面对宇宙时空的不存在,我们许多人会感到既困惑又着迷。数百万年的进化塑造了我们的常识,让我们本能地抗拒这样的观念。
我们虽然可以观察到时间的痕迹在我们所居住的这个微小星球上,但时间本身是个颇为抽象的概念,它无形无体,时刻流转。
时间的复杂性虽使人惊讶,但我们尚能适应这个观念——时间远比我们想象的要复杂。
然而,空间的概念我们自以为熟悉,实则不然。我们对空间的理解也同样有误。
在一般人的认知中,一米难道不就是一米吗?
事实并非如此,米的定义取决于观察者是谁。
空间与时间紧密相连:时间若有变化,距离自然会随之改变。
你可能迷惑不解,为何会如此?
为何时间膨胀会伴随着距离和长度的收缩?
答案在于自然界中一个铁则——光速是绝对不可超越的速度限制。
若距离不收缩,你便会违反光速限制。
在宇宙空间中,光速约为每秒300,000公里。
站在地球上的观察者会看到你以87%的光速,也就是每秒260,000公里在移动。
以这样的速度飞驰的你,会体验到你的一秒与观察者的一秒不同。在87%光速下,你的一秒相当于地球的两秒——在这两秒内,地球的观察者会看到你移动了520,000公里。
在旁观者眼里,你移动的距离比你自身在一秒内移动的距离多了一倍。
这似乎并不奇怪,是吗?
实际上,你移动的距离在你的时间里只过了一秒。
那么对你来说,你的速度就是520,000公里/秒。
但光速只有300,000公里/秒。你将打破宇宙中的速度极限……
但这是被禁止的,不是由警察而是由自然规律来执法。记住,没有物体可以超过光速运动。20世纪初的许多实验证实了这一点,太空中的光速也是如此(既不会更快,也不会更慢)。牛顿无法解释这种现象,如果他继续用他的理论来观察世界。而爱因斯坦做到了,基于他的理论。
在他的狭义相对论中,为了确保任何物体都不可能超过光速,时间的膨胀必须伴随距离的收缩。
如果一个人站在地球上的时间流速比你快一倍,那么在你的感觉上,你移动的距离会比地球上的观察者感觉的短一半。
以87%光速移动的你,并不会觉得自己每秒移动了520,000公里,而只移动了260,000公里。在地球观察者眼中的一公里,在你这里只有半公里。
但你的速度依旧不变,无论是你自己测量还是他人测量。
速度不取决于观察者,但时间和长度则与观察者有关。
当你移动得更快,远方的星系看起来更近,因为实际上它们在空间上是更近了。这是千真万确的。这不仅仅发生在物体与你的距离上,物体本身也会随着速度的增加而缩短。在没有同样高速移动的人看来,高速移动的火箭和上面的乘客都缩小了。你自己也是如此。以87%的光速飞行的你,像超人一样,在前进中高举双臂,对于地球人来说,你的身高只有原来的一半。但在与你同速飞行的人看来,你依旧如常,因为他们用来量度你身高的尺子也同样缩短了……
所有这些都源于一个观念——宇宙中存在一个恒定的、有限的、不可逾越的光速。
爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论论文中阐述了这些观点。这个理论揭示了大自然对所有想要进行高速旅行者的规定。
它令人费解吗?自然是。
它反直觉吗?绝对如此。
但大自然就是如此运作的。