Ну и чтобы у вас не было иллюзии, что в теории относительности все так наглядно, что непонятно даже, над чем это физики ломают голову, я расскажу вам, что, конечно, четырехмерное пространство-время – это не совсем колонны, которые мы можем представить себе по аналогии с древнегреческими портиками. К сожалению, не всё так просто. В обычном декартовом пространстве расстояние между точками любого количества измерений описывается теоремой Пифагора, оно равно корню из суммы квадратов координат по всем осям. Это очень просто, мы проходим это в школе. Квадрат величины, если вы не помните, это величина, помноженная на себя. Но в пространстве-времени Минковского квадраты ширины, длины и высоты складываются друг с другом, а вот квадрат времени – вычитается. Ох! вот это никак нельзя себе представить, потому что квадрат не может быть отрицательным. И это означает, что время в пространстве-времени – это не реальная величина, а так называемая «мнимая», она обозначается буковкой i перед числом. И все пространство-время описывается так называемыми «комплексными числами», которые представить себе никто не может, а может только вычислить по определенным формулам.
Так что, нам еще есть над чем подумать.
Скорость света и наблюдатели
Пространство-время – это теоретическая модель, мы не можем ощутить его в реальности. Но эта модель возникла в ответ на необходимость описать совершенно реальные явления, которые были обнаружены в результате экспериментов. Один из экспериментов состоял в измерении скорости движения света вдоль и поперек движения Земли относительно окружающего космоса. Классическая физика предсказывала в данном случае, что скорости вдоль и поперек будут разными, потому что свет распространяется по некоему неподвижному эфиру, пронизывающему все пространство. Из-за этого, вдоль движения Земли скорость света должна была бы складываться со скоростью Земли и отличаться от скорости поперечного движения, которая ни с чем не складывается.
Но скорости эти оказались одинаковыми, а значит, никакого эфира нет, и классические уравнения не работают. Для наглядности я опишу более понятный мысленный эксперимент, который показывает, как работает теория относительности.
Движение света в теории относительности описывается двумя очень важными утверждениями. Первое – ничто не может двигаться быстрее света. Второе – мы воспринимаем скорость света одинаково, независимо от того, движемся ли мы вместе с источником или смотрим со стороны на движущийся источник.
Первое утверждение говорит о принципиальной ограниченности процессов, происходящих в нашей Вселенной, а значит