До сих пор, рассматривая процессы, происходящие в "черных дырах", мы не уделяли внимания такому важному вопросу, как фактор времени. Ведь все происходит не только в пространстве, но и во времени. Роль этого фактора отражает специальная теория относительности (СТО). В ее основе лежат математические соотношения, носящие названия "преобразования Лоренца". Эти соотношения предполагают, что течение времени находится в прямой зависимости от скорости перемещения предметов в пространстве относительно друг друга. Чем быстрее перемещаются предметы, тем медленнее течет время. Согласно постулату Эйнштейна, для любого наблюдателя скорость света всегда постоянна и составляет 300.000 км/с.
Казалось бы, что этот постулат противоречит здравому смыслу, поскольку он, как будто не учитывает возможности сложения скоростей. Например, если два предмета удаляются друг от друга со скоростью, близкой скорости света, то расстояние между ними должно увеличиваться со скоростью, большей скорости света в результате сложения скоростей. Но в соответствии со специальной теорией относительности в этом случае изменится течение времени, и в результате его замедления процесс будет протекать в новых временных координатах.
Из преобразований Лоренца вытекают также конкретные следствия об изменениях длины и массы в зависимости от скорости относительно различных наблюдателей. В частности, для покоящегося наблюдателя мерные линейки движущегося космонавта сокращаются по длине, если их расположить в направлении движения. Этот эффект, иногда называемый "сокращение масштабов Лоренца-Фитцджеральда", особенно усиливается с приближением к скорости света. При скорости, равной скорости света, длина мерных линеек космонавта равна нулю. Массы же предметов, движущихся с большими скоростями относительно покоящегося наблюдателя, увеличиваются и при движении со скоростью света становятся бесконечно большими. Графики изменения времени, длины и массы в зависимости от скорости приводятся на рис. 12. По оси абсцисс на этих графиках отложены скорости перемещения предметов, выраженные в долях скорости света (С).
Рис. 12. Изменение времени, длины и массы в зависимости от скорости перемещения.
Таковы основные положения теории относительности. Теперь рассмотрим, как они согласуются с концепциями многомерности пространства и времени. Прежде всего обращает на себя внимание то, что вся общая теория относительности базируется на понятии об искривлении пространства, причем при формировании концепции природы нейтронных звезд и "черных дыр" рассматриваются даже случаи свертывания пространства. Так, например, при "черных дырах" с массой, равной массе Солнца, их радиус горизонта событий не превышает трех километров.
Более того, в общей теории относительной гравитация рассматривается как проявление искривления пространства-времени. Правда, Эйнштейн не проводит разграничения между понятиями "искривление" и "деформация" пространства, а мы уже отмечали, что эти понятия существенно отличаются друг от друга. Не раскрывает Эйнштейн и механизма гравитационных взаимодействий, ограничиваясь только постулатами взаимосвязи этого проявления с искривлением пространства. Таким образом, как общая, так и специальная теории относительности пытаются объективно констатировать взаимосвязь между состоянием пространственных систем и течением времени, а не раскрывают физической сущности протекающих процессов.
Экспериментальное подтверждение многих положений теории относительности, однако, еще не может служить доказательством правильности исходных позиций теории, так как в науке известно немало случаев, когда ошибочные предпосылки позволяли прийти к правильным заключениям. Для этого достаточно вспомнить историю с флогистоном, который почти столетие считался обязательным элементом многих химических соединений и с его помощью были объяснены такие процессы, как, например брожение, горение и др. Значение теории флогистона в развитии химии было огромно. Многие выводы, сделанные с его помощью, до сих пор не вызывают сомнения, хотя уже давно доказано, что флогистона никогда в действительности не было.
Строго говоря, и общая, и специальная теории относительности являются, скорее, математическими, а не физическими теориями. Кроме того, в своих рассуждениях Эйнштейн исходил из незыблемости концепции четырехмерного континуума, т. е. трехмерного пространства и времени как четвертого компонента. При такой позиции разграничение понятий "искривление" и "деформация" пространства не имеют принципиального значения, напротив, позволяют избавиться от лишних хлопот и неприятностей: