся в искривленном фантастическом мире, но большинству из нас приходится превращать его в прямую, линейную вселенную, потому что о ней легче говорить. (См. Приложение 2; оно может помочь вам лучше понимать кривизну пространствавремени.)

Эйнштейн выступил со своей первой статьей о специальной теории относительности в 1907 году. Его вторая статья об общей теории относительности появилась на восемь лет позже, в 1915 году. Она описывала искривленную природу пространства-времени. Поначалу эта идея не нравилась многим ученым, но потом, после экспериментального доказательства ее правильности, они ее приняли. Существуют экспериментальные свидетельства, такие как изгибание лучей света, которые показывают, что вселенная, в которой мы живем, искривлена. Она не плоская и прямая, как думают некоторые люди. Нам нужно признать, что вселенная искривляет нас: она – хореограф танца!