В рамках теории относительности тела не могут перемещаться быстрее света. Мировые линии таких тел называются времениподобными кривыми. Проходя через заданное событие, эти кривые образуют «световой конус». Хотя на самом деле это как бы два конуса, соединенных острыми концами так, что один направлен вперед, а другой назад. Конус, направленный вперед, описывает будущее события, все точки в пространстве-времени, на которые оно может повлиять. Конус, направленный назад, описывает его прошлое, события, которые могли повлиять на него. Все остальное – запретная территория, все где и когда, которые не имеют никакого отношения к заданному событию.

Пространство-время Минковского называют «плоским», так как оно описывает движение частиц при отсутствии сил, воздействующих на них. Силы влияют на движение, и наиболее значительная среди них – гравитация. Эйнштейн придумал общую теорию относительности, чтобы включить гравитацию в специальную теорию. В Ньютоновой физике гравитация – это сила: она притягивает частицы, не давая им описывать прямые линии, которым они естественно следовали бы, если бы на них не действовали никакие силы. В общей теории относительности гравитация – это геометрическое свойство вселенной, форма искривления пространства-времени.

В пространстве-времени Минковского точки представляют события, имеющие место и в пространстве, и во времени. «Расстояние» между двумя событиями должно отражать, как далеко они находятся друг от друга в пространстве и как далеко они находятся друг от друга во времени. Оказывается, добиться этого можно, если, грубо говоря, взять расстояние между ними в пространстве и вычесть из него расстояние между ними во времени. Полученная таким образом величина называется интервалом между двумя событиями. Если вместо этого сложить данные расстояния, что кажется более очевидным, то пространство и время будут иметь одну и ту же физическую основу. Только здесь есть очевидные различия: в пространстве легко перемещаться свободно, а во времени – нет. Вычет разницы во времени отражает это отличие; математически она представляет время как воображаемое пространство – пространство, помноженное на квадратный корень из минус единицы. Это производит поразительный эффект: если частица перемещается со скоростью света, то интервал между любыми двумя событиями вдоль ее мировой линии будет равен нулю.

Возьмем фотон, частицу света. Понятно, что он перемещается со скоростью света. За один год времени он преодолевает один световой год. Сумма двух единиц равна двум, но интервал вычисляется по-другому. Интервал – это разность 1 × 1, то есть 0. Отсюда следует, что интервал имеет отношение к темпу прохождения, воспринимаемому движущимся наблюдателем. Чем быстрее движется объект, тем медленнее, по его восприятию, движется время. Этот эффект называется замедлением времени. Двигаясь со скоростью, приближающейся к скорости света, вы ощутите, что течение времени замедляется. Если бы вы могли двигаться со скоростью, равной скорости света, время для вас замерло бы. Для фотона время вообще не идет.

В Ньютоновой физике движущиеся частицы, не подверженные воздействию каких бы то ни было сил, описывают прямые линии. Расстояние между точками в них имеет наименьшее значение. В релятивистской физике свободно перемещающиеся частицы имеют интервал с наименьшим значением и двигаются по геодезической линии. Наконец, гравитация действует не как дополнительная сила, а как искажение структуры пространства-времени, изменяющее размер интервала и формы геодезических линий. Этот переменный интервал между ближайшими событиями называется