Changes
Քանի որ արդեն մեր ունեցած մասնակի տեսություններն այսօր բավարար են ճշգրիտ կանխատեսումներ անելու համար բոլոր իրավիճակների մասին, բացի ծայրահեղներից, ապա, թվում է, դժվար կլինի գործնականորեն արդարացնել այն որոնումները, որոնց նպատակն է տիեզերքի վերջնական մեկ տեսություն մշակելը։ (Պետք է նշել, որ նման փաստարկներ կարելի է բերել հարաբերականության ընդհանուր տեսության և քվանտային մեխանիկայի կապակցությամբ, այնինչ այդ տեսությունները մեզ տվին միջուկային էներգիա և միկրոէլեկտրոնիկա)։ Հնարավոր է, հետևաբար, որ կատարյալ միասնական տեսությունը չնպաստի մեր տեսակների գոյատևմանը։ Այն կարող է նաև ազդել մեր կենսակերպի վրա։ Սակայն քաղաքակրթության սկզբից ի վեր մարդը չի գոհացել չկապակցված և անբացատրելի դեպքերը դիտելով։ Նա միշտ ծարավի է եղել և ցանկացել է հասկանալ աշխարհի թաքնված կարգուկանոնի էությունը։ Այսօր, ինչպես միշտ, ձգտում ենք իմանալ, թե մենք ինչո՞ւ ենք այստեղ և որտեղի՞ց ենք գալիս։ Գիտելիքի հանդեպ մարդկության ցուցաբերած խորը հետաքրքրասիրութունը արդարացնում է մեր շարունակական որոնումները։ Եվ մեր նպատակն է առնվազն լրիվ և կատարյալ պատկերացում ունենալը տիեզերքի մասին, որտեղ մենք ապրում ենք։
==2==
Տարածություն և ժամանակ
Մարմինների շարժման մասին մեր արդի գիտելիքները գալիս են Գալիլեոյից և Նյուտոնից։ Ավելի վաղ իշխել է արիստոտելյան մտածողությունը, ըստ որի մարմնի բնական վիճակ համարվել է նրա դադարի վիճակը, իսկ մարմինը կարող է շարժվել միայն նրա վրա ուժի կամ ազդակի գործողության դեպքում։ Սրանից հետևում էր, որ ծանր մարմինն ավելի շուտ պիտի ընկնի գետին, քան թեթևը, որովհետև այն ավելի մեծ ուժով է ձգվում երկրի կողմից։
Արիստոտելյան ավանդության համաձայն, տիեզերքը կառավարող բոլոր օրենքները հնարավոր է ճանաչել զուտ բանականությամբ և պետք չէ դրանք փորձել ստուգել։ Գալիլեոյից առաջ ոչ ոքի մտքով չէր անցել ստուգել, թե իրո՞ք տարբեր կշիռ ունեցող մարմինները տարբեր արագություններով են ընկնում։ Ասում են, իբր, Գալիլեոն Արիստոտելի սխալը ցույց է տվել Պիզայի թեք աշտարակից տարբեր կշիռ ունեցող մարմիններ վայր գցելով։ Իհարկե, այս պատմությունը ճիշտ չէ, բայց Գալիլեոն համարժեք մի փորձ կատարել է․ տարբեր կշիռ ունեցող գնդիկներ է գլորել ողորկ մակերեսով թեքության վրայով։ Այստեղ իրավիճակը նույնն է, ինչ ուղղաաձիգ անկման դեպքում, սակայն դիտարկումն ավելի հեշտ է, որովհետև գնդիկները դանդաղ են շարժվում։ Գալիլեոյի չափումներից պարզվել է, որ գնդիկների արագության փոփոխությունն ըստ ժամանակի հաստատուն է բոլոր գնդիկների համար, անկախ նրանց կշռից։ Դիցուք, եթե թեքությունն այնպիսին է, որ յուրաքանչյուր տասը մետրի վրա այն նվազում է տասը մետրով, ապա, անկախ գնդիկի ծանրությունից, նրա արագությունը շարժման սկզբից մեկ վայրկյան հետո կլինի մեկ մետր վայրկյանում, երկու վայրկյան հետո՝ երկու մետր վայրկյանում, և այդպես շարունակ։ Այն փաստը, որ կապարե մարմինն ավելի արագ է ընկնում, քան փետուրը, բացատրվում է նրանով, որ փետուրի անկումը դանդաղում է օդի դիմադրության պատճառով։ Եթե ներքև գցվեն երկու մարմին, որոնց համար օդի դիմադրությունը մեծ չէ, ինչպես երկու տարբեր կապարե գնդերի դեպքում, նրանք կընկնեն միևնույն արագությամբ։
Գալիլեոյի տվյալները Նյուտոնն օգտագործեց որպես հիմք՝ շարժման իր օրենքները ձևակերպելու համար։ Գալիլեոյի կատարած փորձի ընթացքում մարմինը, թեքությունն ի վար գլորվեիս, ենթարկվում է միևնույն ուժի (իր ծանրության) ազդեցությանը, և հետևանքը լինում է նրա հաստատուն արագացումը։ Նախկինում կարծում էին, թե ուժի դերը լոկ մարմինը շարժման մեջ դնելն է։ Գալիլեոն ցույց տվեց, սակայն, որ ուժի իրական ազդեցությունն այն է, որ միշտ փոխի մարմնի արագությունը։ Նա ցույց տվեց նաև, որ մարմինը նույն արագությամբ կշարունակի շարժվել ուղիղ գծով, այնքան ժամանակ, քանի դեռ նրա վրա որևէ ուժ չի ազդում։ Այդ միտքը 1687 թվականին Նյուտոնը հստակորեն առաջ քաշեց իր «Մաթեմատիկայի սկզբունքները» գրքում, ինչը և հայտնի է որպես Նյուտոնի առաջին օրենք։ Իսկ թե ինչ է կատարվում մարմնի հետ, երբ նրա վրա ուժ է ազդում, տալիս է Նյուտոնի երկրորդ օրենքը։ Այդ օրենքի համաձայն, մարմնի արագությունը փոխվում է ազդող ուժին համեմատական կարգով՝ մարմինը ձեռք է բերում արագացում։ (Օրինակ, երբ ազդող ուժը մեծանա երկու անգամ, արագացումը ևս երկու անգամ կմեծանա)։ Մյուս կողմից, որքան մեծ է մարմնի զանգվածը (շատ է նյութի քանակը), այնքան փոքր է նրա արագացումը։ (Նույն ուժը երկու անգամ ավելի մեծ զանգված ունեցող մարմնի վրա ազդելիս կառաջացնի երկու անգամ փոքր արագացում): Բոլորին հայտնի է, որ որքան հզոր է ավտոմեքենայի շարժիչը, այնքան ավելի մեծ կլինի նրա արագացումը, իսկ որքան ծանր է մեքենան, այնքան փոքր է արագացումը՝ միևնույն շարժիչի դեպքում։
