Но вот сюрприз! Если нанести бесконечно быстрые лучи на уже привычный нам график пространства-времени, они не покажутся нам нормальными к траектории наблюдателя. Новые оси времени и пространства (t’, x’) будут располагаться под острым углом, образуя своеобразные ножницы. Однако фактически угол между ними прямой. Во всем этом виноват знак «минус» в формуле (6.2).

С физической точки зрения такое превращение в ножницы можно понять как следствие постоянства скорости света. Можно заметить, что относительно светового конуса новые оси времени и пространства наклонены на одинаковый угол. А это и говорит о том, что для любого наблюдателя скорость света неизменна независимо от применяемой системы отсчета.

Здесь уместно упомянуть, что «теория относительности» — название неправильное. Основное значение слова «относительность» в данном контексте состоит в том, что во Вселенной не существует объективной, предпочтительной системы отсчета. Мы можем измерять скорость объекта только относительно других объектов, но не в абсолютном смысле. Но это было верно и в механике Ньютона, основанной на относительности Галилея. «Теория относительности» в современном понимании представляет собой сочетание принципа относительности и постоянства скорости света для всех наблюдателей. Можно сказать и более элегантно: мы живем в пространстве-времени Минковского, где собственное время определяется формулой (6.2).

Наклон систем отсчета помогает понять знаменитое явление сокращения длины, которое состоит в том, что объекты, двигаясь с высокой скоростью, якобы становятся короче. Но что такое «длина» объекта? Взять, например, линейку. Конечно, она имеет определенную длину, но плюс к тому еще и определенную протяженность во времени (ведь она существует какое-то время, а не исчезла, едва появившись). Если мы упростим себе жизнь и будем считать линейку одномерным пространственным объектом, в пространстве-времени она будет иметь двумерный «мировой объем». Поэтому, говоря о длине, нужно выбрать систему отсчета, которая позволит нам отличить пространственную составляющую линейки от временной. Тогда «длиной линейки» будет поперечное сечение мирового объема в этой системе отсчета. По понятным причинам обычно мы измеряем предметы в неподвижных системах координат, то есть в таких системах, в которых эти объекты не двигаются. Но чтобы определить длину движущейся линейки, нужно использовать другую систему отсчета.

Как видно из этого рисунка, пространственное сечение в подвижной системе координат действительно будет не таким, как в неподвижной. Вот только оно будет больше, а не меньше. Линейка будет растягиваться, а не сокращаться. Как же так?

Причиной тому наше интуитивное понимание того, что такое длина. Мы представляем себе пространство не совсем так, как оно выглядит на схеме пространства-времени. Формула (6.2) позволяет вычислить собственное время при движении как в пространстве, так и во времени. Но собственное время имеет смысл для временеподобных траекторий и не имеет для пространственноподобных. Действительно, на них ?x больше ?t, то есть ?2 будет отрицательным числом, что для квадрата совсем не хорошо. (Интервал в пространстве-времени не может выражаться комплексным числом.) Поэтому говорить о собственном времени на пространственноподобных траекториях нельзя.

А вот о чем говорить можно, так это, разумеется, о пространственном расстоянии, которое в данном случае мы обозначим как s. Для его вычисления мы можем использовать особый вариант уравнения (6.2): нужно лишь изменить знак на обратный. Тогда получим формулу длины на пространственноподобной траектории:

s2 = (?x)2 — (?t)2. (6.10)

Знак «минус» объясняет, почему длина линейки в подвижной системе отсчета на самом деле короче, чем в неподвижной. Кажущееся увеличение длины на рисунке связано с тем, что линейка движется как в пространстве, так и во времени. В двумерной системе пространственных координат (на физической плоскости), переместив один конец линии вертикально при неизменном положении другого, мы неизбежно получим более длинную линию. В пространстве-времени все по-другому: даже небольшое смещение одного конца по времени приводит к сокращению пространственной длины. При этом, хотя такое изменение и совершенно реально, не следует думать, что объект физически сжимается. Нет. Но выбор другой системы отсчета приводит к изменению численного значения.

Сравнение этих двух систем отсчета приводит нас в суровую реальность, в которой с точки зрения тории относительности два удаленных события не могут происходить «синхронно». Этот факт очевиден уже из рисунка, ведь линии, определяющие синхронность в разных системах отсчета, не совпадают. Однако на самом деле все еще хуже.

Представим себе, что наши два наблюдателя встретились (то есть начала обеих систем отсчета совпали), и назовем это событием А. Возьмем другое событие В, которое происходит на большом отдалении от события А, но почти сразу после него, если смотреть по исходной оси t.

Тогда, глядя из будущего, мы можем заметить, что в системе координат (t, x) событие В происходит позже события А, а в системе координат (t’, x’) — раньше него.

Вот так и происходят пространственноподобно разделенные события. Нельзя сказать, что одно из них «действительно» произошло раньше либо позже другого. Все зависит от выбранной системы отсчета, а все они равноправны. Мы можем сказать лишь то, что эти события пространственноподобно разделены.

Мы привыкли думать о том, что «прямо сейчас» происходит где-то на краю света. Но если край света астрономически далек от нас, возникает загвоздка. К примеру, до ближайшей к Солнцу звезды, Проксимы Центавра, примерно четыре световых года. Поэтому любому событию на Земле соответствует восьмилетний период, в течение которого любое событие на Проксиме можно считать происходящим раньше, позже или одновременно с этим событием. Все зависит от системы отсчета.

Эта особенность специальной теории относительности создает проблемы для «Звездного пути» и других космических опер. Обычно в таких историях предполагается наличие гиперпространственных двигателей или других продвинутых технологий, которые позволяют героям летать быстрее света. Но если перемещение по пространственноподобным траекториям возможно, ничто не мешает двигаться и назад во времени, по крайней мере в некоторых системах отсчета. Точнее сказать, в любой системе, поскольку, согласно теории относительности, все пространственноподобные траектории созданы равными.