Извилистые дорожки сквозь пространство—время
Время не просто упорядочивает различные мгновения истории благодаря чуду
синхронизированного повторения . Оно также сообщает нам, насколько «да-
леки друг от друга» эти события (во времени) . Мы не просто говорим, что
«1776 год был до 2010 года», мы можем дать куда более точную информацию:
«1776 год был за 234 года до 2010 года» .
Необходимо особо подчеркнуть принципиальное отличие «деления Все-
ленной на отдельные мгновения» от «измерения времени, прошедшего между
событиями» . Когда мы доберемся до теории относительности, это отличие
будет играть критически важную роль . Представим себе, что вы честолюбивый
временной8 инженер, и вам недостаточно видеть на наручных часах точное
текущее время; вы хотели бы иметь возможность определять время любого
другого события, случающегося в пространстве—времени . Логично задаться 
32
Часть I . Время, опыт и Вселенная
вопросом: нельзя ли (гипотетически) сконструировать координату времени,
которая охватит Вселенную целиком? Например, построить бесконечное
число часов, синхронизировав их между собой, и разбросать по всему про-
странству? Тогда путешествуя по пространству—времени, мы в каждой точке
встретили бы часы, показывающие абсолютное время .
Как мы вскоре убедимся, реальный мир не позволяет создать абсолютную
универсальную координату времени . Очень долго люди верили в обратное,
причем эта вера поддерживалась такими авторитетами, как Исаак Ньютон .
В ньютоновском представлении о Вселенной существует один-единственный
правильный способ нарезания ее на «состояния пространства в конкретный
момент времени» . И действительно, хотя бы в качестве мысленного экспери-
мента мы могли бы расставить часы по всей Вселенной и, таким образом,
сконструировать координату времени, уникальным образом определяющую
время любого интересующего нас события .
Однако в 1905 году мир услышал о специальной теории относительности
Эйнштейна .9 Центральным концептуальным прорывом этой теории является
тот факт, что наши два аспекта времени: «время отмечает различные моменты»
и «время — это то, что измеряется часами» — не эквивалентны и даже не
взаимозаменяемы . В частности, задумка с конструированием временной коор-
динаты путем разбрасывания часов по всей Вселенной не работает: если двое
часов переместятся из одного и того же начального события в одно и то же
конечное событие, но сделают это разными путями, то их путешествия прод-
лятся разные периоды времени и, следовательно, часы рассинхронизируются .
Это произойдет не потому, что мы недостаточно хорошо прочитали инструк-
ции и выбрали «плохие» часы, а потому, что продолжительность периодов
времени, необходимых для перемещения из одного события в пространстве—вре-
мени в другое по разным траекториям, может быть разной .
Если мыслить о времени как о еще одном виде пространства, то эта идея
перестает казаться удивительной . Рассмотрим аналогичное заявление, но каса-
ющееся пространства, а не времени: длина двух путей, соединяющих одни и те
же точки в пространстве, не обязательно будет одинаковой . Звучит абсолютно
буднично, не так ли? Разумеется, мы можем соединить две точки в пространстве
множеством путей самой разной длины: один путь будет прямым, а другой изо-
гнутым, и длина изогнутого пути всегда будет больше . В то же время разница
между координатами двух точек всегда остается постоянной, независимо от того,
по какому пути мы приходим из первой точки во вторую . Причина этого в том —
я не побоюсь повторить очевидный факт, — что пройденное расстояние далеко
не всегда равно изменению координат . Вам когда-нибудь приходилось наблюдать
Глава 1 . Прошлое — это воспоминания настоящего
33
за игрой в американский футбол? Вспомните, как игрок с мячом обычно бежит
через поле: он снует туда и сюда, уклоняясь от игроков противоположной
команды, и в результате пробегает расстояние от 30-ярдовой линии до 80-ярдовой
(в действительности он финиширует на 20-ярдовой линии противника, но при-
веденная выше формулировка лучше иллюстрирует суть обсуждения) . Измене-
ние координат составляет 50 ярдов и не зависит от того, насколько длинным или
коротким был полный пройденный игроком путь .
Рис . 1 .4 . Ярдовые линии служат координатами на поле для американского футбола . Коор-
динаты игрока, перебежавшего с мячом от 30-ярдовой линии к 80-ярдовой, изменяются на
50 ярдов, несмотря на то что длина фактически проделанного им пути может быть намного
больше
Центральный элемент специальной теории относительности — это по-
нимание того, что время именно такое . В соответствии со вторым нашим опре-
делением — «показатель, измеряемый часами» — время можно считать ана-
логией общей протяженности пути сквозь пространство; часы в этом случае
играют роль одометра или иного инструмента, способного оценивать прой-
денное расстояние . Это совсем не то же самое, что понятие координаты, от-
мечающей различные срезы пространства—времени (аналогично ярдовым
линиям на футбольном поле) . При этом мы говорим не о какой-то технической
проблеме, которую можно «исправить», построив лучшие часы или выбрав
лучший путь через пространство—время; это неотъемлемое свойство Вселен-
ной, она так работает, и нам необходимо научиться с этим жить .
Какой бы привлекательной и основательной ни выглядела идея рассматри-
вать время как еще один вид пространства, между этими понятиями все же
существуют принципиальные различия, и это не должно вызывать удивления .
Два таких различия являются основополагающими элементами теории отно-
сительности . Во-первых, пространство характеризуется тремя измерениями,
тогда как у времени измерение только одно; как нетрудно догадаться, этот
суровый факт порождает важные последствия для физики . Во-вторых, в от-
личие от пространства, где прямая линия соответствует кратчайшему пути 
|
34
Часть I . Время, опыт и Вселенная
между двумя точками, прямая траектория между двумя событиями в простран-
стве—времени соответствует самому долгому времени движения .
Однако самое очевидное, явное и несомненное различие между временем
и пространством состоит в том, что в отличие от пространства, где никаких
ограничений на направления не существует, время всегда течет только в одну
сторону . Время направлено из прошлого в будущее, а все направления в про-
странстве абсолютно равноправны (разумеется, если мы говорим о дальнем
космосе, свободном от таких локальных искажений, как Земля) . В пространстве
мы можем поменять направление на обратное, не нарушая законов физики,
однако любые реальные процессы способны происходить во времени только
в одном направлении и никогда в обратном . И сейчас мы подробнее поговорим
об этом кардинальном отличии .