Ի լրումն շարժման օրենքի, Նյուտոնը հայտնագործեց նաև տիեզերական ձգողականության ուժի օրենքը, որի համաձայն յուրաքանչյուր մարմին ձգում է այլ մարմնի մի այնպիսի ուժով, որը համեմատական է մարմիններից յուրաքանչյուրի զանգվածին։ Այսպես, օրինակ, երկու մարմինների միջև ձգողության ուժը երկու անգամ մեծ կլինի, եթե նրանցից մեկի (ասենք A֊ի) զանգվածը երկու անգամ մեծացնենք։ Այս բանն ակնհայտ է, քանի որ նոր A֊ն կարելի է ընդունել որպես երկու նույն զանգվածն ունեցող մարմիններից կազմված, որոնցից յուրաքանչյուրը ձգում է B մարմինը սկզբնական ուժով։ Հետևաբար Նոր A-ի և B֊ի միջև ձգողական ուժը երկու անգամ մեծ կինի։ Այժմ ենթադրենք, թե մարմիններից մեկի զանգվածը մեծ է նախորդից 2 անգամ, իսկ մյուսինը՝ 3 անգամ, այդ դեպքում նրանց միջև ձգողական ուժը կմեծանա 6 անգամ։ Այստեղից ակնհայտ է, թե ինչու են բոլոր մարմինները վայր ընկնում միևնույն արագությամբ, եթե մի մարմնի կշիռը մյուսից երկու անգամ մեծ է, դեպի երկիր ձգող ուժը ևս երկու անգամ մեծ կլինի, սակայն այն երկու անգամ ավելի մեծ էլ զանգված ունի։ Համաձայն Նյուտոնի երկրորդ օրենքի, այս երկու ազդեցությունները միմյանց կչեզոքացնեն, և արագացումը բոլոր դեպքերում կլինի հաստատուն։
Նյուտոնի ձգողականության օրենքից բխում է նաև, որ որքան մարմինները իրարից հեռու են, այնքան փոքր է ձգողական ուժը։ Ըստ այդ օրենքի, մի աստղի ձգողության ուժն ուղիղ մեկ քառորդով փոքր կլինի նույն զանգվածով մեկ այլ աստղի ձգողությունից, որը երկու անգամ մոտ է գտնվում։ Այս օրենքը թույլ է տալիս մեծ ճշտությամբ կանխագուշակել երկրի, լուսնի և մոլորակների ուղեծրերը։ Եթե այնպես լիներ, որ աստղի ձգողական ուժը հեռավորությունից կախված նվազեր ավելի արագ, ապա երկրի, լուսնի և մոլորակների ուղեծրերը էլիպսաձև չէին լինի, կլինեին պարուրաձև և կուղղվեին դեպի արեգակը։ Իսկ եթե այն ավելի դանդաղ նվազեր, ապա աստղերի ձգողական ուժերը կգերազանցեին երկրի ձգողական ուժին։
Արիստոտելի և Գալիլելոյի ու Նյուտոնի մոտեցումների միջև ակնհայտ տարբերությունն այն է, որ Արիստոտելը հավատում էր, թե մարմինը ձգտում է դադարի նախընտրելի մի վիճակի, եթե նրա վրա ուժ կամ իմպուլս չի ազդում։ Մասնավորապես, նա մտածում էր, որ երկիրը գտնվում է դադարի վիճակում։ Նյուտոնի օրենքներից հետևում է, սակայն, որ դադարի եզակի ստանդարտ վիճակ չկա։ Կարելի է նույն հաջողությամբ ասել, որ A մարմինը դադարի վիճակում է, իսկ B֊ն շարժվում է հաստատուն արագությամբ A֊ի նկատմամբ և կամ հակառակը՝ B֊ն է դադարի վիճակում, իսկ A֊ն շարժվում է։ Եթե մի պահ մոռանանք, օրինակ, որ Երկիրը պտտվում է իր առանցքի և միաժամանակ արևի շուրջը, ապա կարող ենք ընդունել, որ երկիրը գտնվում է դադարի վիճակում և նրա վրա մի գնացք 90 մղոն (140 կմ/ժ) արագությամբ շարժվում է դեպի հյուսիս և կամ գնացքն է գտնվում դադարի վիճակում, իսկ երկիրը՝ նույն՝ 90 մղոն/ժ արագությամբ շարժվում է դեպի հարավ։ Եթե մենք գնացքի վրա շարժվող մարմինների հետ փորձեր կատարենք, ապա դրանք ճշգրտորեն կենթարկվեն Նյուտոնի շարժման օրենքներին։ Եվ եթե մենք սեղանի թենիս խաղանք գնացքում, ապա գնդակի շարժումները կենթարկվեն Նյուտոնի օրենքներին ճիշտ այնպես, ինչպես երկաթգծի վրա։ Հետևաբար չի կարելի միարժեքորեն ասել՝ գնա՞ցքն է շարժվում, թե՞ երկիրը։
Դադարի ստանդարտ վիճակի բացակայությունը նշանակում է, որ չի կարելի ասել, թե տարբեր ժամանակներում տեղի ունեցած երկու դեպքեր կատարվել են տարածության նույն դիրքում։ Ենթադրենք, օրինակ, մեր սեղանի թենիսի գնդակն ուղղահայաց ուղղությմաբ վեր ու վար է թռչում գնացքում գտնվող սեղանի վրա և նույն նշանակետին է հարվածում մեկ վայրկյան ընդմիջումով։ Երկաթգծի հարևանությամբ գտնվող դիտորդի համար երկու հարվածների միջև հեռավորությունը կթվա քառասուն մետր, որովհետև երկու հարվածների միջև ընկած ժամանակամիջոցում գնացքն այդքան ճանապարհ կանցնի։ Հետևաբար բացարձակ դադարի վիճակի բացակայությունը մեզ թույլ չի տալիս իմանալ դեպքի բացարձակ դիրքը տարածության մեջ, ինչպես Արիստոտելն էր ցանկանում։ Դեպքի դիրքերը և դրանց միջև հեռավորությունը տարբեր են գնացքում և երկաթգծի հարևանությամբ գտնվող դիտորդների համար, իսկ որևէ պատճառ չունենք մեկի դիրքը գերադասելու։
Նյուտոնն ինքը շատ էր մտահոգված, որ բացարձակ դիրք կամ ինչպես ընդունված էր ասել, բացարձակ տարածություն գոյություն չունի, որովհետև դա չէր համապատասխանում բացարձակ Աստծո իր տեսակետին։ Փաստորեն, նա հրաժարվեց ընդունել բացարձակ տարածության բացակայությունը, թեև դա բխում էր նրա օրենքներից։ Շատերը Նյուտոնին քննադատեցին նրա ոչ ռացիոնալ հավատի համար, մասնավորապես, Բերկլի Եպիսկոպոսը, մի փիլիսոփա, որը համոզված էր, թե բոլոր նյութական առարկաները և տարածությունն ու ժամանակը պատրանք են։ Երբ նշանավոր դոկտոր Ջոնսոնին հաղորդեցին Բերկլիի կարծիքը, նա բղավեց․ «Այսպիսով հերքում եմ այդ գաղափարը» և ոտքով հարվածեց մի մեծ քարի։
Ե՛վ Արիստոտելը, և՛ Նյուտոնը հավատում էին բացարձակ ժամանակի գոյությայնը։ Այսինքն՝ համոզված էին, որ երկու դեպքերի միջև ընկած ժամանակամիջոցը կարելի է ճշգրիտ որոշել, եթե լավ ժամացույց է օգտագործվում, անկախ այն բանից, թե այդ ժամանակն ով է չափում։ Համարում էին, թե ժամանակը լրիվ ինքնուրույն և անկախ է տարածությունից։ Սա շատերի համար տրամաբանական տեսակետ էր։ Սակայն, հարկ եղավ տարածության և ժամանակի մասին մեր պատկերացումը փոխել։ Թեև մեր հասարակ դատողությունը ճիշտ է համեմատաբար դանդաղ շարժվող խնձորների կամ մոլորակների համար, բայց այն ուժը կորցնում է, երբ առարկաները շարժվում են լույսի կամ նրան մոտ արագությամբ։
