ב־1905 רבץ עדיין הפולמוס על אי־הוודאות רדום בחיק העתיד. למען האמת, גם הדיונים הסוערים על התנועה הבראונית ועל מבנה האור חלפו מעל לראשו של הציבור הרחב כמו היו אוויר פסגות. לגבי דידו, האור היה יכול להישאר גלי עוד מאה שנה. מה שסימר את שער ראשו היה מאמרו השלישי של אינשטיין על האלקטרודינמיקה של גופים נעים, או בשמו היותר מוכר: תורת היחסות המצומצמת. מסקנותיה של תורה זו זיעזעו את התחושה הפנימית הכי עמוקה של האיש ברחוב, שהזמן הוא אחד ואחיד בעבור כל האנשים והאירועים, בכל עת ובכל מקום בעולם, כניסוחו של ניוטון 300 שנה קודם לכן. לשון אחר, שעה אחת שלי שווה שעה אחת של כל אדם אחר ביקום, בין אם אני נייח ובין אם אני נע ביחס אליו. תפישה חדשה זו של הזמן עמדה לחשוף קרע עמוק בין המדע לאינטואיציה.

קרע זה, שהחל עם התאוריה ההליוצנטרית של קופרניקוס (השמש נמצאת במרכז העולם, והארץ נעה סביבה, בניגוד למראה העיניים), נמשך בקביעתו המפתיעה של גלילאו שעצמים במשקל שונה והעשויים מחומרים שונים, נופלים בריק במהירות שווה, בניגוד לדעה המקובלת למן ימיו של אריסטו. לא בכדי ראה גלילאו בקופרניקוס את גיבורו: “אין גבול להערצתי את האופן שבו התבונה [של קופרניקוס] הצליחה לאנוס את חושיו”¹. התייחסותו של אינשטיין לאנרגיה כאל פן של המסה (ולהפך), ברוח המשוואה המפורסמת של המאה העשרים (E=mc²), העמיקה את השבר הזה. כי אם אנרגיה יכולה להתממש במסה, פירוש הדבר שחלקיק הנע במהירות רבה – ולפיכך בעל אנרגיה קינטית גבוהה – יכול להמיר אותה למסה בעקבות התנגשותו בחלקיק אחר. התוצאה – נשורת של חלקיקים, שסך מסותיהם גדול מהמסה של שני החלקיקים המקוריים. הווי אומר: הפוסטולט בן יותר מאלפיים שנה של אֵיקלידס, כי השלם שווה לסך חלקיו וגדול מכל אחד מהם, התרסק לרסיסים.

בשכל הישר נתפשת משוואתו של אינשטיין כאבסורד גמור, משל אמרנו שמשקל שברי כוח מנופצת גדול יותר ממשקלה לפני התנפצותה, או שמשבריה של כוס אחת ניתן לבנות ארבע כוסות. אבל בעולם של מהירויות גבוהות, שבו אנרגיה יכולה להתממש למסה (ולהפך), יש לאמירה זו כיסוי בנקאי מלא. יתרה מזאת, בעקבות עקרון השקילות, חוק שימור המסה־אנרגיה של אינשטיין החליף את חוק שימור המסה של ניוטון. כי תוספת המסה שמקבלת הכוס מתקזזת עם האנרגיה הגבוהה של תנועתה בעת ההתנפצות. יוצא אפוא שהמסה והאנרגיה, שהיו גדלים מוחלטים אצל ניוטון, הלכו בדרכם של המרחב והזמן, שהפכו אף הם לגדלים יחסיים בידיו של אינשטיין.

