一切都是幻觉

一切都是幻觉一切都是幻觉?对你而言，“时间”和“空间”意味着什么呢?也许在你想象的画面中，空间是寒冷冬夜里繁星点点的浩瀚苍穹，又或许是裹着星条旗拖着金色尾巴的火箭将神采奕奕的航天 员送入孤独的卫星轨道时，身後留下的一片空虚。而时间也许就是手表上滴答作响的时针，抑或是随着太阳第50亿次向北倾斜中，慢慢变黄的叶子。古往今来，我们都在这个蓝色 星球上生活着，直观地感受着时间和空间。19世纪末，人类在好似没有任何关联的 几个领域内相继取得了重大的科研突破，这些科学成就促使物理学家重新审视我们眼中的 时间和空间，以及那些停留在直观层面上的认识。不久之後的20世纪初，爱因斯坦的导 师及同事闵考斯基这样写道：“从现在开始，时间与空间已不再各自独立存在，取而代之 的是二者混合体的诞生。”这段著名的宣言，直接宣判了古代关于天体运行等天文理论的 死刑。那么，闵考斯基所说的“时间和空间的混合体”到底是什么呢?要了解这个带有浓重神秘色彩的新名词，我们就必须了解爱因斯坦的狭义相对论。在狭义相对论里，我 们第一次看到了E=mc2这个著名的公式。由此，在继续探索宇宙奥秘的旅程中，光速c进入了我们的视野，并牢牢地站在科技大舞台的正中央。爱因斯坦狭义相对论的核心内容是对时间及空间的描述。其中最重要的一个概念是一种速度，一个宇宙中任何事物都 不可能超越的极限速度，也就是光速。在真空中，光速可以达到每秒299792458米。光以这个速度从地球出发，经过8余分钟可以到达太阳，10万年後能穿越我们所在的银河系，超过200万年後可到达仙女座星系我们在宇宙中最近的邻居。每当夜幕降临，地球上最大的天文望远镜就会将目光投向宇宙深处，尽全力去捕捉最深处的点点光芒，而 发出这些光芒的恒星此刻可能早已消亡。比地球从一团星云中诞生还要早几十亿年，也就 是在大约100亿年前的时候，这些星光便开始了自己的旅程。光速极快，但相对于星际间 的遥远距离，却显得那么微不足道。我们能通过类似于欧洲核子研究组织在瑞士日内瓦的 大型强子对撞机这样的设备，把一些非常小的物体加速至接近光速，差距仅约光速的1。这个特殊速度的存在，或者说是宇宙航速极限的存在，本身就是一个奇怪的概念。如同我 们接下来会揭示的那样，将这个速度和光速联系起来其实是一个障眼法，而在爱因斯坦的 理论中，它将扮演更重要的角色。同时，光为什么以每秒299792458米的速度前进，也自有其原因。当然，这些都是後面的内容。现在，我们仅仅需要知道当物体以接近于光速的 速度移动时，意想不到的事情便会接踵而来。有没有任何其他原因在阻止物体以超越光速 的速度运行呢?因为我们对“没有任何物体的速度能超过光速”这句话的感觉，就好像“不论发动机的功率有多大，自然法则都将导致我们的车速无法超过每小时100千米”一样令人费解。显而易见，自然法则不像道路限速那样需要交通管理部门来贯彻执行，因为整个时间和空间都是依照自然法则形成的，这些自然法则是无法在这样的世界里被打 破的。如果它们被打破，这个世界中便会产生很多无法预料的结果，这不能不说是我们的 幸运。我们会发现，如果我们能超光速移动，那么人造时间机器就能回到历史上的任意时 刻。让我们想象一下，出于某种目的或是不小心，我们回到了自己出生之前的某个时刻，并阻止了自己父母的相知相识，然後会发生什么?这类情节经常出现在精彩的 科幻小说里，但是真实的世界却无法如此编排，爱因斯坦的研究也表明我们的世界不是那样形成的。时间和空间以一种精妙的方式交织在一起，避免了这些似是而非的观点的产生。但是，为了究其原理，我们需要付出代价，必须舍弃一些根深蒂固的关于时空的观念。