1676 թվականին դանիացի աստղագետ Օլե Քրիստենսեն Ռոեմերն առաջինը հայտնաբերեց, որ լույսը վերջավոր, բայց շատ մեծ արագություն ունի։ Նա բացահայտեց, որ այն ժամանակամիջոցները, որոնց ընթացքում Յուպիտերի լուսինները հայտնվում (ծագում) են, անցնելով մոլորակի հետևով, միմյանց հավասար չեն, ինչը սպասելի էր, եթե լուսինները Յուպիտերի շուրջ պտտվեին հաստատուն արագությամբ։ Արևի շուրջ պտտվելիս Յուպիտերի և երկրի միջև հեռավորությունը փոխվում է։ Ռոեմերը նկատեց, որ Յուպիտերի լուսինների խավարումներն այնքան ավելի ուշ են դիտվում, որքան երկիրը հեռու է գտնվում Յուպիտերից։ Նա եզրակացրեց, որ դա հետևանք է այն բանի, որ լույսը լուսիններից մեզ ուշ է հասնում, երբ մենք նրանից ավելի հեռու ենք։ Դժբախտաբար, Յուպիտերի և Երկրի միջև հեռավորության փոփոխությունների նրա չափումները շատ ճշգրիտ չէին, և դրա պատճառով, լույսի արագության մեծությունը ստացվեց 140.000 մղոն/վ (225.000 կմ/վ)՝ ներկայիս 186.000 մղոն/վ (298.000 կմ/վ) փոխարեն։ Այդուհանդերձ, Ռոեմերի հաջողությունը, որով ապացուցվեց ոչ միայն լույսի արագության վերջավոր լինելը, այլև չափվեց նրա մեծությունը, նշանակալից երևույթ էր, մանավանդ որ դա կատարվել էր Նյուտոնի «Մաթեմատիկայի սկզբունքները» գրքի լույսընծայումից տասնմեկ տարի առաջ։
Լույսի տարածման հարմար տեսություն գոյություն չուներ մինչև 1865 թ․, երբ անգլիացի ֆիզիկոս Ջեյմս Կլերկ Մաքսվելին հաջողվեց միավորել էլեկտական և մագնիսական ուժերը նկարագրող մինչ այդ հայտնի մասնակի տեսությունները։ Մաքսվելի հավասարումները կանխագուշակում էին, որ միացյալ էլեկտրամագնիսական դաշտում կարող են լինել ալիքանման գրգռումներ, որոնք պետք է որ տարածվեն հաստատուն արագությամբ, ճիշտ այնպես, ինչպես ջրավազանի ալիքները։ Եթե այս ալիքների երկարությունը (նրա մի գագաթից մինչև մյուսը եղած հեռավորությունը) մեկ մետր է կամ ավելի, մենք դրանց այժմ անվանում ենք ռադիոալիքներ։ Ավելի կարճ ալիքները հայտնի են որպես միկրոալիքներ (մի քանի սանտիմետր) և՝ ենթակարմիր ալիքներ (երբ ալիքի երկարությունը հասնում է սանտիմետրի հազարերորդ մասերի)։ Տեսանելի լույսի ալիքի երկարությունն ընկած է սանտիմետրի քառասունից մինչև ութսուն միլիոներորդ մասերի սահմաններում։ Ավելի կարճ ալիքի երկարություն ունեցողները կոչվում են ուլտրամանուշակագույն, ռենտգենյան և գամմա ճառագայթներ։
Ըստ Մաքսվելի տեսության, ռադիոալիքները կամ լույսի ալիքները պետք է շարժվեն որոշակի հաստատուն արագությամբ։ Բայց, քանի որ Նյուտոնի տեսությունը բացառել էր բացարձակ դադարի գաղափարը, և եթե ընդունենք, որ լույսը տարածվում է հաստատուն արագությամբ, ապա պետք է նշվի, որ այդ արագությունը չափված է ինչ֊որ բանի համեմատ։ Այսպիսով, ենթադրվեց, որ գոյություն ունի ինչ֊որ «եթեր» կոչված մի նյութ, որն առկա է ամենուր և լցնում է նույնիսկ «դատարկությունը»։ Այսինքն՝ լույսի ալիքները տարածվում են եթերի միջով այնպես, ինչպես ձայնի ալիքները՝ օդի միջով, հետևաբար լույսի արագությունը չափվելու է եթերի նկատմամբ։ Տարբեր դիտորդներ, շարժվելով եթերի նկատմամբ, ընդառաջ եկող լույսը տեսնելու են տարբեր արագություններով, բայց լույսի արագությունը եթերի նկատմամբ մնալու է հաստատուն։ Մասնավորապես, քանի որ երկիրը պտտվում է արևի շուրջը, շարժելով եթերի միջով, ապա լույսի արագությունը երկրի շարժման ուղղությամբ (երբ մենք շարժվում ենք դեպի լույսի աղբյուրը) ավելի մեծ կլինի, քան լույսի արագությունն այդ շարժմանն ուղղահայաց ուղղությամբ (երբ մենք չենք շարժվում դեպի լույսի աղբյուրը)։ 1887֊ին Ալբերտ Մայքելսոնը<ref>Ա․ Մայքելսոնը լույսի արագության վրա երկրի շարժման ազդեցությունը չափելու առաջին փորձերը կատարել է 1881֊ին։</ref> (հետագայում Նոբելյան մրցանակակիր առաջին ամերիկացին ֆիզիկայի գծով) և Էդվարդ Մոռլին Քլիվլենդի Քեյզի կիրառական գիտությունների դպրոցում չափազանց ճշգրիտ փորձեր դրեցին։ Նրանք բաղդատեցին լույսի արագությունները երկրի շարժման և դրան ուղղահայաց ուղղություններով և, ի մեծ զարմանս իրենց, պարզեցին, որ դրանք ճշգրտորեն համընկնում են։
1887֊ից մինչև 1905 թվականները բազմաթիվ փորձեր են կատարվել, մասնավորապես, դանիացի ֆիզիկոս Հենրիկ Լորենցի կողմից, բացատրելու համար Մայքելսոն֊Մոռլիի ստացած արդյունքները՝ եթերի միջոցով շարժվող առարկաների սեղմանն և ժամացույցների դանդաղման վերաբերյալ։ Սակայն, ահա 1905 թվականին հրատարակվեց շատ նշանավոր մի հոդված, մինչ այդ անհայտ Ալբերտ Էնշտեյնի կողմից, որն աշխատում էր շվեյցարական արտոնագրման գրասենյակում։ Այդ հոդվածում նշվում էր, որ լույսի ալիքների շարժումը բացատրելու համար եթերի գաղափարի կարիքը չի լինի, եթե հրաժարվենք բացարձակ ժամանակի գաղափարից։ Դրանից մի քանի շաբաթ անց նման միտք էր արտահայտել նաև ֆրանսիացի առաջատար մաթեմատիկոս Հանրի Պուանկարեն։ Էյնշտեյնի փաստարկներն ավելի մոտ էին ֆիզիկային, քան Պուանկարեինը, որը խնդրին մոտենում էր զուտ մաթեմատիկորեն։ Այս նոր տեսությունը սովորաբար վերագրվում է Էնշեյնին, բայց Պուանկարեի անունը հիշատակվում է որպես տեսության կարևոր մի մասի ձևավորման մասնակցի։
