вывести на основании их описания универсальные законы природы, им при-
дется сформулировать эти законы таким образом, чтобы они имели одну и ту
же форму во всех системах координат, то есть для всех наблюдателей в от-
носительном движении. Это требование, известное как принцип относи-
тельности, послужило отправной точкой для всей теории относительности.
Интересно, что в шестнадцать лет Эйнштейн осознал существование парадок-
са, который в зародыше содержал в себе теорию относительности. Он попы-
тался представить себе, каким бы увидел луч света наблюдатель, передви-
гающийся в направлении луча со скоростью света, и пришел к выводу о том,
что этот наблюдатель увидел бы электромагнитное поле, колеблющееся назад
и вперед, не продвигаясь в каком-либо направлении, то есть не образуя
волны. Эйнштейн понял, что то, что будет хорошо известным электромагнит-
ным явлением для одного наблюдателя, для другого окажется явлением, ко-
торое противоречит законам физики, и не мог понять этого. На склоне лет
Эйнштейн осознал, что принцип относительности можно удовлетворительно
применять в описании электромагнитных явлений только тогда, когда все
пространственные и временные составляющие относительны. Законы механики,
которые управляют явлениями, связанными с движением тел, и законы элект-
родинамики, теории электричества и магнетизма можно сформулировать в об-
щепринятых "относительных" рамках, которые включают время в свои трех-
мерные координаты в качестве четвертой координаты, рассматриваемой наб-
людателем как относительной. Для того, чтобы проверить, удовлетворяет ли
описание принципу относительности, то есть выглядят ли уравнения теории
одинаково во всех системах координат, нужно провести все обозначения
пространственного и временного положения из одной системы координат в
другую. Такие операции перевода, или трансформации, были хорошо известны
и широко использовались в классической физике. На рис. 16 мы видим, что
каждая из двухкоординат наблюдателя А (одна горизонтальная и одна верти-
кальная, как обозначают линии со стрелками) представлена в виде суммы
двух координат наблюдателя В, и наоборот. Элементарная геометрия позво-
ляет вычислить точные соотношения координат двух наблюдателей.
В релятивистской физике ситуация изменяется, так как к трем прост-
ранственным координатам добавляется координата времени-четвертого изме-
рения. Поскольку переход от одной системы координат к другой предусмат-
ривает, что каждая координата одной системы в другой системе выражается
при помощи суммы координат, пространственная координата одной системы
предстает в виде суммы координат пространства и времени. Эта ситуация
действительно является совершенно новой. Любое изменение системы коорди-
нат смешивает пространство и время точно определяемым в математическом
отношении образом. Их уже нельзя отделить друг от друга: то, что для од-
ного наблюдателя является пространством, для другого будет соединением
пространства и времени. Теория относительности обнаружила, что прост-
ранство не трехмерно, а время не самостоятельно. Будучи тесно и нераз-
рывно связанны, они образуют четырехмерный континуум, который называется
"пространство-время". Понятие пространства-времени было впервые употреб-
лено Германом Минковским в 1908 году в его знаменитой лекции:
"Воззрения на природу пространства и времени, которые я хочу изло-
жить, взросли на почве экспериментальной физики, и именно в этом их си-
ла. Они радикальны. Поэтому пространство само по себе, как и время само
по себе, обречены на то, чтобы отойти в прошлое, и независимой действи-
тельностью является только их соединение" {25, 75].
Представление о пространстве и времени настолько важны при описании
природных явлений, что при их изменении меняется весь подход к описанию
природы. При этом новом подходе пространство и время рассматриваются на
одном и том же основании и считаются неразделимыми. Когда в реляти-
вистской физике мы говорим о пространстве, мы не можем не говорить о
времени, и наоборот. Нужно использовать новый подход при участии высоких
скоростей в описываемых явлениях.
Задолго до создания теории относительности астрономы уже обнаружили в
одном контексте тесную связь пространства и времени. Астрономы и астро-
физики имеют дело с очень большими расстояниями, и поэтому для них важ-
ным является тот факт, что свету требуется определенное время для того,
чтобы переместиться от наблюдаемого объекта к наблюдателю. Поскольку
скорость света не является бесконечно большой, наблюдатель видит не нас-
тоящее положение небесных тел, а то, каким оно было некоторое время на-
зад. Свет проходит расстояние между Солнцем и Землей за восемь минут, и
поэтому мы, когда бы ни взглянули на Солнце, всегда увидим его таким,
каким оно было восемь минут назад. Подобно этому, мы видим ближайшую
звезду такой, какой она была четыре года тому назад, а мощные телескопы
позволяют нам наблюдать за процессами, которые происходили в других га-
лактиках миллионы лет тому назад.
Безусловно, астрономические наблюдения только бы выиграли в том слу-
чае, если бы скорость света стала мгновенной, но и в том, что это не
так, содержится положительный элемент. Благодаря этому астрономы могут
наблюдать эволюцию звезд, их скоплений и галактик на всех стадиях. Раз-
нообразные явления, происходившие на протяжении миллионов лет, можно
сейчас наблюдать в определенных участках неба. Потому астрономы хорошо
знают о важном значении связи пространства и времени. Открытие теории
относительности заключается в том, что эта связь важна не только при на-
личии больших расстояний, но и при наличии высоких скоростей. Даже на
Земле измерение зависит от времени, учитывая состояние движения наблюда-
теля.
