Четырехмерное пространство-время

Мы видели, что расстояние и промежуток времени между двумя событиями задаются значениями четырех различных переменных, каждая из которых может меняться независимо от других, а именно

Хотя каждый наблюдатель четко разделяет пространство и время, подобное разграничение у различных наблюдателей оказывается не одинаковым: то, что по измерениям одного наблюдателя является «временем», согласно другому содержит в себе наряду со временем также и расстояние. Таким образом, разграничение между пространством и временем оказывается субъективным. Иначе говоря, наблюдатель, производя соответствующую операцию, находится, не сознавая того, под влиянием внешних обстоятельств. Поэтому мы не можем считать, что такое разграничение соответствует объективной физической реальности. Мы должны сделать вывод, что живем в четырехмерном мире, который каждым наблюдателем произвольно разбивается на три пространственных

измерения и одно измерение времени, которые в действительности образуют единое целое под названием пространство-время.

Вследствие того, что люди на Земле никогда не движутся друг относительно друга с действительно высокими скоростями, их пространственно-временные системы отсчета практически все совпадают. Если бы это было не так, то жизнь оказалась бы невероятно сложной и запутанной. И в то же время разграничение между пространством и временем, которое провел бы обитатель космического тела, несущегося со скоростью, близкой к скорости света, было бы настолько не похоже на то, как это делает наблюдающий за ним физик, что их совместное существование вряд ли было бы мыслимо.

Каждый наблюдатель «проводит» во Вселенной свои собственные пространственно-временные координатные оси. Допустим, что наблюдатель собрал большое число событий, происшедших в один и тот же момент времени. Набор этих событий образует нечто вроде сечения Вселенной по времени, выполненного наблюдателем А. Однако события, которые А считает одновременными, не будут такими с точки зрения наблюдателя О. Допустим, что наблюдатель О выбрал в перечне, составленном А, одно событие и в свою очередь составляет список событий, одновременных с этим событием. Мы знаем, что список наблюдателя О не будет совпадать со списком наблюдателя А. Другими словами, сечение по времени, произведенное во Вселенной наблюдателем О, окажется иным, нежели у А. Некоторые события могут встретиться и тут и там, но в общем случае расхождений будет гораздо больше, нежели совпадений.

Мы рассматриваем Вселенную как набор событий, происходящих в самых разных местах и в самое различное время, т. е. как многообразие, которое математики называют континуумом. Разница между наблюдателями заключается просто в том, что они производят различные временные сечения. Сама по себе Вселенная вечна (и безгранична). Но каждый отдельный индивидуум воспринимает ее лишь

ограниченный отрезок времени или видит лишь свое собственное сечение Вселенной по времени. История оставила нам картины подобных сечений по времени, запечатленные нашими предками, а Герберт Уэллс сделал попытку предсказать сечения, в которых Вселенная предстанет взору наших потомков. Но непосредственное знакомство выходит за пределы наших возможностей просто потому, что мы не в состоянии поставить себя в такую ситуацию, для которой было бы характерно данное сечение по времени. Но все события прошлого, настоящего и будущего присутствуют в нашем четырехмерном пространственно-временном континууме. Лишенная прошлого или настоящего Вселенная уподобилась бы набору отдельных кадров, которые, однако, можно превратить в непрерывный кинофильм. Было бы, конечно, абсурдом пытаться нарисовать картину четырехмерной Вселенной. Но при этом может возникнуть мысль исследовать структуру трехмерного мира, обитатели которого выделяют в нем две пространственные оси и одну ось времени.