Այդ այսպես կոչված, հարաբերականության տեսության առանցքային հիմնադրույթն այն է, որ գիտության օրենքները նույնը պիտի լինեն բոլոր ազատորեն շարժվող դիտորդների համար՝ անկախ նրանց շարժման ազատությունից։ Այդ բանը ճիշտ էր նաև Նյուտոնի շարժման օրենքների համար, սակայն գաղափարն այժմ ընդարձակվեց՝ ներառելով Մաքսվելի տեսությունը և լույսի արագությունը․ բոլոր դիտորդները, անկախ իրենց շարժման արագությունից, կչափեն լույսի միևնույն արագությունը։ Այս պարզ միտքը մի քանի արժեքավոր հետևանքներ ունեցավ։ Թերևս ամենահանրահայտը զանգվածի ու էներգիայի համարժեքության օրենքն է, որն արտահայտված է Էնշտեյնի նշանավոր E=mc² հավասարումով (որտեղ E-ն էներգիան է, m֊ը՝ զանգվածը, c֊ն՝ լույսի արագությունը) և այն օրենքը, ըստ որի ոչ մի մարմին չի կարող շարժվել լույսի արագությունից ավելի մեծ արագությամբ։ Էներգիայի և զանգվածի համարժեքությունից բխում է, որ շարժման ընթացքում մարմնի ձեռք բերած համապատասխան էներգիան գումարվելու է նրա զանգվածին։ Այսինքն՝ շարժման հետևանքով մարմնի զանգվածը մեծանալով, դժվարացնում է նրա արագության հետագա աճը։ Այս երևույթը իրականում նկատելի է դառնում, երբ մարմինը շարժվում է լույսի արագությանը մոտ արագությամբ։ Օրինակ, եթե մարմնի արագությունը հավասար է լույսի արագության 10 տոկոսին, մարմնի զանգվածը աճում է բնականի 0,5 տոկոսի չափով, իսկ երբ արագությունը լույսի արագության 90 տոկոսի չափ է, ապա մարմնի զանգվածը դառնում է բնականի ավելի քան կրկնակին։
Իսկ երբ մարմնի արագությունը մոտենում է լույսի արագությանը, ապա զանգվածն այնքան արագ է մեծանում, որ չափազանց մեծ էներգիա է պահանջում արագության հետագա փոփոխման համար։ Մարմնի արագությունը, փաստորեն, երբեք չի կարող հասնել լույսի արագությանը, քանի որ այդ դեպքում զանգվածն անսահման կմեծանա և, և զանգվածի և էներգիայի համարժեքության համաձայն, անսահման մեծ քանակի էներգիա կպահանջվի դրա համար։ Այդ իսկ պատճառով, ցանկացած բնական մարմին հարաբերականության տեսությամբ ընդմիշտ սահմանափակված է շարժվելու լույսի արագությունից ավելի փոքր արագությամբ։ Միայն լույսը կամ սեփական զանգված չունեցող այլ ալիքներ կարող են շարժվել լույսի արագությամբ։
Հարաբերականության տեսության հավասարարժեք հետևանքներից է նաև այն, որ հեղաշրջվեցին մեր պատկերացումները տարածության և ժամանակի մասին։ Նյուտոնի տեսության համաձայն, երբ մի տեղից դեպի մի այլ տեղ լուսային ազդանշան է հաղորդվում, տարբեր դիտորդներ համակարծիք կլինեն այդ տեղափոխման ժամանակի հարցում (քանի որ ժամանակը բացարձակ է), իսկ լույսի անցած ճանապարհի երկարության հարցում նրանք միշտ չէ, որ կհամաձայնեն միմյանց հետ (քանի որ տարածությունը բացարձակ չէ)։ Որովհետև լույսի արագությունը հաշվելու համար անհրաժեշտ է նրա անցած ճանապարհը բաժանել ժամանակի վրա, ուստի տարբեր դիտորդներ լույսի արագության տարբեր արժեքներ կչափեն։ Հարաբերականության տեսության մեջ, մյուս կողմից, բոլոր դիտորդները պետք է համակարծիք լինեն լույսի արագության մեծության հարցում։ Հետևաբար, եթե նրանք համակարծիք չեն լույսի անցած ճանապարհի հարցում, չպետք է համաձայն լինեն նաև ժամանակի հարցում։ (Ժամանակը լույսի անցած ճանապարհի, որի ճշգրտությունը դիտորդները չեն ընդունում, հարաբերությունն է լույսի արագությանը, որի հետ նրանք համաձայն են)։ Այլ կերպ ասած, հարաբերականության տեսությունը վերջ տվեց բացարձակ ժամանակի պատկերացմանը։ Թվում է, թե յուրաքանչյուր դիտորդ պետք է ունենա ժամանակի իր սեփական չափումը, որը կատարում է իր հետ վերցրած ժամացույցով, և տարբեր դիտորդների նույնանման ժամացույցներն անպայման չէ, որ կհամապատասխանեն միմյանց։
Յուրաքանչյուր դիտորդ կարող է ռադարի օգնությամբ իմանալ, թե որտեղ և երբ տեղի ունեցավ տվյալ պատահույթը՝ այնտեղ լույսի կամ ռադիոալիքների ազդանշան ուղարկելով։ Ազդանշանի մի մասը պատահույթի վայրից վերադառնում է, և դիտորդը չափում է արձագանքի ստացման ժամանակը։ Պատահույթի ժամանակ է կոչվում ազդանշանի հաղորդման և արձագանքի ստացման տևողությունների կիսագումարը, իսկ պատահույթի հեռավորությունն այդ շրջապտույտի կիսաժամանակի և լույսի արագության արտադրյալն է։ (Պատահույթ ասվածը, այս իմաստով, տարածության մի առանձին կետում և որոշակի ժամանակում տեղի ունեցածն է)։ Այս պատկերացումը ցույց է տրված նկ․21֊ում, որը տարածություն֊ժամանակ դիագրամի մի օրինակ է։ Այս ընթացակարգն օգտագործելով, դիտորդները, որոնք իրար նկատմամբ հարաբերական շարժման մեջ են, կարող են միևնույն երևույթին տարբեր դիրքեր և տարբեր ժամանակներ վերագրել։ Որևէ մեկի չափումն ավելի ճիշտ չի կարելի համարել մյուսի նկատմամբ, սակայն բոլոր չափումները կապված են միմյանց հետ։ Եթե դիտորդներից մեկին հայտնի է մյուսի շարժման հարաբերական արագությունը, ապա նա կարող է ճշգրտորեն իմանալ, թե այս վերջինը տվյալ դեպքի համար ինչ դիրք և ժամանակ է որոշել։
