Четырёхмерное пространство-время

В теории относительности Альберта Эйнштейна использовано  четырёхмерное пространство-время [1], которое было заимствовано им у Германа Минковского – его учителя в Цюрихском политехе.
Четырёхмерное пространство-время было описано Минковским в 1908 году. Каждому событию в этом математическом пространстве соответствует точка в лоренцевых или галилеевых координатах плюс та же точка по оси времени. Иными словами, три координаты пространства Минковского по сути представляют собой обычные декартовы координаты трёхмерного евклидова пространства, а четвёртая ; это координата ct, где c ; скорость света, t ; время события. Связь между пространственными расстояниями и промежутками времени, разделяющими события, описывается квадратом интервала:
s2 = c2 (t1 – t 0)2 – (x1 - x0)2 - (y1 - y0)2 - (z1 - z0)2
Здесь фигурируют исходные (x0 y0 z0) и конечные (x1 y1 z1) координаты движущейся точки, а также начальное (t 0) и конечное (t1) время. Время введено в виде сомножителя ct, чтобы размерность  всех членов уравнения была одинакова - квадрат длины.
На самом же деле первым, кто математически описал четырёхмерное пространство, был даже не Минковский, а Анри Пуанкаре, сделавший это в 1905 году. Пуанкаре за три года до Минковского объединил пространство и время в единое четырёхмерное пространство-время [2]. Пуанкаре писал: «Преобразования Лоренца представляют собой не что иное, как поворот в пространстве четырёх измерений» [3].
Однако пальма первенства модели четырёхмерного пространства-времени должна на самом-то деле принадлежать вовсе не упомянутым математикам,  а гениальному писателю Герберту Уэллсу. В научно-фантастической повести «Машина времени», опубликованной в 1895-м году (в конце 19-го века!) [4], он написал буквально следующее: «Каждое реальное тело должно обладать четырьмя измерениями: длиной, шириной, высотой и продолжительность существования. Существуют четыре измерения, из которых три мы называем пространственными, а четвёртое – временным. Время и есть то, что подразумевается под четвёртым измерением, хотя некоторые трактующие о нём, не знают, о чём говорят. Единственное различие между временем и любым из трёх пространственных измерений заключается в том, что наше сознание движется по нему».
Читали ли Пуанкаре, Минковский и Эйнштейн книгу Уэллса? Наверняка. Ведь «Машина времени» была бестселлером и продавалась по всему миру. Книгу с таким названием перечисленные учёные мужи не могли не прочесть.
Теперь вернёмся к сути вопроса – о четырёхмерности физического пространства. Адекватны ли галилеевы, декартовы или лоренцовы координаты для реального мира? Для Земли да, но для Вселенной нет. По сути они являются упрощенной математической абстракцией. Во Вселенной имеются галактики, звёзды и планеты. Именно звёзды должны служить координатами, если мы хотим привязать уравнения к реальному физическому миру. Но поскольку звёзды движутся, а также рождаются и исчезают, то получается, что реальная система координат сильно «плывёт». Кроме того, Вселенная анизотропна. Из сказанного следует, что любое движение в мире не относительно, а абсолютно. Всё это чрезвычайно неудобно для математиков, но таков реальный мир. Можно процитировать физиков, которые хорошо понимают ограниченность упрощенной релятивистской модели: «Теория относительности является лишь приближенной… В реальном мире системы отсчёта движутся, конечно, ускоренно и по искривленным траекториям друг относительно друга, а силы почти всегда изменяются» [5].
В математической модели Минковского член ct является независимым от других членов уравнения, точно также, как каждая из координат не зависит от другой (x не зависит от  y , а y от z и т.д.). Параметр t не выражен напрямую через x, y, z. Он лишь формально связан с координатами через параметр s2, физический смысл которого не определён. Модель Минковского по сути подразумевает, что нет непосредственной зависимости времени от координат. Но это не соответствует физическому миру. Любое измерение времени представляет собой сравнение координат, например, координат автомобиля с координатами стрелки ручных часов. В реальности параметр времени не является независимым. Эйнштейн правильно подметил это, хотя базировался на модели Минковского, где подразумевалось обратное. Неевклидово математическое пространство Минковского было им использовано в качестве геометрической интерпретации связи пространства и времени, хотя такой связи в уравнении на самом-то деле нет.
Не существует никакого времени самого по себе. Время, как удобный параметр, напрямую определяется движением реальных объектов. Поскольку квантовые переходы дискретны, то и время дискретно. Эйнштейн, говоривший о дискретности квантов энергии, до дискретности времени не додумался. Некорректно использованные им уравнения Лоренца, где фигурирует непрерывное время, являются лишь грубым приближением, справедливым только при малых скоростях (многократно меньших скорости света) и больших размерах (больших длины световой волны).
Если попытаться привязать систему координат к микромиру, как это привычно делают в квантовой механике, то ситуация ещё хуже - из-за быстрой подвижности и принципа неопределенности. Вообще в атомном микромире не может быть никаких x, y, z. Учебники и статьи по квантовой механике представляют собой изощрённые математические упражнения, практически не адекватные описываемым объёктам, но иногда удачно пригодные для вычислений. Эйнштейн активно критиковал квантовую механику за оторванность от  дискретных свойств атомов и молекул [6].
Момент времени фиксируется субъективно – самим наблюдателем. Поэтому ещё раз нужно подчеркнуть, что никакого времени, как материального объекта, в природе не существует. Существуют часы, но не время. Значит, никакого путешествия во времени осуществить нельзя, разве только в фантастических романах и фильмах. Обратить вспять подвижность всей Вселенной можно только в воображении. Невозможно «прыгнуть» ни в прошлое, ни в будущее, ибо в мире есть только настоящее. Хотя, в принципе, можно ускоренно (или замедленно) перейти в локальное будущее, если ускорить (или замедлить) молекулярное и внутримолекулярное движение в некоторой ограниченной области пространства.

1. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М., Атомиздат,  1967.
2. Фущич В. И., Никитин А. Г. Симметрия уравнений Максвелла. Киев: Наукова думка, 1983.
3. Пуанкаре А. О динамике электрона. В кн.: Принцип относительности. М.: Атомиздат, 1973, с.90-160.
4. Wells H.G. The Time Machine. London, Heinemann, 1895.
5. Акоста В., Кован К., Грэм Б. Основы современной физики. М. Просвещение, 1981, с.28-63.
6. Эйнштейн А. Собрание сочинений. Т.1-4. М., Наука, 1965.