Опрокинутый мир полностью

Обычно для доступного изложения общей теорию относительности прибегают к аналогии с неким разумным двумерным существом. Двумерность, безусловно, свойство фантастическое, тем более что наш путешественник не должен и потому не может даже чувственно наглядно представить себе направление «вверх». Потому представим себе плоского «жука», ползущего по плоскому, как фанерный лист, миру. Этот плоский мир, с поверхности которого путешественник выйти не может, будет моделью трехмерного пространства Евклида.

Если мы придадим плоскому миру известную эластичность, то его можно будет искривлять и растягивать. Весь наш опыт говорит, что двумерный лист изгибается в трехмерном пространстве, но можно представить себе и кривой лист, вне которого ничего нет. Положим на плоский эластичный лист тяжелый шарик. Вокруг шарика лист прогнется. Двумерный путешественник этого даже не заметит. Но если мы бросим еще один шарик, то он скатится в углубление к первому. Путешественнику покажется, что шарики притягиваются друг к другу. Это не модель теории тяготения, а лишь грубая аналогия. В искривленном пространстве кратчайшее расстояние между двумя точками — не прямая линия, а кривая, геодезическая кривая. В плоском пространстве закон инерции заставляет свободное движение быть прямолинейным. В искривленном пространстве тот же закон обуславливает свободное движение по геодезической кривой. Если бы двумерный путешественник передвигался не по плоскому пространству, а по сферическому, то для него кратчайшим расстоянием между двумя точками явился бы отрезок дуги большого круга. Именно по таким дугам на шаре осуществляется движение частиц. Путешественник будет считать эти дуги «прямыми». Однако двумерному существу не нужно выходить за пределы шара, чтобы установить присущую его миру кривизну. Достаточно совершить кругосветное путешествие или, сложив углы треугольника, убедиться, что их сумма превышает 180 гр., чтобы сделать вывод: свойства мира, в котором он живет, существенно отличны от свойств на малых участках.

Точно так же и мы можем убедиться, является ли наше четырехмерное пространство-время плоским или искривленным. Для этого нужно изучить его внутреннюю геометрию и сравнить ее с постулатами Евклида или с боле общими постулатами Лобачевского-Римана.

Чтобы объяснить тяготение изменением свойств пространства, нужно было ускоренное движение сделать частным случаем криволинейного. Для этого время пришлось сделать одним из измерений пространства. Герман Минковский истолковал это как слияние обычного пространства времени в единое четырехмерное сверхпространство, или пространство-время. В сверхпространстве три измерения х, у, z выражаются действительными числами, а время — мнимым числом, умноженным на скорость света.

Такая ось времени получается, как говорят математики, растянутой. Поэтому релятивистские эффекты заметны лишь при скоростях, соизмеримых с скоростью света. Ускорение системы отсчета может быть представлено как вращение ее в четырехмерном пространстве. Скорость света при этом остается неизменной. Обычная длина меняется (релятивистское сокращение), меняется и время (об этом эффекте можно подробно не говорить, ибо нет, кажется, ни одного научно-фантастического произведения, которое бы обошло его молчанием). Но так называемый интервал — четырехмерное расстояние — между событиями не изменяется. В романе Приста мы становимся очевидцами всех этих чудес. Туземные женщины, которых сопровождает юноша Гельвард, сплющиваются, англичанка, встреченная им в зрелые годы, вытягивается.

Искривление четырехмерного пространства-времени полностью объясняет все известные эффекты тяготения. Читатель понял уже различие между специальной теорией относительности и общей. Первая изучает движение тел в плоском пространстве-времени, вторая — в искривленном. Не беда, что Прист, пользуясь правом фантаста на выдумку, заменил гравитацию другим искусственно генерируемым полем. Суть действия от этого не изменяется.

Тяготение проявляется в виде воздействия тел на свойства пространства-времени, которые меняют его структуру, искривляют его. Пространство-время — это уже не «абсолютное математическое» пространство, а совершенно конкретное физическое, которое описывается неевклидовой геометрией.

В зависимости от плотности вещества, то есть от величины его массы, геометрия пространства-времени может быть близкой к евклидовой, или приближенной к геометрии Лобачевского, или же представлять собой геометрию сферы, даже гиперболоида.