Այժմ մենք հենց այս ռադարային եղանակն ենք օգտագործում հեռավորությունը ճշգրիտ չափելու համար, որովհետև կարող ենք ժամանակն ավելի մեծ ճշգրտությամբ չափել, քան հեռավորությունը։ Արդարև, մետրը սահմանված է որպես այնպիսի հեռավորություն, որը լույսն անցնում է 0,00000000 33356-40952 վայրկյանում՝ չափված ցեզիումային ժամացույցով։ (Այս հատուկ թվի ընտրությունը պայմանավորված է նրանով, որ դա համապատասխանում է մետրի պատմական սահմանը՝ որպես Փարիզում պահվող հատուկ պլատինե ձողի երկու նշանակետերով սահմանված երկարություն)։ Մենք հավասարապես կարող ենք օգտվել երկարության ավելի հարմար նոր միավորից՝ լուսավայրկյանից։ Դա ուղղակի այն հեռավորությունն է, որը լույսն անցնում է մեկ վայրկյանում։ Հարաբերականության տեսության մեջ մենք այժմ հեռավորությունը սահմանել ենք, ժամանակի և լույսի արագության միջոցով։ Հետևաբար յուրաքանչյուր դիտորդ լույսը չափելիս արագության համար պետք է օգտագործի միևնույն արժեքը (այսինքն՝ 1 մետր 0,000000003335640952 վայրկյանում)։ Որևէ կարիք չկա, որ ներմուծվի եթերի գաղափարը, ինչի գոյությունն ամենուր հնարավոր չէ հայտնաբերել, ինչպես ցույց է տալիս Մայքելսոն֊Մոռլիի փորձը։ Այսպիսով, հարաբերականության տեսությունը մեզ հիմք է տալիս հիմնավորապես փոխելու մեր պատկերացումները տարածության և ժամանակի մասին։ Մենք պետք է ընդունենք, որ ժամանակը լիովին անջատ և անկախ չէ տարածությունից, այլ նրանք միավորված են միմյանց հետ, որպես, այսպես կոչված, տարածություն֊ժամանակ։
Սովորական փորձից հայտնի է, որ տարածության մեջ կետի դիրքը կարելի է որոշել նաև կետի ունեցած որոշակի լայնությամբ ու երկայնությամբ և որոշակի բարձրությամբ ծովի մակերևույթից։ Կարելի է օգտագործել նաև 3 հարմար կոորդինատներ, որոնք, սակայն, կարող են սահմանափակ օգտակար լինել։
Օրինակ, երկնակամարում լուսնի դիրքը հազիվ թե որևէ մեկը որոշի Պիլադիլի հրապարակից նրա՝ դեպի հյուսիս և արևելք ունեցած հեռավորությամբ՝ մղոններով, և ծովի մակերևույթից ունեցած բարձրությամբ՝ ոտնաչափով։ Ընդհակառակը, երկնային մարմնի դիրքը նպատակահարմար է ներկայացնել արևից, մոլորակների ուղեծրային հարթությունից ունեցած հեռավորություններով, լուսինը արևին միացնող և արևը Ալֆա Կենտավրոս աստղին միացնող գծերի կազմած անկյունով։ Նույնիսկ այսպիսի կոորդինատները չի կարելի մշտապես օգտագործել արևի դիրքը մեր գալակտիկայում և կամ մեր գալակտիկայի դիրքը գալակտիկաների կույտերի մեջ նկարագրելու համար։ Իրականում տիեզերքն ամբողջությամբ հնարավոր է նկարագրել իրար ծածկող կոորդինատային խմբերի հավաքածուի օգնությամբ։ Յուրաքանչյուր խմբում կարելի է օգտագործել 3 կոորդինատ՝ որևէ կետի դիրքը բնորոշելու համար։
Պատահույթն այն է, ինչ տեղի է ունենում տարածության որոշակի կետում և որոշակի ժամանակում։ Հետևաբար, պատահույթը կարելի է բնորոշել 4 թվով կամ կոորդինատով։ Այս պարագայում դարձյալ կոորդինատների ընտրությունը պայմանական է․ կարելի է ընտրել երեք հստակ սահմանված հատուկ կոորդինատներ և ժամանակի որևէ չափում։ Հարաբերականության տեսության մեջ իրական տարբերություն չկա տարածության և ժամանակի կոորդինատների միջև, ճիշտ այնպես, ինչպես իրական տարբերություն չկա տարածական կոորդինատներից որևէ երկուսի միջև։ Հնարավոր է ընտրել մի նոր կոորդինատային շարք, որում, ասենք, նորի առաջին տարածական կոորդինատը լինի նախկինի առաջին և երկրորդ տարածական կոորդինատների կոմբինացիան։ Օրինակ, կետի դիրքը երկրի վրա Պիկադիլից դեպի հյուսիս և արևմուտք եղած մղոններով որոշելու փոխարեն կարելի է օգտագործել Պիկադիլից հուսիս֊արևելք և հյուսիս֊արևմուտք ուղղություններով եղած մղոնները։ Նույն ձևով հարաբերականության տեսության մեջ կարելի է օգտագործել մի նոր ժամանակի կոորդինատ, որը լինի նախկին ժամանակի (վայրկյաններով) և Պիկադիլից դեպի հյուսիս անցած հեռավորության (լուսավայրկյաններով) գումարը։
Հաճախ շատ օգտակար է մտածել, պատահույթի չորս կոորդինատների մասին՝ բնորոշելու նրա դիրքը քառաչափ տարածության մեջ, որը կոչվել է տարծություն֊ժամանակ։ Սակայն քառաչափ տարածությունն անհնար է պատկերացնել։ Ես ինքս դժվար եմ պատկերացնում նույնիսկ եռաչափ տարածությունը։ Այնուամենայնիվ, հեշտ է երկչափ տարածության դիագրամներ գծել, ինչպես, օրինակ, երկրագնդի մակերևույթը։ (Երկրագնդի մակերևույթը երկչափ է, որովհետև նրա վրա կետի դիրքը կարելի է որոշել երկու կոորդինատներով՝ լայնությամբ և երկարությամբ)։ Ես հիմնականում օգտագործելու եմ դիագրամներ, որոնցում ժամանակն աճման կարգով ցույց է տրվելու հեռանկարում։ (Դրանք կոչվում են տարածություն֊ժամանակ դիագրամներ, օրինակ, նկ․ 2.1֊ը)։ Դիցուկ, 2.2 նկարում ժամանակը տեղադրված է ուղղահայաց առանցքի վրա՝ տարիներով, իսկ հորիզոնական առանցքի վրա՝ արևի և Ալֆա Կենտավրոս աստղի միջև եղած հեռավորությունը՝ մղոններով։ Արևի և Ալֆա Կենտավրոսի հետագծերը տարածություն֊ժամանակ դիագրամում ցույց են տրված որպես ուղղաձիգ գծեր ձախ և աջ կողմերում։ Արևի լույսի ճառագայթը, անցնելով թեք անկյունագծով, չորս տարում արևից հասնում է Ալֆա Կենտավրոսին։
