Коротка історія часу

Ньютонів закон тяжіння також твердить: що далі одне від одного тіла, то менша сила діє між ними. Відповідно до цього закону, гравітаційне притягання зорі буде на чверть менше, ніж у такої ж зорі, але вдвічі ближчої. Ньютонів закон тяжіння дає змогу з великою точністю передбачити орбіти Землі, Місяця і планет. Якби закон був інакший і сила гравітаційного притягання зорі з відстанню зменшувалася чи збільшувалася швидше, то орбіти планет не були б еліптичні; вони або рухались би по спіралі до Сонця, або віддалялися від нього.

Аристотелеві уявлення істотно відрізнялися від Ґалілеєвих і Ньютонових тим, що Аристотель уважав спокій за особливий стан, у якому завжди перебуває всяке тіло, коли на нього не діє якась сила чи імпульс. Він, зокрема, гадав, що й Земля перебуває в стані спокою. Проте, як випливає з Ньютонових законів, єдиного мірила спокою немає. Можна з однаковою певністю твердити, що тіло А перебуває в стані спокою, а тіло B рухається зі сталою швидкістю відносно тіла А, або ж, навпаки, тіло B перебуває в стані спокою, а тіло А рухається. Коли ж, наприклад, на якийсь час забути про обертання Землі і про її рух навколо Сонця, то можна сказати, що Земля перебуває в стані спокою, а поїзд мчить по ній на північ зі швидкістю дев’яносто миль за годину, або ж, навпаки, що поїзд перебуває в стані спокою, а Земля рухається під ним на південь зі швидкістю дев’яносто миль за годину. Якби в цьому поїзді хтось робив досліди з рухомими тілами, то впевнився б, що всі Ньютонові закони, як і раніше, справедливі. Наприклад, граючи в поїзді у настільний теніс, можна з’ясувати, що траєкторія м’ячика підлягає Ньютоновим законам, як і тоді, коли б хто грав на нерухомій поверхні. Тож не можна достеменно сказати, що саме рухається — потяг чи Земля.

А що нема абсолютного мірила спокою, то ніхто не може встановити, чи дві різночасні події сталися в одній точці простору, чи в різних. Припустімо, наприклад, що в поїзді тенісний м’ячик відскакує від стола вгору і падає вниз, ударяючись двічі, через секунду, об стіл у тому самому місці. Спостерігачеві, що стоїть при колії, два відскоки здаватимуться такими, що відбулися на відстані десь сорока метрів один від одного, бо саме такий шлях проїде поїзд за час між двома ударами м’ячика об стіл. Отже, неможливість абсолютного спокою означає, що якійсь події годі приписати абсолютне місце в просторі, хоч Аристотель тримався протилежної думки. Положення подій у просторі й відстані здаватимуться різними пасажирові поїзда та людині при колії, і немає жодної причини віддавати перевагу положенню відносно котрогось зі спостерігачів.

Ньютона дуже непокоїло те, що немає абсолютного положення, чи, як його називали, абсолютного простору, бо це не узгоджувалося з його ідеєю абсолютного Бога. Фактично він відмовився визнати неможливість абсолютного простору, дарма що вона випливала з його законів. Багато хто дуже гостро критикував Ньютона за цю ірраціональну віру, а найбільше єпископ Берклі — філософ, який уважав, що всі матеріяльні об’єкти, простір і час — то ілюзія. Дізнавшись про думку Берклі, славнозвісний доктор Джонсон вигукнув: «Я спростую її отак!» — і вдарив носком у великий камінь.

І Аристотель, і Ньютон вірили в абсолютний час. Інакше кажучи, вони гадали, що можна однозначно виміряти інтервал часу між двома подіями і що результат буде однаковий, хоч би хто вимірював, аби послуговувався добрим годинником. Час був цілком відокремлений і незалежний від простору. Саме в такому підході більшість людей убачала здоровий глузд. Однак нам довелося змінити свою думку про час і простір. Очевидно, наші уявлення, засновані на здоровому глузді стосуються більше до яблук чи планет, тобто до об’єктів, що рухаються більш-менш повільно, і будуть зовсім недоречні щодо речей, які переміщуються зі швидкістю, близькою до світлової.

Те, що світло поширюється зі скінченною, хоч і дуже високою швидкістю, вперше виявив 1676 року данський астроном Оле Кристенсен Ремер. Він спостеріг, що супутники Юпітера, рухаючись навколо своєї планети, з’являються позаду неї не через однакові проміжки часу, як слід очікувати, якщо швидкість руху супутників стала. Земля і Юпітер рухаються навколо Сонця, а тому відстань між ними змінюється. Ремер завважив: що далі ми від Юпітера, то пізніше для нас настають затемнення його супутників. Він пояснив це тим, що світло від супутника іде до нас довше, коли ми перебуваємо далі. Проте результати його вимірювань змін відстані від Землі до Юпітера були не дуже точні, тому й значення швидкості світла, що його обчислив Ремер, становило 140000 миль за секунду, тоді як відоме нам тепер значення — 186000 миль за секунду. Однак досягнення Ремера було видатне, бо він зумів не тільки довести, що світло поширюється зі скінченною швидкістю, а й виміряти її, та ще й за одинадцять років перед публікацією Ньютонових «Математичних основ». Належної теорії поширення світла не було аж до 1865 року. Саме тоді британському фізикові Джеймсу Клеркові Максвелу вдалося поєднати часткові теорії, що ними описували електричну та магнетну сили. Відповідно до рівнянь Максвела, в об’єднаному електромагнетному полі можуть існувати хвилеподібні збурення, що ширяться з фіксованою швидкістю, як-от брижі на поверхні ставка. Якщо довжина (відстань між двома сусідніми гребенями) цих хвиль становить один метр і більше, то такі хвилі тепер називають радіохвилями. Серед коротших хвиль розрізняють мікрохвилі (завдовжки кілька сантиметрів) та інфрачервоні хвилі (завдовжки більш ніж одна десятитисячна сантиметра)[8]. Довжина хвилі видимого світла становить від сорока до вісімдесяти мільйонних сантиметра. Ще коротшу довжину мають хвилі ультрафіолетового, Рентґенового й гама-проміння.