Рис. 40. Схема будущего, настоящего и прошедшего в теории отно­сительности (а) и в классической физике (б)
Все события, которые изображены точками верхней заштрихованной части плоскости, образует абсолютное будущее относительно события О. Все собы­тия, которые изображаются точками нижней заштрихованной части плоскос­ти, образуют относительно события О абсолютное прошлое. Точки незаштрихованной части плоскости образуют события, происходящие относительно события О в настоящем. В классической физике настоящее изображается пространственной осью, будущее — верхней полуплоскостью, прошедшее — нижней полуплоскостью

Однако теория относительности признает и абсолютное про­шлое и абсолютное будущее. Обсуждая выше вопрос о причине и следствии, мы видели, что переходом из одной инерциальной системы в другую невозможно изменить временную последова­тельность всех пар событий. Полученные там условия теперь можно сформулировать следующим образом.
Если пространственная удаленность событий меньше проме­жутка времени между событиями (измеренного в световых ки­лометрах), то временная последовательность таких событий во всех инерциальных системах будет одинаковой. Если же простран­ственная удаленность событий больше промежутка времени меж­ду событиями (опять-таки измеренного в световых километрах), то переходом из одной инерциальной системы в другую возмож­но изменить временную последовательность этих событий. С по­мощью геометрического изображения инерциальных систем не­трудно убедиться в сказанном. На рис. 40, а изображены пять со­бытий: О, A, A\’, В и С. Видно, что пространственное расстояние между событиями О и А (а также О и А\’) больше временного.
Для пар событии О и В (а также О и С), наоборот, временное расстояние больше пространственного. При переходе из одной инерциальной системы в другую оси можно наклонять только на угол (одинаковый для обеих осей) меньше 45°, т. ѳ. оси можно наклонять только так, чтобы они не перешли через пунктирную прямую, изображенную на рисунке. Из рисунка видно, что невоз­можно найти такую инѳрциальную систему (т. ѳ. невозможно так наклонить оси), чтобы события О и A (а также О и А\’) в повой системе происходили бы в одной и той же точке пространства, а события О и В (а также события О и С) были бы одновремен­ными. Событие В во всех инерциальных системах происходит после события О, т. ѳ. событие В находится по отношению к со­бытию О в абсолютном будущем. Аналогично, событие С совер­шается относительно события О в абсолютном прошлом.
Относительно событий А и А\’ невозможно сказать, происхо­дят они в будущем или в прошлом относительно события О: в од­ной инерциальной системе у них одна временная последова­тельность, в другой — иная. Следовательно, эти события следу­ет считать происходящими в настоящем относительно собы­тия О.
На рис. 40, а показано соотношение между абсолютным буду­щим, абсолютным прошлым и настоящим в теории относитель­ности. (Все точки верхней части плоскости, заключенной между пунктирными прямыми, изображают абсолютное будущее относи­тельно события О. Все точки, заключенные между пунктирными прямыми в нижней части плоскости, составляют абсолютное про­шлое относительно событии О. И, наконец, по правую и левую стороны от пунктирных прямых остаются части плоскости, изоб­ражающие настоящее.
Для сравнение на рис. 40, б представлена связь будущего, прошлого и настоящего в классической физике. Здесь настоящее представляет лишь мгновение между прошлым и будущим — на­стоящее описывает только прямая r, а прошлое и будущее зани­мают каждая по полуплоскости. В теории относительности часть плоскости, изображающая настоящее, симметрична относительно частей, составляющих будущее и прошлое. Это, впрочем, не зна­чит, что теория относительности будто бы описывает «больше» событий, чем классическая физика. В области математики, кото­рая называется теорией множеств, доказано, что множество точек прямой имеет такую же мощность, как и множество точек плоско­сти. Образно говоря, прямая содержит в себе «столько же точек», сколько и плоскость. Следовательно, множества событий в теории относительности и в классической физике «одинаково бесконеч­ны». Только связи между событиями теория относительности опи­сывает точнее и в более симметричном виде, чем это делает клас­сическая физика.