למען הגילוי הנאות צריך לומר שלורנץ, פיצג’רלד, פואנקרה ומקסוול הקדימו את אינשטיין בהנחות המרכזיות של תורת היחסות המצומצמת באשר להשפעתה של התנועה על המסה, על האורך ועל הזמן של גופים הנעים במהירות האור. ואכן, אינשטיין הכיר בתרומתם ואף כינה את תגליתו “פיתוח שיטתי של האלקטרודינמיקה של מקסוול ולורנץ”. אולם הוא ייחס להתקצרותם של גופים נעים ולהאטת הזמן משמעות מובנית, מתוקף היותם חלק ממרחב־זמן בעל ארבעה ממדים, ועל כן שונה מהותית מתפישת קודמיו בכל הקשור לעיקרון היחסותי. לדוגמה, אצל אינשטיין מהלך הזמן בכלי רכב אחד, מנקודת תצפיתו של צופה בכלי רכב שני, נקבע על פי מהירותו של כלי הרכב הראשון ביחס לשני. אצל לורנץ מהלך הזמן בשני כלי הרכב תלוי במהירות תנועתם כלפי מערכת ייחוס מוחלטת: האֶתֶר. מטעם זה יכול היה אינשטיין לטעון, כי “עבודתי ב־1905 היתה עצמאית”². ואמנם, חמש שנים לאחר פרסום תורת היחסות המצומצמת אמר עליה מקס פלנק, כי “מבחינת התעוזה, קרוב לוודאי שהיא מעל ומעבר לכל מה שהושג עד כה במדעי טבע ספקולטיביים, ולמען האמת גם בפילוסופיה קוגניטיבית. הגאומטריה הלא איקלידית היא משחק ילדים בהשוואה אליה” (שם).

מה היה כה מזעזע בתגליתו של אינשטיין? אצל ניוטון, ספן המהלך על ספינה ואדם הצופה בו מהחוף עשויים להיות חלוקים ביניהם לגבי המרחק שעבר הספן ועל מהירות הליכתו, אבל לא על אורך הספינה ולא על הזמן שחלף מתחילת הליכתו ועד סופה. שכן בעולמו של ניוטון המרחק והזמן הם גדלים מוחלטים. זו גם תחושתנו הסובייקטיבית והאינטואיטיבית. לא בכדי פסק קאנט, שקביעותם של מושגי המרחב והזמן טבועים בהכרתנו כהנחות יסוד של תפישת המציאות. על הכס הרם של הערכים המוחלטים, שהתפנה מהזמן של ניוטון, הושיב אינשטיין את האור. לא הזמן מוחלט, קבע אינשטיין, אלא מהירות האור. האור מייצג את המהירות העליונה בטבע (300,000 קילומטר בשנייה בחלל ריק), ואין בלתו. ממשוואתו המפורסמת E=mc^2 נובע כי גוף חומרי יכול להתקרב למהירות האור, אבל לא להדביק אותה. הפיזיקאי דיוויד בוהם ממשיל את מהירות האור לאופק, קרי: אפשר לנוע לעברו, אבל לעולם לא להתקרב אליו. כדי להאיץ אלקטרון במהירות האור נדרשת כמות אינסופית של אנרגיה, כי ככל שמהירותו מואצת כך גדלה גם המסה שלו, וככל שזו גדלה גדל הקושי להגביר את מהירותו. משלב מסוים, כל תוספת אנרגיה מתורגמת למסה ולא למהירות. מאיצי החלקיקים מספקים הוכחה חותכת לקושי זה. כאשר אלומת פרוטונים, הנעה במהירות של 99 אחוז ממהירות האור, מוחדרת למאיץ חלקיקים, המאיץ מגביר את האנרגיה שלה פי מאה. אף על פי כן, תוספת אנרגיה מרשימה זו מגדילה את מהירותה של אלומת הפרוטונים בפחות מאחוז אחד.

אינשטיין הגיע למסקנה המפתיעה שהאור אינו כפוף לעיקרון של חיסור וחיבור מהירויות כבר בהיותו בן 16. הוא דימה בעיני רוחו נוסע רכוב על אלומת אור, המשגר אלומת אור בכיוון תנועתו. הוא שאל את עצמו מה יקרה לאלומת האור של הפנס – האם היא תנוע במהירות כפולה, מכיוון שמהירותה מתחברת למהירותה של אלומת האור שעל גבה רוכב הנוסע? ניוטון היה משיב, כמובן, בחיוב, שהרי המהירויות אצלו לעולם מתחברות או נגרעות. אבל גם ללא ניוטון, פשוט על פי השכל הישר, כלום אפשר אחרת? כל מי שראו נוסעים משליכים חפץ כלשהו ממכונית נוסעת יודעים כי מהירותו של החפץ המושלך גדולה הרבה יותר מהמהירות שהיתה לו אם היה נזרק ממצב מנוחה, ולהפך: מהירותו היתה מואטת אם היה נזרק בכיוון מנוגד לכיוון הנסיעה. והנה בא אינשטיין ופסק, כי אם החפץ המושלך היה פוטון של אור הוא היה פוגע בקרקע באותה עוצמה, בין אם הושלך בכיוון הנסיעה ובין אם בניגוד לה. משמעות הדבר היא שאם אסטרונאוט, הנע במהירות של 99 אחוז ממהירות האור, ירדוף אחרי קרן לייזר, הקרן תתרחק ממנו לא בשיעור של אחוז אחד ממהירות האור, אלא בכל מאת האחוזים. עד כמה שהדבר בלתי מתקבל על הדעת הוא מתחייב מתורת היחסות, שכן זו קובעת שמהירות האור שווה לכל הצופים, יהיו מהירותם וכיוון תנועתם אשר יהיו.

