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 меняет свое тело. 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 навсегда. 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.