Геометрическое изображение инерциальных систем отчетливо показывает, как пространство и время образуют единое целое. При переходе из одной инерциальной систе­мы в другую происходит, образно говоря, операция пере­вода «чего-то» со счета пространства на счет времени и наоборот. Отсюда следует, что реальный мир представляет собой четырехмерное пространственно-временное целое, которое, отражаясь в нашем сознании, создает представле­ние о пространстве и времени. В рамках одной инерциаль­ной системы пространство отделено от времени, но при рассмотрении многих систем эта обособленность теряется. Переходя из одной инерциальной системы в другую (т. е. изменяя скорость движения), человек непосредственно должен был бы обнаружить связь между временем и про­странством. К сожалению, эта взаимосвязь становится практически заметной только при сверхгигантских измене­ниях скорости, поэтому человеку никогда не удастся убе­диться в существовании этой связи непосредственно. Что связь пространства и времени все же существует, под­тверждается прекрасным согласием теории относительно­сти с опытными данными.
Разумеется, не следует понимать сказанное так, будто бы пространство и время в теории относительности пред­ставляют собой явления с одинаковыми свойствами, и что эти явления можно произвольно заменять одно другим. Существенным различием является уже то, что время имеет одно измерение, а пространство трехмерно. Кроме того, есть еще и другие различия.
Теория относительности признает абсолютное прошлое и абсолютное будущее. Это значит, что переходом из одной инерциальной системы в другую нельзя изменить направ­ление течения времени. Время — это явление с определен­ным направлением, преобразование прошлого в будущее и будущего в прошлое невозможно.
Согласно современным данным, пространство не имеет такого свойства. В принципе все пространственные направ­ления во Вселенной равноправны. Конкретные условия (например, сила тяжести, электрическое поле и т. д.) мо­гут, правда, образовать предпочтительные направления в пространстве, но это не меняет общего принципа.
Сила тяжести определяет в каждом месте Земли пред­почтительное направление. Гравитационная сила Солнца определяет предпочтительные направления в границах Солнечной системы и т. д. Но в самой Вселенной предпоч­тительных направлений нет, все практически проявляю­щиеся предпочтительные направления определяются местными физическими причинами. Это значит, что ре­зультаты физических опытов не зависят от того, как ориентирована аппаратура в пространстве (разумеется, в случае, если задачей опыта не является определение мест­ных предпочтительных направлений — силы тяжести, маг­нитного поля Земли и т. п.).
Пространство обладает и другим интересным свой­ством — равноправностью всех точек .пространства. Не су­щественно, в каком месте мы проводим физический опыт— результат его будет одним и тем же. Например, второй закон Ньютона действует одинаково в любой точке Все­ленной. Измерение длин в пространстве тоже можем про­изводить в любом месте, все равно получим правильный результат.
Аналогичное свойство имеет и время: все моменты вре­мени равноправны. Физические законы одинаковы для всех времен. Не существенно, в какой момент мы заведем часы, все равно они начнут показывать время правильно, если только сами часы исправны.
О равноправности всех инерциальных систем, как об одном из основных требований физики, мы уже говорили выше. Теперь к этому надо добавить еще следующие вы­воды: равноправность всех направлений в пространстве, равноправность всех точек пространства и равноправность всех моментов времени.
Таковы основные требования, поставленные природой, которым должны удовлетворять все физические теории. Кстати, эти требования отображены в геометрическом представлении теории относительности.
Четырехмерный мир событий вовсе не является чем-то мистическим, это реальное целое, существующее в приро­де. Этим не утверждается, однако, что предметы должны быть четырехмерными. Предметы есть и будут трехмерны­ми, но действительный мир состоит не из предметов, а из событий, происходящих с этими предметами. Именно в этом и проявляется движение и изменение материи.