В знаменитой теории относительности Эйнштейна концепции неизменного пространства и времени не просто отбрасываются в сторону, они явно и решительно отвергаются. Пространство и время теперь сплетены в сосуществующую ткань. То есть мы действительно живем в четырехмерной вселенной. Только пространство и время перестают существовать; остается только союз этих измерений.
Это то, что физики называют одним словом: пространство-время. Возьмите со стола на работе четыре ручки. Начните с двух и сделайте на столе крест так, чтобы они располагались перпендикулярно друг другу. Теперь добавьте третье перо и расположите его так, чтобы оно было перпендикулярно первым двум. Для этого больше нельзя оставлять карандаши на столе, который представляет собой двумерную поверхность. Вам предстоит держать в воздухе нашу штуковину, которая является частью привычного нам трехмерного мира.
Но мы живем не просто в трехмерном мире. Возьмите четвертую ручку и проткните ею три другие ручки так, чтобы она была абсолютно перпендикулярна им всем. И никакого обмана: никакие углы меньше 90 не подойдут.
Вы не можете. Есть только три пространственных измерения. И кроме того, вы даже не можете думать о четвертом пространственном измерении, потому что наш мозг развивался в трехмерном мире (есть люди, которые утверждают, что могут представить себе четвертое измерение, но я подозреваю, что они либо лгут или просто обманывают себя).
Но хотя вы и не можете удержать в уме концепцию четвертого измерения, вы можете ощутить ее на себе. Поток времени из прошлого в будущее представляет собой отдельное измерение. Вы, держа в руках свой странный набор ручек, охватываете измерение времени с момента, когда вы впервые собрали все вместе, до тех пор, пока все не развалится. За это время вы создали четырехмерную скульптуру.
Физики связывают три пространственных измерения и единственное временное измерение в единую структуру пространства-времени. В физике Ньютона пространство-время является сценой, а мы — объекты и содержимое Вселенной — действующими лицами. Мы попадаем в цель и произносим свои реплики, а сцена обеспечивает фон, на котором мы осуществляем наши взаимодействия. Мы знаем, где на той же сцене находятся другие актеры — они стоят на своих местах и произносят свои реплики в назначенные реплики.
Но в общей теории относительности сама сцена становится главным актером, имя которого красуется в афише. Чтобы сделать теорию гравитации совместимой с относительностью пространства и времени (теперь пространства-времени), Эйнштейн осознал, что гравитация вообще не является силой, по крайней мере, не той, которую представлял Ньютон.
Пространство-время — это не фиксированная стадия, а гибкая мембрана, пронизывающая все существование. Это вещь, объект и сущность сама по себе, динамичный актер среди персонажей вселенной. Вселенная состоит из обычного набора частиц и излучения и всех их чудесных взаимодействий, и эти взаимодействия происходят не поверх пространства-времени, а вместе с пространством-временем, которое теперь присоединилось к их рядам.
Масса и энергия (которые не нужно строго разделять, поскольку теперь они считаются эквивалентными благодаря специальной теории Эйнштейна) меняют форму пространства-времени вблизи них. Вы, читая этот самый текст, являетесь сущностью во Вселенной, цветущим клубком материи. У вас есть масса и у вас есть энергия. Пространство-время внутри вас, повсюду в вас и рядом с вами теперь искажено благодаря этой массе и энергии. Пространство и время изменяются благодаря вашему существованию.
И остальная Вселенная отвечает. Если мы представим себе бесконечно крошечную частицу, движущуюся по траектории рядом с вами (на языке физики мы бы назвали это пробной массой, чтобы изучить, как гравитация ведет себя в отсутствие других эффектов), мы можем спросить, как эта частица реагирует на ваше присутствие. На языке Ньютона мы бы сказали, что ваше тело оказывает гравитационное поле , невидимое влияние, подобное стойкому запаху хорошего одеколона, и что частица реагирует на это невидимое влияние ощущением гравитационной силы, которая изменяет ее форму.
Но на языке Эйнштейна нет ни сил, ни невидимых струн. Есть только пространство-время и только пространство-время. В радикальной переоценке гравитации Эйнштейном все объекты движутся по прямым линиям, всегда и вечно. Но пространство-время, которое должны пересечь эти объекты, изгибается под ними. Путешественник, пробирающийся от одной путевой точки к другой, может двигаться по прямой линии — в соответствии с картой и в соответствии со своими ногами, которые при каждом шаге всегда ставятся прямо друг перед другом — но должен следовать изгибам и кривым (не не говоря уже о корявых корнях деревьев) вдоль тропы, чтобы не заблудиться в пустыне.
И поэтому объекты — пробные массы, планеты, лучи света — всегда движутся по прямым траекториям, но «прямо» только в том смысле, что каждый шаг вперед всегда делается прямо перед предыдущим. Пространство-время под и вокруг этих объектов искривляется, как и путь, по которому движется объект.
По мнению Эйнштейна, это гравитация. Масса и энергия изменяют форму пространства-времени, и искривление пространства-времени становится действующим лицом, влияющим на пути и движения всего остального. Благодаря этому пробуждению понимания гравитации Эйнштейн смог успешно объединить свою концепцию специальной теории относительности (о том, что не существует фиксированных, универсальных стандартов отсчета) с гравитационной силой. Другими словами, даже само пространство-время не застраховано от релятивистских эффектов различных точек зрения, и эта мутация пространства-времени порождает наше ощущение гравитации.