הפקעת האור מעקרון חיבור וחיסור המהירויות מילאה תפקיד מכריע בסילוק הזמן ממעמדו המוחלט. כי אם מהירות נסיעתו של כלי רכב היתה מתחברת למהירותה של אלומת אור היוצאת ממנו, כפי שזה קורה אצל ניוטון, אזי משקיף על פני כדור הארץ, העוקב אחרי אלומת האור המגיחה מנורה חשמלית בטבורה של חללית וחוצה במהירות גבוהה את שדה הראייה שלו, היה רואה את אלומת האור מגיעה לחרטום החללית ולירכתיה בו־זמנית. לפיכך, עדויות הראייה של האסטרונאוט בחללית ושל המשקיף על פני כדור הארץ היו זהות לחלוטין. לעומת זאת, אם מהירות האור קבועה, ואין היא מתחברת ולא מתחסרת, אזי מתבטלת הבו־זמניות: המשקיף על פני כדור הארץ יראה שנדרש לאלומת האור יותר זמן כדי להגיע לחרטום החללית מאשר לירכתיה, מאחר שהחללית כולה נעה באותה עת קדימה – ועל כן חרטומה מתרחק מאלומת האור העושה דרכה לעברו. מכאן שאם מהירות האור קבועה, ואם נדרש לאלומת האור יותר זמן כדי להגיע לחרטום החללית מאשר לירכתיה, פירוש הדבר שהזמן בחללית נע לאט יותר מאשר על פני כדור הארץ. עדותו של האסטרונאוט בחללית תהיה כמובן שונה מזו של המשקיף, שהרי לגבי דידו המרחק בין הנורה לחרטום החללית לא השתנה, ועל כן הוא יראה את אלומת האור פוגעת בו־זמנית בשני הקירות המנוגדים³.

הכרעתו של אינשטיין לקבע את מהירות האור התעלמה לחלוטין מקיומו של האֶתֶר, אותו תווך נייח וסמוי מעין, המרווה את החלל. הוא סבר שחבל להשחית זמן בוויכוח עקר על תווך מסתורי שאיש לא הוכיח את קיומו, כפי שהראה הניסוי של מייקלסון ומורלי ב־1887. התעלמותו של אינשטיין מהאתר ראויה לשבח, אף שהיא מתחייבת מתורתו (בעולמו היחסותי אין מערכות זמן מוחלטות), שכן בתקופת לימודיו הוא עצמו האמין באתר כמחולל המגנטיות. יתר על כן, ישות ספק רוחנית ספק חומרית זו נהנתה מהכרה גורפת יותר מאלפיים שנה. היא הוכרה על ידי ניוטון כגורם מסייע לכוח הכבידה וגויסה על ידי דקארט למערבולות שלו כתווך גרירה של כוכבי הלכת סביב השמש. יתר על כן, גם מקסוול ולורנץ – מאבות הפיזיקה המודרנית – האמינו בנחיצותו של האתר להתפשטות הגלים האלקטרומגנטיים ולמדידת מהירות האור. “אין צל של ספק”, אמר מקסוול ב־1878, “שהמרחבים הבין־כוכבים והבין־פלנטריים אינם ריקים כי אם מאוכלסים בתווך חומרי”. אולם הזמן, כמו במקרים רבים אחרים, עשה את שלו. תוך עשר שנים מפרסום תורת היחסות המצומצמת של אינשטיין, איש לא התייחס ברצינות לאפשרות קיומו של האתר.

