В своей первой работе 1905 г. по специальной теории относительности Эйнштейн выдвинул два основных принципа: 1) скорость света не зависит от того, является ее источник неподвижным или движущимся, и 2) скорость света не зависит от системы отсчета и является одинаковой как для неподвижного наблюдателя (наблюдателя на платформе), так и для движущегося с любой скоростью (пассажира проезжающего мимо платформы поезда). Иными словами, эта скорость не связана с тем, лежите вы в шезлонге на пляже или находитесь на борту космического корабля, выходящего на околоземную орбиту. Она представляет собой некий общий и непреодолимый предел скорости движения всех объектов. Речь идет, строго говоря, не о скорости волн видимого света (покрывающих всего около 2% всего диапазона электромагнитного излучения), а о скорости всех волн этого излучения (от «бешеных», высокоэнергетических гамма-квантов до «ленивых» и слабых радиоволн).
Постоянство скорости света проявляется, прежде всего, в том, что ни одно из космических событий не доходит до Земли мгновенно, немедленно и сразу. Когда рентгеновский телескоп регистрирует чудовищный по масштабам взрыв и образование черной дыры, «атакующей» огромный сектор звездного пространства, мы понимаем, что электромагнитным волнам пришлось пробежать огромное расстояние, так что воспринимаемый нами сигнал отстает от события на миллиарды лет. Именно поэтому понятие «одновременности событий» должно как-то включать в себя время в качестве отдельной переменной. Сочетание таких подходов позволяет перейти к более сложным мысленным экспериментам.
Давайте вообразим себе нечто более сложное, чем простые (хотя и сверхбыстрые) вагоны, и рассмотрим ситуацию, вполне пригодную для сценария «Звездных войн»: мы вторгаемся в чужую галактику на космическом корабле с защитным покрытием, которое поглощает все типы излучения, подобно так называемому черному телу, и делает наш корабль невидимым для радаров противника. Однако командир вражеского звездолета (представьте себе огромный диск с мощными лазерными излучателями по всей кромке) каким-то образом догадывается о нашем присутствии и приказывает дать залп по всем направлениям, в полной уверенности, что хотя бы один из выстрелов попадет в цель. Такая стратегия, с точки зрения противника, представляется точной и беспроигрышной при условии, что все лазерные излучатели выстрелят одновременно, и наш единственный шанс на спасение может быть связан именно с отсутствием понятия «одновременности» в релятивистской механике. Поскольку скорость света является постоянной, то (при достаточно больших размерах корабля противника) мы можем уловить отсутствие синхронизма, т. е. заметить, что более близко расположенные (с нашей точки зрения) лазеры должны начать стрельбу чуть раньше, а более удаленные – чуть позже. Понятие «одновременности» в таких ситуациях перестает быть абсолютным и начинает зависеть от системы отсчета.
Разумеется, читатель вправе спросить: какая из систем отсчета является более точной или «правильной»? Теория Эйнштейна не дает преимущества ни одной из них, полагая все системы относительными. Если расстояние между предметами (например, между компьютером и креслом командира) на вражеском корабле составляет три метра, то из этого вовсе не следует, что оно будет равно тем же трем метрам при измерении в иной системе. Теория относительности категорически запрещает саму возможность измерения точных размеров и соотношений для описываемых систем. Например, наблюдатели на двух космических кораблях, двигающихся параллельным курсом с околосветовыми скоростями, никогда не смогут точно сравнить их размеры. Никакие аккуратные «отметки» и измерения не помогут, поскольку для таких кораблей невозможно найти единые «меры длины». Более того, если бы наблюдатели могли во время такой воображаемой встречи слышать тиканье часов на борту проходящего мимо корабля, то они бы с удивлением обнаружили, что часы в разных системах отсчета тоже идут по-разному (часы на движущемся корабле идут медленнее, что было названо эффектом растяжения или замедления времени).
Мысленные эксперименты удобны тем, что в них можно легко пренебречь массой несущественных особенностей реальности и сконцентрировать внимание на принципиальных характеристиках рассматриваемых систем. Конечно, описанные выше мысленные эксперименты и наблюдаемые в них так называемые релятивистские эффекты невозможно проверить в привычных условиях, но выведенные Эйнштейном уравнения позволяют точно описать многие странные явления, возникающие при движении систем с релятивистскими скоростями.