В отличие от первых, да и многих последующих читателей книги Эйнштейна, нам не трудно представить себе ощущения и заключения его гипотетического наблюдателя. Ведь мы много раз видели по телевизору, как свободно парят в невесомости космонавты. Для них тяжесть не существует, хотя они и летят вблизи Земли. Они не испытывают силы земного тяготения именно потому, что свободно летят по инерции по орбите вокруг Земли или, как это было в экспедициях «Аполлон», по орбите Земля — Луна или обратно. Человек и приборы не испытывают силы тяжести, если они свободно летят в поле тяжести. Это было задолго до космических полетов ясно Эйнштейну. Этого не понимал Жюль Верн, автор знаменитого романа «Из пушки на Луну», герои которого испытывали силу тяжести в течение всего полета за исключением небольшого участка, где, по мнению Жюля Верна, притяжение Луны уравновешивает притяжение Земли. При всей своей эрудиции знаменитый фантаст допустил ошибку — невесомость наступает сразу после выключения двигателя. В романе это должно было произойти, когда снаряд покинул ствол орудия.

Но предоставим снова слово Эйнштейну: «Пусть в центре крышки ящика с наружной стороны прикреплен трос, за который какое-то существо начинает тянуть ящик с постоянной силой. Тогда ящик с наблюдателем будет двигаться равномерно ускоренно «вверх». Его скорость с течением времени будет возрастать до фантастической величины, если наблюдать с другого тела отсчета, которое никто не тянет.

Как же судит об этом явлении человек, находящийся в ящике? Ускорение ящика передается ему давлением со стороны пола. Следовательно, он будет воспринимать это давление своими ногами, если только не захочет прийти в соприкосновение с полом всем своим телом. При этом он стоит в ящике совершенно так же, как и в комнате своего дома на Земле. Если он выпускает из рук некоторое тело, то этому телу уже не будет передаваться ускорение ящика; поэтому оно будет приближаться к полу с ускорением относительно последнего. Далее наблюдатель убедится, что ускорение тела относительно пола ящика всегда одинаково, с каким бы телом ни производился опыт. Итак, человек в ящике, основываясь на своих сведениях о поле тяжести… придет к выводу о том, что он вместе с ящиком находится в постоянном во времени поле тяжести. Правда, какое-то время он будет удивлен тем, что сам ящик не падает в этом поле тяжести. Но затем он обнаружит в центре крышки крюк с прикрепленным к нему натянутым тросом и придет к выводу, что ящик подвешен и покоится в поле тяжести. Можем ли мы посмеяться над этим человеком и сказать, что его предположение ошибочно? Думаю, что мы не вправе поступить так, если хотим оставаться последовательными; мы должны также признать, что его предположение не содержит ни логических противоречий, ни противоречий с известным законом механики. Мы можем рассматривать ящик покоящимся, если даже он движется ускоренно относительно упомянутого выше «галилеевского пространства». Следовательно, мы имеем достаточно точное основание распространить принцип относительности на тела отсчета, движущиеся ускоренно одно относительно другого; таким путем мы получаем сильный аргумент в пользу обобщенного постулата относительности».

Иными словами, принцип относительности должен быть применим не только к телам, движущимся по инерции, но и к ускоряемым телам. Но мысленный опыт продолжается.

«Пусть человек в ящике прикрепил внутри ящика к его крышке веревку и к свободному концу ее привязал какое-либо тело. Под действием последнего веревка будет натянута в «вертикальном» направлении. Мы ставим вопрос о причине натяжения веревки. Человек в ящике скажет: «Подвешенное тело испытывает действие силы тяжести, направленной вниз и уравновешенной натяжением веревки; то, чем определяется натяжение веревки, это тяжелая масса подвешенного тела». Но с другой стороны, наблюдатель, который свободно парит в пространстве, так объяснит натяжение веревки: «Веревка ускоренно движется вместе с ящиком и передает это ускорение прикрепленному к нему телу. Величина натяжения веревки такова, что она сообщает данное ускорение телу. Величина натяжения веревки определяется инертной массой тела». Из этого примера видно, что из нашего обобщения принципа относительности с необходимостью следует положение о равенстве инертной и весомой масс. Тем самым мы получаем физическую интерпретацию этого положения».