גורל שונה לחלוטין ציפה להאטת הזמן. אמנם, תנועה במהירות האור משפיעה לא רק על הזמן, שכן אורכו של מוט הנע במהירות האור אמור להתכווץ לאפס, אבל האפשרות שהזמן מאט את מהלכו הציתה את הדמיון והולידה ויכוחים סוערים בציבור. על פי תורת היחסות, בחללית הנעה ביחס לצופה נייח במהירות של 85 אחוז ממהירות האור, הזמן ינוע ב־50 אחוז לאט יותר מאשר אצל הצופה. פער הזמן בין השעונים בחללית לבין השעונים על פני כדור הארץ יגדל ככל שמהירות הטיסה תגבר. כך, למשל, נוסע בחלל, הנע במהירות הקרובה למהירות האור, יגלה בשובו לכדור הארץ ממסע בן עשר שנים (על פי השעון בחללית), כי חלפו 100,000 שנה. איש לא היה מתרגש מפער הגילים בין הנוסע בחללית לבין אחיו התאום בכדור הארץ אילו תלו את הזדקנותו האיטית בהשפעת הנסיעה המהירה על חילוף החומרים בגופו או על פעימות לבו. אבל האינטואיציה שלנו, ששורשיה נטועים בעומק הזמן האחיד והמוחלט של ניוטון, מתקוממת למחשבה שהתאום בחללית נשאר צעיר מכיוון שמהירות הטיסה האריכה את הזמן. עוד יותר היא מתקשה להשלים עם קיומן של שתי מערכות זמן אמיתיות ונכונות בה בעת: זו שבחללית וזו שעל הקרקע. ייתכן, מעלה בעל האינטואיציה הצעת פשרה, שהסתירה לכאורה נובעת ממדידות לא מתואמות, שהרי על פי התצפיות מכאן על אלומת האור בחללית, הזמן מאט שם את מהלכו, ואילו על פי המדידות הנערכות על ידי התאום בחללית לא חל שום שינוי בסביבתו. הווי אומר שמחוגי השעון נעים באותו קצב כמו לפני מסעו בחלל, ושער זקנו צומח באותו שיעור. כיוון שכך, מקשה בעל האינטואיציה בזהירות מרבית, למה צריך הנוסע בחלל להיות מושפע ממדידת הזמן בחללית על ידי אחיו התאום בכדור הארץ? אולי האטת הזמן היא בעיני המסתכל, קרי בעיני אחיו התאום שעוקב אחריו מכדור הארץ? אם כל ניסוי שהוא עורך ברכב החלל שלו אינו מגלה האטת זמן, מדוע הוא יהיה צעיר יותר מאחיו בשובו מהמסע?

בניסיון להיחלץ ממצוקה קוגניטיבית זו, תולה בעל האינטואיציה הניוטונית את תקוותו באפשרות שהאטת הזמן היא אך תרגיל מחשבתי, שאינו קורה בעולם הממשי. אולם הפיזיקאים אינם מרפים ממנו. הם מצביעים על תוספת החיים המפתיעה שזוכים לה חלקיקים מסוימים (מואונים), הנוצרים בגובה עשרה קילומטרים מעל פני כדור הארץ, בעקבות התנגשות של קרניים קוסמיות באטומי מימן וחמצן של האטמוספרה. ניסויים מעבדתיים מראים שאורך חייהם של חלקיקים אלה הוא שתי מיליוניות השנייה. בשבריר זמן זה הם יכולים לעבור מרחק של לא יותר מ־600 מטר, אבל תנועתם המהירה באטמוספרה מאטה את מערכת הזמן שלהם, ומאפשרת להם לעבור מרחק גדול פי 17 מהמרחק התאורטי, ועקב כך לנחות על פני כדור הארץ. האטת הזמן היא אפוא עובדה ניסויית מוכחת. הסיבה שאיננו מרגישים בה בחיי היום־יום נובעת מאיטיותם של כלי התחבורה שלנו. ואכן, ג’ו טאנר, ששוגר לחלל ב־1994 במעבורת “אטלנטיס” ועשה בה מרחק של שבעה מיליון קילומטר, היה מתקשה לשכנע את אחיו התאום, דיוויד טאנר, שהוא חזר ממסעו צעיר ממנו ב־321 מיליוניות השנייה.

