В первой половине XX века Эйнштейн ближе всех подошел к пониманию сущности времени. Однако и ему, и его сторонникам оказалась присуща некоторая непоследовательность. С позиций теории относительности, время всегда зависит от событий материального мира, от взаимодействия масс. Крупные тела (их масса, энергия и движения) порождают гравитационные поля. Время отдельных тел зависит от того, в каком гравитационном поле они находятся, и от относительной скорости их движения. Кроме этих внешних (или как бы внешних) причин, время материальных тел является порождением геометрии пространства. Допускается даже, что время может существовать независимо от материи.
В результате из теории относительности мы знаем, что время объективно существует, знаем, от чего оно зависит, но не знаем, что это такое.
Исходя из своих теоретических разработок, Эйнштейн предвидел различные события, в которых должны проявляться эффекты теорий относительности. Часть этих следствий он представил в виде мысленных экспериментов.
Например, если имеются двое часов, неподвижных относительно друг друга, и расположены они на разных расстояниях от гравитирующего тела, то быстрее будут идти те часы, которые находятся дальше от тела. (На очень далекие от массивного тела часы тяготение практически не оказывает влияния, и там время приобретает наиболее высокий темп.)
Эйнштейн иллюстрирует это положение, привлекая в мысленный эксперимент двух братьев-близнецов.
Если два брата-близнеца живут в одном доме на разных этажах, то быстрее растет тот, который живет ближе к крыше.
Но если один из братьев остался на Земле, а второй (космонавт) улетел в космос и затем вернулся, то, по Эйнштейну, замедляется старение того брата-, который побывал в космосе. То есть время, затраченное на полет, было различным по часам космонавта и по часам его брата-домоседа. Темп времени в космосе был более замедленным. В чем тут дело? Эйнштейн так объясняет этот парадокс. Брат-космонавт при полете испытывал перегрузки (при разгоне и торможении) и, следовательно, испытывал гравитационное воздействие, а гравитация, по Эйнштейну, замедляет время.
Если «перегрузка» действует постоянно, то в другом мысленном эксперименте достигается поразительный эффект. Получается, что если космический корабль летит с неизменной перегрузкой, например 2g, то за 40 лет по корабельным часам он долетит до центра Галактики и вернется обратно, а на Земле за это время пройдет около 60 тысяч лет.
Значительная часть следствий теорий относительности носит характер научного предвидения и оказалась доступной для подтверждения в наблюдениях или экспериментах.
Так, блестяще подтвердилось (по мнению сторонников релятивистской физики), что луч света в сильном гравитационном поле должен изменить траекторию — искривиться. И действительно, 19 мая 1919 г. во время солнечного затмения знаменитый английский астрофизик Артур Эддингтон зафиксировал отклонение луча света от далекой звезды в поле тяготения Солнца.
Начиная с 60-х годов, теория относительности получает все новые и новые экспериментальные и наблюдательные подтверждения. Вот несколько примеров в популярном изложении известного астрофизика проф. И. Новикова. «В 1968 г. американский физик И. Шапиро измерил замедление времени у поверхности Солнца… Он проводил радиолокацию Меркурия, когда тот, двигаясь вокруг Солнца, находился от него с противоположной стороны по отношению к Земле. Радиолокационный луч проходил вблизи поверхности Солнца, и из-за замедления времени ему требовалось чуть больше (времени) на прохождение туда и обратно, чем на покрытие такого же расстояния, когда Меркурий находился вдали от Солнца. Эта задержка (около одной десятитысячной доли секунды) действительно была зафиксирована и измерена» {14}.
Особенно интересно, что замедление течения времени в поле тяготения было измерено непосредственно в лабораторных условиях на Земле. Это сделали в 1960 г. американские физики Р. Паунди Г. Ребка (Гарвардский университет). Они сравнивали ход времени у основания башни и на ее вершине — на высоте 22,6 метра, где ход времени должен быть чуть быстрее. Роль часов играли при этом очень точные приборы, использующие явление излучения в некоторых условиях гамма-лучей строго определенной частоты. Разность хода часов по предсказаниям теории составляла фантастически малую величину — три десятитысячных от миллиардной доли процента. И эта разница была зафиксирована {14}.
В 1977 г. интереснейший эксперимент провели физики из Мэрилендского университета (США). Чрезвычайно точные атомные часы были установлены на самолете, который дважды летал по четырнадцать часов на высоте примерно десять километров. При этом другие атомные часы оставались на Земле. Лазерные сигналы посылались с Земли к отражателям на самолете и возвращались на Землю. Путь летевшего самолета строго контролировался. Установлено, что после каждого из полетов часы, находившиеся в самолете, уходили вперед на 47 миллиардных долей секунды {14}.
Замечательно, что современная техника позволяет заметить такое расхождение в темпах времени двоих часов, синхронизированных в начале эксперимента. Но ученые установили, что если исходить только из эффекта ускорения времени за счет разницы в расстоянии между центром Земли и центрами тяжести часов на Земле и в самолете, то часы в самолете должны были бы уходить вперед на 52 наносекунды. Куда же исчезли 5 миллиардных долей секунды? Оказывается, часы, установленные в самолете, «заметили» — учли замедление времени за счет скорости самолета относительно Земли.