Так общая теория относительности впервые объясняет таинственный факт равенства инертной и тяжелой масс. Это равенство есть простое следствие того, что действие однородного поля тяжести неотличимо от действия постоянного прямолинейного ускорения. Это не значит, будто бы соответствующим выбором ускорения можно заменить любое поле тяжести. Но об этом позже.

Различие между движением по инерции и ускоренным движением было ясно уже Ньютону. Но он не мог найти причину такого различия и оставил эту проблему нерешенной. Общая теория относительности приводит к нескольким радикальным следствиям, которые долго казались невероятными тем, кто уже свыкся со специальной теорией относительности, или тем более тем, кто остался на уровне механики Ньютона. Общая теория относительности отвергает не только абсолютный покой в пространстве, принятый в механике Ньютона, но лишает пространство свойств, соответствующих геометрии Евклида. Геометрия Евклида, как и механика Ньютона, могут применяться — не приводя к ошибкам— лишь вдали от массивных тел. Вблизи массивных тел евклидова геометрия несправедлива, сумма углов треугольника не равна двум прямым углам. Прямая линия не является кратчайшим расстоянием между двумя точками. Луч света идет не по прямой. Если при расчете траектории света, проходящего вблизи поверхности Солнца, учитывать не только притяжение света Солнцем, но и искривление пространства под действием его массы, отклонение геометрии в этой области пространства от геометрии Евклида, то отклонение луча света от прямой линии будет 1,7 угловых секунды, а не 0,85 угловых секунды, как давал первоначальный расчет, выполненный Эйнштейном в 1907 году. Тогда он учитывал лишь притяжение луча света к Солнцу вследствие того, что энергия имеет вес. Экспедиция Эддингтона, а потом и другие подтвердили вывод общей теории относительности, а с ним и реальность отклонения геометрии пространства вблизи больших масс от геометрии Евклида.

Отвергает ли этим общая теория относительности специальную теорию относительности? Конечно, нет. Общая теория относительности приводит к специальной в областях, достаточно удаленных от больших масс. Здесь простое есть частный случай сложного.

Одно из поразительных откровений Эйнштейна относится к вопросу течения времени. Специальная теория относительности возникла в результате отказа от понятия абсолютной одновременности, присущей механике Ньютона. Вывод о том, что движущиеся часы идут медленнее, чем неподвижные, казался многим чуть ли не мистикой. Они рассуждали так: теория относительности исходит из того, что движение относительно, значит, нельзя отличить, движутся ли данные часы относительно других или другие относительно данных. И далее: значит, данные часы отстают относительно других ровно на столько же, на сколько другие отстают относительно данных. И вывод: этого не может быть; это логическое противоречие. Каждый знает, что если одни часы отстают от других, то другие их опережают. Но еще больше масла в огонь подлил сам Эйнштейн, обративший в 1911 году внимание естествоиспытателей в Цюрихе на то, что не только ход часов, но и темп протекания всех процессов зависит от их движения. Что живой организм, отправленный в далекое путешествие с очень большой скоростью, по возвращении неизбежно окажется моложе, чем его близнец, остававшийся на месте. Скептики не только указывали ему на логические противоречия, но и с полным правом говорили, что на основе всего совокупного опыта человечества это представляется невозможным.

Общая теория относительности не только подтверждает этот парадоксальный вывод специальной теории относительности, но идет дальше. Она показывает, что ход часов зависит не только от скорости, но и от потенциала поля тяжести, в котором находятся часы, это относится и к любым другим процессам. Часы на краю вращающегося диска идут медленнее, чем на Земле или вблизи оси диска. Это подтверждает также опыт по сравнению спектральных линий на поверхности Солнца и в земной лаборатории.