Ինչպես մենք արդեն գիտենք, Մաքսվելի հավասարումները կանխատեսում են, որ լույսի արագությունը նույնը պիտի լինի, անկախ աղբյուրի շարժման արագությունից, ինչը հաստատված է ճշգրիտ չափումներով։ Սրանից հետևում է, որ եթե որոշակի ժամանակում տարածության որոշակի կետից լուսային ազդանշան է արձակվել, ապա անցնող ժամանակի հետ լույսը պիտի տարածվի որպես լուսային գունդ, որի մեծությունն ու դիրքը կախված չեն աղբյուրի արագությունից։ Մեկ միլիոներորդ վայրկյան հետո լույսը պիտի տարածվի՝ առաջացնելով 300 մետր շառավիղ ունեցող գունդ, երկու միլիոներորդ վայրկյան հետո գնդի շառավիղը կլինի 600 մետր և այսպես շարունակ։ Սա նման կլինի լճակի մակերևույթին տարածվող ալիքներին, երբ լճակի մեջ քար է գցվում։ Ալիքները, տարածվելով շրջանաձև, ժամանակի հետ գնալով ավելի և ավելի են տարածվում։ Եթե այժմ պատկերացնենք եռաչափ տարածական մոդել՝ բաղկացած լճակի երկչափ մակերեսից և միաչափ ժամանակից, ապա տարածվող ալիքները ժամանակի ընթացքում կառաջացնեն մի կոն, որի գագաթը կհամապատասխանի այն տեղին և ժամանակին, երբ քարը խփվում է ջրին (նկ․2.3):
Նույն ձևով լույսը, մի պատահույթից տարածվելով, առաջացնում է եռաչափ մի կոն քառաչափ տարածություն֊ժամանակի մեջ։ Այս կոնը կոչվում է պատահույթի ապագայի լուսակոն։ Նույն ձևով մենք կարող ենք նկարել մեկ այլ կոն, որը կոչվում է անցյալի լուսակոն․ այն պատահույթի մի շարք է, որոնց լուսային ազդանշաններն ի վիճակի են հասնել տվյալ պատահույթին (նկ․2.4):
P ― պատահույթի անցյալի և ապագայի լուսակոները տարածություն֊ժամանակը բաժանում են երեք տիրույթի (նկ․ 2.5)։ Պատահույթի բացարձակ ապագան P֊ի ապագայի լուսակոնի ներսում պարփակված տիրույթն է։ Դա բոլոր այն պատահույթների շարքն է, որոնք կարող են ազդվել այն ամենից, ինչ տեղի է ունենում P֊ում։ P֊ի ազդանշանները չեն կարող հասնել P֊ի լուսակոնից դուրս տեղի ունեցող պատահույթներին, որովհետև լույսից արագ շարժվել հնարավոր չէ։ Հետևաբար, այդ պատահույթները չեն կարող ազդվել այն ամենից, ինչ տեղի է ունենում P֊ում։ P֊ի բացարձակ անցյալն անցյալի լուսակոնում պարփակված տիրույթն է։ Դա այն պատահույթների շարքն է, որոնցից ազդանշանները, շարժվելով լույսի արագությամբ կամ ավելի դանդաղ, կարող են հասնել P֊ին։
Դա, հետևաբար, բոլոր այն պատահույթների շարքն է, որոնք կարող են ազդել P֊ում կատարվող իրադարձությունների վրա։ Եթե մենք իմանանք, թե ինչ է տեղի ունեցել P֊ի անցյալի լուսակոնում պարփակված տարածության ցանկացած տիրույթում, ապա կարող ենք կանխագուշակել, թե ինչ պիտի տեղի ունենա P֊ում։ «Այլուրը» տարածություն֊ժամանակ դիագրամի այն տիրույթն է, որը դուրս է ապագայի և անցյալի լուսակոներից, այլուրում կատարվող պատահույթները չեն կարող ազդվել կամ ազդել P֊ի պատահույթների վրա։ Այսպես, եթե հենց այս պահին արևը դադարեր փայլելուց, դա Երկրի անցուդարձի վրա անմիջապես չէր կարող ազդել, քանի որ այն պահին, երբ արևը հանգի (նկ․ 2.6) երկիրը կգտնվի պատահույթի «այլուրում»։ Այդ մասին մենք կիմանանք 8 րոպե հետո միայն, այսինքն՝ այնքան ժամանակ անց, որը հարկավոր է, որպեսզի լույսը արևից հասնի մեզ։ Միայն այդ ժամանակ երկրի վրա պատահող պատահույթները կմտնեն արևի հանգման պատահույթի ապագայի լուսակոնի մեջ։ Նույն ձևով մենք չգիտենք, թե այս պահին ինչ է տեղի ունենում հեռավոր տիեզերքում։ Հեռավոր գալակտիկաների լույսը, որը մենք տեսնում ենք այսօր, արձակվել է միլիոնավոր տարիներ առաջ, իսկ ամենահեռավոր տեսանելի առարկաներից լույսը ճամփա է ընկել մի քանի ութ հազար միլիոն տարի առաջ։
Այսպիսով, երբ մենք այսօր տիեզերքին ենք նայում, ապա տեսնում ենք այնպես, ինչպես նա եղել է անցյալում։
Եթե անտեսենք ձգողության ազդեցությունները, ինչպես այդ արեցին Էնշտեյնն ու Պուանկարեն 1905֊ին, ստացվում է, այսպես կոչված, հարաբերականության հատուկ տեսությունը։ Տարածություն֊ժամանակի մեջ տեղի ունեցող ցանկացած պատահույթի համար, մենք կարող ենք լուսակոն կառուցել (տարածություն֊ժամանակի մեջ տվյալ պատահույթի արձակած լույսի բոլոր հնարավոր հետագծերի շարքը), և որովհետև լույսի արագությունը նույնն է յուրաքանչյուր պատահույթի և ուղղության համար, բոլոր լուսակոները կլինեն նույնանման և կուղղվեն միևնույն ուղղությամբ։ Այս տեսությունը նույնպես ասում է, որ ոչինչ չի կարող լույսից ավելի արագ շարժվել։ Սա նշանակում է, որ որևէ առարկայի հետագիծը տարածության և ժամանակի մեջ պետք է ներկայացվի մի գծով, որը գտնվում է յուրաքանչյուր պատահույթի լուսակոնի ներսում (նկ․ 2.7)։
Հարաբերականության հատուկ տեսությունը մեծ հաջողությամբ բացատրեց, որ լույսի արագությունը նույնն է բոլոր դիտորդների համար (ինչպես ցույց էր տրվել Մայքելսոն֊Մոռլիի փորձով) և նկարագրեց, թե ինչ է պատահում, եթե առարկաները շարժվում են լույսի արագությանը մոտ արագությամբ։ Այն, սակայն, անհամատեղելի էր Նյուտոնի ձգողության տեսության հետ, որի համաձայն մարմինների՝ միմյանց ձգող ուժը կախված է նրանց միջև եղած հեռավորությունից։ Սա նշանակում է, որ երբ մարմիններից մեկը շարժվի, ապա մյուսի վրա ազդող ուժը պետք է ակնթարթորեն փոխվի։ Կամ, այլ կերպ ասած, ձգողական ազդեցությունները պետք է գործեն անսահման մեծ արագությամբ, այն դեպքում, երբ հարաբերականության հատուկ տեսությունը պահանջում է, որ այդ արագությունը լինի լույսի արագությանը հավասար կամ նրանից փոքր։