Объединение пространства и времени приводит к возникновению связи
между другими основополагающими понятиями физики. Это наиболее характер-
ная черта релятивистского подхода. Понятия, которые в нерелятивистской
физике рассматриваются как совершенно независимые, при таком подходе
выглядят лишь как различные стороны одного и того же понятия. Это осо-
бенность релятивистского подхода характеризует совершенство его матема-
тического метода. Многолетние исследования в области теории относи-
тельности помогли нам познать ее математическое совершенство, но наша
интуиция до сих пор здесь беспомощна. Мы не можем наглядно представить
себе четырехмерное пространство-время, как и все остальные реляти-
вистские понятия. Когда мы сталкиваемся с явлениями природы, в которых
принимают участие скорости, близкие к скорости света, у нас всегда воз-
никают затруднения. Такие явления сложно представить себе и описать при
помощи обычного языка.
Например, классическая физика признает, что длины движущегося и поко-
ящегося стержня одинаковы. Однако теория относительности обнаружила лож-
ность этого утверждения. Длина объекта зависит от его движения относи-
тельно наблюдателя и изменяется в зависимости от скорости. Это изменение
таково: объект сокращается в направлении движения. Максимальную длину
стержень имеет в той системе координат, в которой он покоится, а при
увеличении скорости относительно наблюдателя он становится короче. В фи-
зике высоких энергий используются эксперименты, в которых частицы стал-
киваются на таких больших скоростях что сплющиваются и приобретают форму
блина.
Важно понимать, что вопрос об "истинной" длине объекта не имеет смыс-
ла, как и вопрос об истинной длине вашей тени. Тень-это проекция точек,
находящихся в трехмерном пространстве, на двухмерную плоскость, и ее
длина зависит от угла проецирования. Точно так же длина движущегося
объекта-это проекция точек, находящихся в четырехмерном прост-
ранстве-времени, в трехмерном пространстве, и его длина зависит от выбо-
ра системы координат.
Что верно для пространственных измерений, то верно и для интервалов
времени. Они тоже зависят от выбора системы координат, но, в отличие от
расстояний в пространстве, они увеличиваются при увеличении скорости.
Это означает, что движущиеся часы ходят медленнее, время замедляется.
Часы могут быть какими угодно: механическими, атомными, биением челове-
ческого сердца. Если бы один из близнецов отправился в головокружи-
тельное путешествие через космос, то, вернувшись домой, он оказался бы
моложе своего брата, так как все его "часы": сердцебиение, кровообраще-
ние, нервные импульсы и т.д.-замедлились бы во время путешествия (с точ-
ки зрения человека на поверхности Земли). Однако сам путешествеиник не
заметил бы этого, и лишь по возвращении обнаружил бы, что брат старше
его. Возможно, этот "парадокс близнецов"-самый известный парадокс совре-
менной физики. Он много обсуждался в научных журналах, и еще не все дис-
куссии по этому поводу завершились. Красноречивое доказательство того,
что реальность, описанная теорией относительности, не может быть воспри-
нята и объяснена с помощью наших обычных понятий.
Замедление хода часов при движении, каким бы невероятным оно ни каза-
лось, находит подтверждение в физике частиц. Большая часть субатомных
частиц неустойчива: через некоторое время они распадаются на несколько
других частиц. Многочисленные эксперименты подтвердили тот факт, что
продолжительность существования такой неустойчивой частицы зависит от
скорости ее движения относительно наблюдателя. (Видимо, здесь стоит упо-
мянуть об одной технической детали. Когда мы говорим о продолжительности
существования некоторого вида субатомных частиц, мы всегда имеем в виду
среднюю величину. Об отдельных частицах мы ничего не знаем в силу ста-
тистического характера субатомного мира). Частицы, движущиеся со ско-
ростью, равной восьми-десяти процентам от скорости света, существуют
примерно в 1,7 раза дольше, чем их медлительные "близнецы", а на скорос-
ти, равной девяноста девяти процентам от скорости света, они существуют
примерно в семь раз дольше. Опять же, это не означает, что изменяется
внутренне присущая частицам продолжительность существования. С точки
зрения частицы, продолжительность ее существования постоянна, но с точки
зрения наблюдателя в лаборатории "внутренние часы" частицы замедлили
свой ход, и поэтому время ее существования увеличилось.
Все эти релятивистские выводы кажутся странными лишь потому, что мы
не можем воспринимать четырехмерный мир пространства-времени при помощи
наших чувств, наблюдая лишь его трехмерные "фотографии". Трехмерные об-
разцы выглядят по-разному в разных системах координат, движущиеся пред-
меты не похожи на покоящиеся; часы, двигаясь, замедляют свой ход. Эти
выводы кажутся нам парадоксальными лишь потому, что мы не осознаем, что
все эти неожиданные эффекты-лишь последствия проекции четырехмерных яв-
лений в трехмерном мире наших чувств, подобно тому, как тени - лишь про-
екции трехмерных предметов. Если бы мы могли увидеть, услышать - ощутить
при помощи данных нам чувств четырехмерное пространство-время, парадоксы
исчезли бы навсегда.
Как уже говорилось ранее, восточные мистики, очевидно, способны дос-
тигать необычных состояний сознания, в которых они выходят за пределы
трехмерного мира повседневной жизни и воспринимают более высокую много-
мерную реальность. Так, Ауробиндо говорит о "неуловимом изменении, кото-
рое дает зрительную способность в некоем четвертом измерении" [3, 993).
Измерения в этих состояниях сознания могут отличаться от измерений реля-
тивистской физики, однако поразительно, что мистики разделяют взгляды на
пространство и время, которые очень близки к релятивистским.
Все развитие восточного мистицизма обнаруживает удивительное единство
в вопросе о неразделимом "пространственно-временном" характере действи-