在爱因斯坦描述的宇宙中，移动的钟表会变慢，运动的物体会缩小，人们可以到几十亿年 之後的未来世界旅行。同样在这个宇宙中，人们的生命可以被无限延长，长到人们可以看 到太阳燃尽，海水蒸干，目睹整个太阳系陷入永恒的黑暗。人们还能见证新的恒星和行星 从星尘中诞生的过程，甚至可以看到新的生命萌发在宇宙的某个角落，即使作为他们家园 的那颗星球目前还不存在爱因斯坦的宇宙能开启人们通往遥远未来的高速通道，同时也能将回到过去的大门死死关闭。那么，爱因斯坦是如何“被迫”得出这如梦似幻的宇宙观，而他的观点又是如何被许多科学实验及实际科技运用并证明是正确的呢?以车用卫星导航系统为例，它的设计就考虑到地球卫星轨道中的时钟和地面上的时钟快慢 不一样的问题。爱因斯坦的想法是大胆的：时间和空间的真面目并不是它们表面上看起来 的那样!现在，我们有点超前了。在能够充分理解和体会爱因斯坦的非凡发现之前，两个在相对论中占有核心地位的概念值得我们仔细思考，那便是时间和空间。想象一下，自己正在天上的飞机里读书。当时针指向12时时，你看了一眼手表，决定放下书，离开座位，经过走道，去和坐在你前面十排的朋友聊聊天。15分钟後，你回到自己的位置，重新拿起书。常识告诉你：自己回到了原位。因为你经过了同样的十排座位原路返回，并 且回到了你之前搁下那本书的位置。我们不妨更深一层地思考一下这所谓的“原位”。也许你觉得这毫无必要，甚至有点陈腔滥调，因为当我们平时提到原位的时候，大 家都明白它的意思。例如，和朋友约在一家酒吧聚会，从相约到相见的这段时间当中，酒 吧不会移动，自然也就一直处于原位。而当我们欢聚离开之後，酒吧也很可能一直保持在 那个原位不变。很多概念和推理表面上看是毫无必要的，不过还是请你跟我一起思考。仔 细思考这些看起来显而易见的东西，它们将带领我们追寻亚里士多德、伽利略、牛顿和爱 因斯坦这些科学巨匠的足迹前行。那么，我们如何才能精准地定义“原位”这个概念呢?全球定位系统给我们提供了一些参考。虚拟的经线和纬线纵横交错地布满地球，这 样地面上任意一点都能用两个数字表示，即经度和纬度，我们能够轻而易举地运用经纬来 定位点。例如英国曼彻斯特市在地球上的坐标为北纬5330、西经215,只要我们都同意格林尼治子午线以及赤道在地球上的位置，这个坐标就能告诉我们到哪里可以找到 曼彻斯特市。参照这个全球经纬系统,我们能联想得到,如果想在空间中定义任意一点,我们可以建立一个虚拟的三维坐标系统。这个系统可以由地表向上,在大气层中无限延伸,亦可向下穿过整个地心,从地球的另一边出来。运用这个系统,我们就能描绘世上万物的 位置,不论它是在地表、空中还是地下。也可以不仅仅局限于地球,让系统继续向外延展,超越月球、木星、海王星、冥王星,甚至跨过银河系的边缘,向更远的宇宙延伸而去。有 了这样一个接近无限大的坐标系统,所有物体都可以被打上坐标。用伍迪艾伦的话来说,如果你是那种从来记不住东西放在哪儿的人,有这样一个系统是非常方便的。这个巨大的 坐标系统为宇宙里的所有物体都定义了一个确切的存在位置,就好像一个巨大的箱子里装 着宇宙万物。也许,这样一个坐标系统可以被称为“空间”。让我们重新回到刚才关于“原位”的问题以及飞机的例子。在飞机的例子中,你也许认为12时15分时自己在空间中的位置和12时时完全相同。但是,如果在这段时间内,恰巧有个人站在地 面上抬头看你所乘坐的飞机,他眼中的这一系列活动又该是怎样的呢?对他来说,飞机在 天空中以每小时1000千米的速度飞过，从12时12时15分这15分钟里，你移动了250千米。换句话说，在这两个时间点上，你处在两个不同的位置。到底谁的说法是对 的呢?谁在这15分钟里移动了，谁又是静止不动的呢?