Էնշտեյնը 1908֊ից մինչև 1914֊ը մի շարք անհաջող փորձեր կատարեց՝ ստեղծելու ձգողականության այնպիսի մի տեսություն, որը համատեղելի լիներ հարաբերականության հատուկ տեսության հետ։ Վերջապես1915 թվականին նա առաջարկեց այն, ինչն այսօր անվանում ենք հարաբերականության ընդհանուր տեսություն։
Էնշտեյնը կատարեց հեղափոխական նշանակություն ունեցող մի առաջարկություն այն մասին, որ ձգողականությունը մյուս ուժերի նման ուժ չէ, այլ արդյունք է այն բանի, որ տարածություն֊ժամանակը հարթ չէ, ինչպես նախկինում ենթարվում էր, այլ կոր է կամ «կորացված»՝ իր մեջ առկա զանգվածի և էներգիայի բաշխման հետևանքով։ Մարմինները, ինչպիսին երկրագունդն է, ստեղծված չեն, որպեսզի շարժվեն կորաձև ուղեծրով ձգողություն կոչվող ուժի ազդեցության տակ, փոխարենը նրանք ուղղաձիգ են շարժվում կորաձև տարածության մեջ, որը կոչվում է գեոդեզիական տարածություն։ Գեոդեզիական է կոչվում երկու հարևան կետերի միջև ամենակարճ (կամ ամենաերկար) հեռավորությունը։
Օրինակ, երկրագնդի մակերևույթը երկչափանի կոր տարածություն է։ Երկրագնդի վրա գեոդեզիական է կոչվում մեծ շրջանագիծը, որը երկու կետերի միջև եղած ամենակարճ ճանապարհն է (նկ․ 2.8)։ Քանի որ գեոդեզիականն ամենակարճ ճանապարհն է ցանկացած երկու օդանավակայանների միջև, ապա շտուրմանը օդաչուին հրահանգում է թռիչքի համար ընտրել այդ ուղին։ Չնայած ընդհանուր հարաբերականության տեսության մեջ մարմինները միշտ շարժվում են ուղիղ գծով քառաչափ տարածություն֊ժամանակում, սակայն մեզ թվում է, թե նրանք մեր եռաչափ տարածության մեջ շարժվում են կորաձև։ (Սա շատ նման է այն բանին, որին մենք ականատես ենք լինում, երբ օդանավը թռչում է լեռնոտ տարածքի վրայով։ Թեև այն շարժվում է ուղղագծորեն՝ եռաչափ տարածության մեջ, բայց նրա ստվերը երկչափ գետնի վրա կորագիծ է։
Արևի զանգվածն այնպես է կորացնում տարածություն֊ժամանակը, որ թեև երկրագունդը շարժվում է ուղղագծորեն քառաչափ տարածություն֊ժամանակի մեջ, բայց մեզ թվում է, թե այն եռաչափ տարածության մեջ շարժվում է շրջանաձև ուղեծրով։ Փաստորեն, մոլորակների ուղեծրի համար ընդհանուր հարաբերականության կանխագուշակությունը գրեթե ճշտորեն նույնն էր, ինչ կանխագուշակել էր Նյուտոնի ձգողականության տեսությունը։ Այնուամենայնիվ, Մերկուրիի դեպքում, որն արևին ամենամոտ մոլորակը լինելով, ենթարկվում է ձգողության ուժեղագույն ազդեցությանը և ունի բավականին երկարացված էլիպսաձև ուղեծիր, ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը կանխատեսում է, որ էլիպսի երկար առանցքը պետք է պտտվի արևի նկատմամբ տասը հազար տարին մեկ աստիճան արագությամբ։ Այս շեղումը թեև փոքր, բայց դիտարկվել է 1915֊ից առաջ և Էյնշտեյնի ընդհանուր հարաբերականության տեսության հաստատմանը նպաստող առաջին փաստերից մեկն է։ Վերջին տարիներին ռադարային չափումների օգնությամբ դիտարկվել են այլ մոլորակների ավելի փոքր ուղեծրային շեղումներ նյուտոնյան կանխագուշակումներից և հաստատվել է ընդհանուր հարաբերականության տեսության կանխատեսումների հետ դրանց համապատասխանությունը։
Լույսի ճառագայթները ևս տարածություն֊ժամանակի մեջ պետք է տարածվեն գեոդեզիական կանոններով։ Քանի որ տարածությունը կոր է, նշանակում է լույսը տարածության մեջ չի կարող ուղղագծորեն շարժվել։ Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կանխագուշակում է, որ լույսը պետք է թեքվի ձգողականության դաշտի ազդեցության տակ։ Օրինակ, այդ տեսությունը կանխագուշակեց, որ արևին մոտիկ գտնվող կետերի լուսակոները պետք է փոքր֊ինչ դեպի ներս թեքված լինեն արևի զանգվածի ազդեցության տակ։ Սա նշանակում է, որ հեռավոր աստղից եկող լույսն արևի մոտով անցնելիս պետք է շեղվի փոքր անկյան տակ, որի հետևանքով երկրից դիտողի համար աստղը տարբեր դիրքերով պիտի երևա (նկ․ 2.9):
Իհարկե, եթե աստղից եկող լույսը միշտ արևի մոտով անցներ, մենք չէինք կարող ասել՝ արդյոք լո՞ւյսն է թեքվել, թե՞ աստղն է գտնվում հենց այնտեղ, որտեղ մենք նրան տեսնում ենք։ Սակայն, քանի որ երկիրը պտտվում է արևի շուրջը, ապա տարբեր աստղեր հայտնվում են արևի հետևում, և նրանց արձակած լույսը թեքվում է։ Հետևաբար նրանք իրենց թվացյալ դիրքը փոխում են մյուս աստղերի նկատմամբ։
Սովորաբար այս բանը դժվար է տեսնել, որովհետև արևից եկող լույսն անհնարին է դարձնում դիտարկել այն աստղերը, որոնք երկնքում արևի մոտ են երևում։ Բայց դա հնարավոր է դառնում արևի խավարման ժամանակ, երբ լուսինը ծածկում է արևից եկած լույսը։ Էնշտեյնի այս կանխագուշակությունը լույսի խոտորման մասին հնարավոր չեղավ անմիջապես ստուգել 1915֊ին։ Առաջին համաշխարհային պատերազմի ծավալման պատճառով։ Միայն 1919 թվականին անգլիական մի արշավախումբ Արևմտյան Աֆրիկայում արևի խավարում դիտարկելիս ցույց տվեց, որ լույսն իրոք խոտորվում է արևից ճիշտ այնպես, ինչպես կանխատեսել էր ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը։ Անգլիացի գիտնականների կողմից գերմանական տեսության այս ապացույցը ժամանակին ողջունվեց բոլորի կողմից որպես պատերազմից հետո հաշտեցման կարևոր ակտ երկու երկրների միջև։ Սակայն գիտության հեգնանքը եղավ այն, որ արշավախմբի լուսանկարների հետագա ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ փորձնական սխալներն ավելի մեծ էին, քան այն շեղումները, որոնք նրանք փորձել էին չափել։ Չափումները բախտի բերմամբ էին այդպես ստացվել, կամ գուցե, արդյունք էին այն բանի, որ մարդիկ գիտեին, թե ինչպիսի արդյունքն է ցանկալի, մի բան, որ հազվադեպ չէ գիտական աշխատանքներում։ Այնուամենայնիվ, լույսի խոտորումը հետագա բազմաթիվ դիտարկումներով ճշգրտորեն ապացուցվեց։