אם אין במיקרו־שניות אלה כדי להפיס את דעתו של בעל האינטואיציה הניוטונית, אולי הדוגמה הבאה תעשה זאת, כי היא מציעה הקבלה בין העולם הניוטוני, שבו המהירויות מתחברות, לבין עולמו של אינשטיין, שבו מהירות האור בריק לעולם קבועה. נוסעים ברכבת, המתבוננים מבעד לחלון בנוסעי הרכבת הסמוכה, מתקשים לקבוע אם הרכבת שלהם נעה או שמא הרכבת הסמוכה. למעשה, מאחר ששתי הרכבות נעות בתנועה קצובה, שום ניסוי שיעשו לא יוכל לגלות אם הם נעים או נחים. הוא הדין בתאומים שלנו. מנקודת מבטו של התאום בחללית, כדור הארץ חולף על פניו ואילו הוא נשאר נייח. על כן מסקנתו הפוכה מזו של אחיו התאום. דהיינו, על פי חשבונו האח שעל פני כדור הארץ יזדקן לאט ממנו. לכאורה, שני התאומים צודקים, כל אחד במערכת שלו⁴. ואמנם, כך הדבר כל עוד הם אינם יוצאים ממערכותיהם.

זה גם מה שקורה לנוסע בקרון האחרון של רכבת ולאיש על הרציף, הצופה בו בעת שהרכבת חולפת על פניו. אם אורך הרכבת מאה מטר, והיא נוסעת במהירות של מאה קמ"ש, ואם בעת נסיעתה קם הנוסע בקרון האחרון ורץ במהירות של עשרים קמ"ש לכיוון הקטר, עשוי לפרוץ ויכוח בינו לבין הצופה ברציף לגבי מהירות ריצתו והמרחק שעבר. הנוסע יטען, בעזרת שעון עצר וסרט מדידה, שהוא רץ במהירות של עשרים קמ"ש ועבר מאה מטר; הצופה יטען לעומתו, שהוא רץ במהירות של 120 קמ"ש ועבר מרחק של 605 מטר (505 של הרכבת ומאה של ריצתו). שניהם כמובן צודקים – כל אחד במערכת שלו. לראיה, אם הרכבת תבלום לפתע והנוסע ירד ממנה (קרי יעבור מהמערכת הדינמית של הרכבת למערכת הנייחת של הרציף), הוא ייווכח לדעת כי עבר מרחק של 605 מטר. ולהפך, אם הצופה יעבור מהרציף לרכבת, הוא ימצא שהנוסע עבר מרחק של מאה מטר בלבד. הוא הדין לגבי החללית. אם התאום הארצי יצטרף לאחיו האסטרונאוט במסעו הבא בחלל, הוא ייווכח בצדקת טענתו של אחיו, שהזמן בחללית מתנהג כמו על פני כדור הארץ. דהיינו, חימום האוכל אורך שלוש דקות, הרתחת מחם המים שתי דקות וחליצת המגפיים חצי דקה, בדיוק כזמן הנדרש לפעולות אלה על פני כדור הארץ. אולם באותה מידה עצמה נכונה גם טענת התאום הארצי על האטת הזמן בחללית. שכן האח האסטרונאוט יחזור מהמסע בחלל צעיר כמעט כפי שהיה בעת שיצא לדרכו. למעשה, הוא יחזור ממסעו היישר אל עתידו. שכן, אף כי נעדר שנה אחת (על פי שעונו), על פני כדור הארץ חלפו עשר שנים. בתו, שהיתה תלמידת תיכון כשיצא למסע בחלל, היא כבר אישה נשואה ואם לשני ילדים; במקום הצריף ליד ביתו נבנתה ספרייה ציבורית; אשתו סיימה לכתוב בתקופת היעדרו רב מכר על בדידותה של אשת אסטרונאוט. כל האירועים הללו צפונים, מבחינתו, בחיק העתיד.