Представьте себе ситуацию, изображенную на рисунке: молния ударяет в две точки возле разных концов поезда, равноудаленные от наблюдателя A, который покоится относительно этих точек, и наблюдателя B в движущемся поезде, который проезжает мимо A в тот момент, который позже A определит как момент удара молний.
Немного позже A увидит вспышки обеих молний, которые дойдут до него в одно и то же время. Однако B за это время успеет продвинуться вместе с поездом. Следовательно, световая волна, несущая информацию о том, что справа произошла вспышка, к этому моменту уже минует B, а свет, несущий информацию о вспышке слева, до него еще не дойдет.
Наблюдатель B видит свет, приходящий от обоих концов его поезда, и в самом деле для него вспышка у переднего конца поезда происходит раньше, чем вспышка у заднего его конца. Поскольку он выполнил измерения и убедился, что свет приходит к нему со скоростью c, а сам B при этом находится в середине поезда, он делает вывод, что вспышка справа, должно быть, произошла раньше вспышки слева.
Кто в данном случае прав? Эйнштейну хватило дерзости предположить, что правы оба наблюдателя. Если бы скорость света была подобна всем прочим скоростям, то B, конечно, увидел бы одну волну раньше другой, но он бы увидел также, что волны движутся к нему с разными скоростями (та, навстречу которой он движется сам, приближалась бы быстрее, а та, от которой уезжает, – медленнее), и поэтому он пришел бы к выводу, что события произошли одновременно. Но, поскольку, согласно измерениям B, оба световых луча движутся к нему с одинаковой скоростью c, реальность, о которой он делает выводы, выглядит совершенно иначе.
Как отмечал Эйнштейн, при определении того, что мы подразумеваем под различными физическими величинами, измерение – это все. Представить себе реальность, которая была бы независима от измерения, возможно, было бы интересным философским упражнением, но с научной точки зрения это бесплодный подход. Если наблюдатели А и B находятся в той же точке, где происходит событие, они определят для него один и тот же момент, но если объектом интереса служат события в отдаленных точках, наблюдатели почти ни в чем не согласятся друг с другом. Любое измерение, которое может провести B, говорит ему, что событие у переднего конца поезда произошло раньше второго события, тогда как любое измерение, проводимое A, говорит ему, что оба события произошли одновременно. Поскольку ни A, ни B не могут находиться в обоих местах одновременно, их определения моментов времени в отдаленных точках опираются на наблюдения, сделанные на расстоянии, а если эти наблюдения построены на интерпретации того, что сообщает дошедший от этих событий свет, наблюдатели придут к разным выводам относительно возможной одновременности отдаленных событий – и при этом оба будут правы.
Понятия «здесь» и «сейчас» универсальны только для здесь и сейчас, а не для там и тогда.
Я с умыслом написал, что наблюдатели не согласятся друг с другом почти ни в чем. Ибо каким бы странным ни казался приведенный мной только что пример, на самом деле он может быть еще более странным. Еще один наблюдатель C, едущий на поезде в противоположном направлении по отношению к направлению движения B, сделает вывод, что событие слева (возле передней части его поезда) произошло раньше, чем событие с правой стороны. Иными словами, порядок событий, увиденных глазами двух наблюдателей, B и C, окажется совершенно противоположным. То, что для одного из них было «до», для другого будет «после» и наоборот.
Это порождает серьезную и очевидную проблему. В мире, в котором мы, по убеждению большинства, живем, причины случаются до следствий. Но если «до» и «после» могут меняться местами в зависимости от наблюдателя, то что при этом происходит с причинами и следствиями?
Примечательно, что для Вселенной характерна своего рода встроенная «уловка-22», благодаря которой в конечном итоге мы хоть и должны держать свой разум открытым в отношении реальности, но, как любит говорить издатель The New York Times, не должны все же раскрывать его настолько, чтобы мозги выпали. В данном случае Эйнштейн продемонстрировал, что обращение временнóй последовательности отдаленных событий, вызванное постоянством скорости света, возможно лишь в том случае, когда эти события происходят достаточно далеко друг от друга – настолько, чтобы световой луч проходил расстояние между ними за время, превышающее определяемую разницу во времени между этими событиями. Тогда если ничто не может двигаться быстрее света (а этот вывод тоже возникает вследствие усилий Эйнштейна примирить и согласовать Галилея и Максвелла), то никакой сигнал от одного события не сможет дойти до точки второго события достаточно быстро, чтобы повлиять на его результат, так что ни одно из этих событий ни при каких обстоятельствах не может быть причиной другого.