Ընդհանուր հարաբերականության տեսության մյուս կանխագուշակությունն այն էր, որ ժամանակը պետք է դանդաղեր երկրի նման մեծ զանգված ունեցող մարմնի մոտ։ Սրա պատճառն այն է, որ լույսի էներգիան և նրա հաճախականությունը (դա մեկ վայրկյանում տեղաշարժվող լույսի ալիքների թիվն է) իրար հետ կապված են՝ լույսի էներգիան այնքան մեծ է, որքան մեծ է նրա հաճախականությունը։ Երբ լույսն անցնում է երկրի ձգողականության դաշտով, այն էներգիա է կորցնում, հետևաբար նրա հաճախականությունը փոքրանում է։ Դա նշանակում է, որ ալիքի մի գագաթից հաջորդն անցնելու համար ավելի երկար ժամանակ է պահանջվում։ Վերևից նայողին կթվա, թե ներքևում ամեն ինչ ավելի դանդաղ է տեղի ունենում։ Այս կանխագուշակությունն ստուգվեց 1962֊ին․ մի ջրային աշտարակի գագաթին և ստորոտին տեղադրեցին երկու շատ ճշգրիտ ժամացույցներ։ Ստորոտին տեղադրված ժամացույցը, մոտիկ գտնվելով երկրին, ավելի դանդաղ էր աշխատել, ճիշտ հարաբերականության ընդհանուր տեսությանը համապատասխան։ Երկրի մակերևույթից տարբեր բարձրությունների վրա աշխատող ժամացույցների ցուցմունքների տարբերությունն այսօր կարևոր գործնական նշանակություն ունի արհեստական արբանյակներից ստացվող ազդանշանների հիման վրա նվազագույն ճշգրիտ համակարգի ներդրման համար։ Եթե հաշվի չառնվեն հարաբերականության ընդհանուր տեսության կանխագուշակումները, ապա հաշվարկված դիրքը սխալ կլինի մի քանի մղոնով։
Նյուտոնի շարժման օրենքները վերջ տվին տարածության մեջ բացարձակ դիրքի գաղափարին։ Հարաբերականության տեսությունն ազատվեց բացարձակ ժամանակից։ Դիցուկ ունենք երկվորյակների մեկ զույգ։ Ենթադրենք, այդ զույգից մեկն ապրում է լեռան գագաթին, իսկ մյուսը՝ ծովափին։ Առաջինն ավելի արագ կմեծանա, քան երկրորդը։ Երբ հետագայում նրանք նորից հանդիպեն, ապա մեկն ավելի ծեր կերևա մյուսից։ Իհարկե, այս դեպքում հասակների տարբերությունը շատ փոքր կլինի, բայց այդ տարբերությունը խիստ կմեծանա, եթե երկվորյակներից մեկը տիեզերանավով հեռավոր մի ճամբորդության մեկնի մոտավորապես լույսի արագությամբ։ Երբ նա վերադառնա հեռավոր ճամփորդությունից, շատ ավելի երիտասարդ կլինի երկրի վրա մնացողի համեմատ։ Սա կոչվում է երկվորյակների պարադոքս, որը, սակայն, պարադոքս է միայն այնքանով, որքանով մենք չենք ձերբազատվել բացարձակ ժամանակի գաղափարից։ Հարաբերականության տեսության մեջ չկա եզակիորեն բացարձակ ժամանակ, այլ ամեն անհատ ունի ժամանակի իր անձնական չափը, որը կախված է նրանից, թե նա որտեղ է գտնվում և ինչ արագությամբ է շարժվում։
1915֊ից առաջ տարածությունը և ժամանակը, պատկերացվում էին որպես անշարժ և կայուն մի հրապարակ, որտեղ պատահույթներ էին տեղի ունենում և որը, սակայն, իր մեջ տեղի ունեցածից չէր փոփոխվում։ Սա ճիշտ էր նաև հարաբերականության հատուկ տեսության համար։ Մարմինները շարժվում էին, ուժերը ձգում ու վանում էին, սակայն ժամանակն ու տարածությունը, բոլորովին անտարբեր, պարզապես շարունակվում էին։ Միանգամայն բնական էր մտածել, որ տարածությունն ու ժամանակն ընդմիշտ գոյություն կունենան։
Վիճակը, սակայն, բոլորովին այլ է հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ։ Տարածությունն ու ժամանակն այստեղ դինամիկ մեծություններ են, երբ մարմինը շարժվում է, կամ ուժ է ազդում, դա ներգործում է ժամանակի և տարածության կորության վրա, իսկ տարածություն֊ժամանակ քառաչափ կառուցվածքն իր հերթին ներգործում է շարժվող մարմինների և ազդող ուժերի ընթացքի վրա։ Տարածությունը և ժամանակն այսպիսով ոչ միայն ազդում, այլև ազդվում են տիեզերքում տեղի ունեցող ամեն ինչից։ Ճիշտ այնպես, ինչպես մարդ չի կարող խոսել տիեզերքում տեղի ունեցող պատահույթների մասին՝ առանց պատկերացնելու տարածությունն ու ժամանակը, այդպես էլ ընդհանուր հարաբերականությայն մեջ անմիմաստ է խոսել ժամանակի և տարածության մասին տիեզերքի սահմաններից դուրս։
Հետագա տասնամյակներում տարածության և ժամանակի այս նոր հասկացությունը հեղափոխեց տիեզերքի մասին մեր պատկերացումը։ Հին պատկերացումը անփոփոխ տիեզերքի մասին, որը կարող էր գոյություն ունեցած լինել, կամ շարունակել գոյություն ունենալ, մեկընդմիշտ փոխարինվեց դինամիկ ընդարձակվող տիեզերքի հասկացությամբ։ Այս տիեզերքը՝ թվում է՝ սկիզբ է առել որոշակի ժամանակ առաջ և կարող է վերջ ունենալ ապագայում՝ որոշակի ժամանակ անց։ Հաջորդ գլուխը նվիրված է այդ հեղափոխությանը։
Եվ տարիներ անց դա դարձավ տեսական ֆիզիկայի իմ ուսումնասիրությունների սկիզբը։ Ռոջեր Պենրոուզն ու ես ցույց տվեցինք, որ Էնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությունից հետևում է, որ տիեզերքը պետք է սկիզբ և, հավանաբար, վերջ ունենա։
