**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(lán)色的星球上生活著，直觀地感受著時間和空間。
十九世紀(jì)末，人類在看似沒有任何關(guān)聯(lián)的幾個領(lǐng)域內(nèi)相繼取得了重大的科研突破，這些科學(xué)成就促使物理學(xué)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(rèn)識。不久之后的二十世紀(jì)初，赫爾曼?閔可夫斯基——阿爾伯特?愛因斯坦的導(dǎo)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(guān)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(jìn)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(dá)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(dá)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(dá)仙女座星系——我們在宇宙中*近的鄰居。每當(dāng)夜幕降臨，地球上**的天文望遠(yuǎn)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(tuán)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(yuǎn)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(shè)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(jìn)也自有其原因。當(dāng)然，這些都是后面的內(nèi)容。現(xiàn)在，我們僅僅需要知道當(dāng)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(dǎo)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(yù)料的結(jié)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。可以想象，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(guān)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(yuǎn)未來的高速通道，同時也能將回到過去的大門死死關(guān)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(xué)實驗以及實際科技運用證明是正確的。以車載衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為例，它的設(shè)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(xì)思考，那便是時間和空間。