**章 時間和空間
“時間”和“空間”對你而言，意味著什么呢？
也許，“空間”是寒冷冬夜里繁星點點的浩瀚蒼穹，又或許是裹著星條旗、拖著金色尾巴的火箭將神采奕奕的宇航員送入孤獨的衛(wèi)星軌道時，身后留下的一片空虛。而“時間”也許就是手表上滴滴答答的時針，抑或是隨著太陽第五十億次向北傾斜中，慢慢變黃的葉子。古往今來，我們都在這個藍色的星球上生活著，直觀地感受著時間和空間。
十九世紀末，人類在看似沒有任何關聯(lián)的幾個領域內(nèi)相繼取得了重大的科研突破，這些科學成就促使物理學家們重新審視我們眼中的時間和空間，以及那些停留在直觀層面上的認識。不久之后的二十世紀初，赫爾曼?閔可夫斯基——阿爾伯特?愛因斯坦的導師以及同事，這樣寫道：“從現(xiàn)在開始，時間與空間已不再各自獨立存在，取而代之的是兩者混合體的誕生�！边@條著名的“訃告”，直接宣判了古代關于天體運行等天文理論的死刑。
那么，閔可夫斯基所說的“時間和空間的混合體”到底是什么呢？要了解這個帶有濃重神秘色彩的新名詞，我們就必須了解愛因斯坦的狹義相對論。在狹義相對論里，世界**次看到了E=mc2這個著名的公式；由此，在繼續(xù)探索宇宙奧秘的旅程中，光速c進入了我們的視野，并牢牢地站在了科技大舞臺的正中心。
愛因斯坦狹義相對論的核心內(nèi)容是對時間以及空間的描述。其中，*重要的一個概念是一種速度，一個宇宙中任何事物都不可能超越的極限速度——光速。在真空中，光速達到每秒299,792,458米。光以這個速度，從地球出發(fā)，經(jīng)過8分多鐘可以到達太陽，10萬年后能穿越我們所在的銀河系，超過200萬年后可到達仙女座星系——我們在宇宙中*近的鄰居。每當夜幕降臨，地球上**的天文望遠鏡就會將目光投向宇宙的深處，盡全力地去捕捉*深處的點點光芒，而發(fā)出這些光芒的恒星可能此刻早已消亡。比地球從一團星云中誕生還要早幾十億年，也就是在大約100億年前的時候，這些星光便開始了自己的旅程。光速極快，但面對星際間的遙遠距離，也顯得那么微不足道了。我們能通過類似于歐洲核子研究中心（CERN）在瑞士日內(nèi)瓦的大型強子對撞機這樣的設備把一些非常小的物體加速至接近光速的百分之一。
這個特殊速度的存在，或者說是宇宙速度上限的存在，本身就是一個奇怪的概念。如同我們接下來會在本書中揭示的那樣，將這個速度和光速聯(lián)系起來其實是一個障眼法。而在愛因斯坦的理論中，它將扮演更重要的角色，同時光為什么以光速（299,792,458米/秒）前進也自有其原因。當然，這些都是后面的內(nèi)容。現(xiàn)在，我們僅僅需要知道當物體以接近光速的速度移動時，意想不到的事情便會接踵而來。有沒有任何其他的原因在阻止物體以超越光速的速度運行呢？因為給我們的感覺是，“沒有任何物體的速度能快得超過光速”，就好像在說“不論發(fā)動機的馬力有多大，自然法則導致我們的車速無法超過每小時70英里”一樣讓人費解。顯而易見，自然法則不像一條限速交規(guī)那樣需要交通管理部門來貫徹執(zhí)行，因為整個時間和空間都是依照自然法則形成的，這些自然法則是無法在這樣的世界里被打破的。如果它們被打破，這個世界便會產(chǎn)生很多無法預料的結果，這不能不說是我們的幸運。在本書靠后的章節(jié)里，我們將發(fā)現(xiàn)，如果我們能超光速地移動，那么人造時間機器就能回到歷史上的任意時刻�？梢韵胂螅�出于某種目的或是不小心，我們回到了自己出生之前的某個時刻，并阻止了自己父母的相知相識。這類情節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)在精彩的科幻小說里，但是真實的世界卻無法如此編排，愛因斯坦的研究也表明我們的世界不是那樣形成的。時間和空間以一種精妙的方式交織在一起，避免了這些似是而非的觀點產(chǎn)生。但是，為了究其原理，我們需要付出代價——必須舍棄一些根深蒂固的關于時空的觀念。在愛因斯坦所描述的宇宙中，移動的鐘表會變慢、運動的物體會縮小、人們可以到幾十億年之后的未來世界旅行。同樣在這個宇宙中，人們的生命可以被無限延長，長到人們可以看到太陽燃盡、海水蒸干，目睹整個太陽系陷入永恒的黑暗。人們還能見證新的恒星以及行星從星塵中誕生的過程，甚至可以看到新的生命萌發(fā)在宇宙的某個角落，即使作為他們家園的那顆星球目前還不存在。愛因斯坦的宇宙能開啟人們通往遙遠未來的高速通道，同時也能將回到過去的大門死死關閉。
看完整本書后，讀者們將明白愛因斯坦如何“被迫”得出這如夢似幻的宇宙觀，而他的觀點又是如何被許多科學實驗以及實際科技運用證明是正確的。以車載衛(wèi)星導航系統(tǒng)為例，它的設計中就考慮到了地球衛(wèi)星軌道中時鐘的走動和地面上時鐘的走動快慢不一的問題。愛因斯坦的想法是大膽的：時間和空間的真面目并不是它們表面看上去的那樣！
現(xiàn)在，我們有點超前了。在能夠充分理解和體會愛因斯坦的非凡發(fā)現(xiàn)之前，兩個在相對論中占有核心地位的概念值得我們仔細思考，那便是時間和空間。