Иными словами, изучения электрических и магнитных явлений привели к выводу о возможности существования электромагнитного поля в пустоте и об отождествлении света с электромагнитными волнами. При этом радикально меняется картина взаимодействия между зарядами: первый заряд порождает электромагнитное поле в некоторый момент времени, оно распространяется с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме, через конечное время достигает второго заряда и оказывает воздействие на характер его движения. Дальнодействие как таковое оказывается исключенным из физики. Пространство уже не рассматривается как нечто инертное и лишенное свойств, а представляется заполненной некой всепроникающей средой с особыми свойствами - эфиром; возмущения этой среды и есть электромагнитные волны. В то же время, попытки построить конкретную механическую модель эфира, игравшие очень большую эвристическую роль при создании Максвеллом классической электродинамики, привели к постулированию столь странных свойств эфира, что в конце концов потеряли всякий смысл: представить себе существование среды с таким набором свойств оказалось не проще, чем рассматривать электромагнитное поле как некоторую самостоятельную, не сводимую к механике, реальность.

В форме, приданной максвелловской электродинамике Г. Лоренцем, за эфиром осталась одна-единственная функция: быть привилегированной системой отсчета. Это можно пояснить с помощью простой аналогии. В ньютоновской механике относительно движение тел в пустоте, но не в среде. Скажем, акустические явления протекают по-разному при движении источника звука и при движении его приемника, несмотря на то, что относительная скорость источника и приемника может быть одинакова в обоих случаях. Дело в том, что для звука существует выделенная система отсчета - та, в которой воздух покоится. Аналогичная система отсчета была и в электродинамике Максвелла-Лоренца - та, относительно которой покоится эфир. Однако многочисленные эксперименты, поставленные с целью обнаружить эффекты движения Земли относительно эфира, неизменно давали отрицательный результат. В конце концов это привело к формулировке (независимо А.Эйнштейном и А.Пуанкаре) специального принципа относительности - утверждения о невозможности обнаружить абсолютное движение никакими экспериментами. В результате эфир оказался ненаблюдаемым, и это понятие было изгнано из физики (хотя оно продолжает играть большую роль в восточных философских системах). За этот шаг пришлось заплатить радикальным пересмотром старых понятий о пространстве и времени. Дело в том, что из законов электродинамики - уравнений Максвелла - следует, что свет в пустоте может распространяться только со строго определенной скоростью. Так как скорость любого движения относительна, предполагалось, что это утверждение относится к вполне определенной системе отсчета - той, в которой эфир покоится. Сейчас пришлось постулировать постоянство скорости света относительно произвольной системы отсчета (строго говоря, в специальной теории относительности Эйнштейна и Пуанкаре речь идет только об инерциальных системах отсчета, связанных равномерными и прямолинейными движениями). Это очевидно несовместимо с классическим законом сложения скоростей.

Проведенный Эйнштейном детальный анализ понятия скорости и тесно связанных с ним понятий длины и промежутка времени привел к выводу об относительности последних, то есть, например, о зависимости длительности какого-то процесса, измеренного движущимися часами, от скорости их движения. Не имея возможности излагать физическую суть теории относительности более подробно, отсылаем читателя к многочисленным популярным изложениям и учебникам (см., напр., М. Борн, Эйнштейновская теория относительности, М., Мир, 1972; Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс, Фейнмановские лекции по физике, т. 2, М., Мир, 1965). Важно лишь подчеркнуть, что в теории относительности время и пространство формируют единый четырехмерный континуум, в котором со временем связана четвертая мнимая (в математическом смысле!) координата. Это утверждение на самом деле носит достаточно формальный характер, и никто никогда не понимал его в смысле физической тождественности временной и пространственных координат. В теории относительности имеет место очень важное разделение между событиями, связанными времениподобными интервалами (это означает, что существует такая система отсчета, в которой эти события происходят в одной и той же точке пространства) и пространственноподобными интервалами (это означает, что существует такая система отсчета, в которой эти события происходят в один и тот же момент времени); причинно связанными между собой могут быть только события первого типа. Различие между времениподобными и пространственноподобными интервалами является абсолютным и играет в теории относительности ту же роль, что различие между временем и длиной в ньютоновской физике. Дальнейшее обсуждение этих вопросов дано в гл. 14.

Важным выводом теории относительности является утверждение о том, что скорость света в вакууме - это предельная скорость распространения любых взаимодействий в природе. Таким образом, теория относительности принципиально исключает мгновенное дальнодействие. Нелишне отметить, что это положение столь прочно укоренено в основах современной физики, что любые попытки строить, скажем, теории мгновенно действующего "биополя" для объяснения парапсихологических явлений по образцу "нормальной" физической теории поля следует признать несостоятельными. Мы не обсуждаем здесь вопрос о реальном существовании такого дальнодействия, а хотим лишь подчеркнуть, что язык современной физики безусловно неприспособлен для описания соответствующих феноменов, если они существуют (здесь уместно еще раз напомнить о введенном Юнгом различии между причинностью и синхронистичностью). С точки зрения человека, вопрос о взаимодействии и нелокальной связи явлений ассоциирутеся с магией.

Из существования предельной скорости распространения взаимодействий следует несуществование абсолютно твердых тел, так как последнее, по определению, должно перемещаться лишь жестко, т.е. как единое целое. Но воздействие на какую-либо точку этого тела способно дойти до другой ее точки лишь за конечное время; в течение этого времени первая точка пройдет какое-то расстояние, а вторая останется неподвижной, то есть тело неизбежно деформируется. В то же время, выше подчеркивалось, что гипотеза о существовании твердых тел лежит в основе геометрии. Таким образом Эйнштейн пришел к выводу, что пространство-время может описываться лишь такой геометрией, которая имеет дело с локальными характеристиками. Такая геометрия была построена еще в XIX веке Риманом и описывает пространство, свойства которого изменяются от точки к точке по определенным законам. В частности, может меняться кривизна этого пространства. Грубо говоря, геометрия может быть близка к евклидовой, если рассматривать свойства достаточно маленьких фигур в одной части пространства, быть похожей на геометрию Лобачевского в некоторой другой области, быть подобной геометрии на поверхности сферы где-то еще, и т.д.. В инерциальной системе отсчета геометрия пространства-времени евклидова (точнее, псевдоевклидова из-за мнимости временной координаты). Но мы не можем знать, инерциальна ли наша система отсчета как целое - мы знаем лишь то, что происходит здесь и сейчас. А в малых областях пространства движение по инерции неотличимо от свободного падения под действием тяготения (явление невесомости). Следовательно, пространство и время оказываются "перепутанными" c явлениями тяготения (гравитации), что и составляет суть общей теории относительности Эйнштейна.