在人类思维的浩瀚宇宙中,“时间”无疑是最引人入胜的奥秘之一。自古至今,哲人智者纷纷涉足,试图解开这道谜题。然而,直到爱因斯坦横空出世,“时间”的内涵才得以彻底刷新,他带领我们以前所未有的视角,重新审视历史、现在与未来!
“时间”究竟为何物?对我们来说,它是一个无比抽象的概念,从晨曦到黄昏,太阳的轮回中我们捕捉到了它的影子;从手中抛出的石头在空中划过,我们又在它的轨迹中寻觅;而随着岁月的流逝,我们从镜子中的面容,再次感受到了它的存在。尽管如此,“时间”的真身依旧难以辨识。
我们仅能察觉到“时间”的若干特质。例如,它的单向性——总是向前迈进,永无倒流之日,是一条永不回头的单行道;又如它的均等性——自宇宙大爆炸至今,时间并未加速狂奔,也未曾停滞不前。在地球这片土地上,不论智慧或愚钝,贫瘠或富饶,每一日皆为二十四小时。
然而,在均等的外表下,“时间”却并非铁板一块。只有在时空构架与相对速度一致的情况下,它才保持着一致的节奏。对于处于不同时空、不同速度的两个物体,“时间”的脚步则各不相同。何以至此?盖因“时间”与世间万物无异,亦会受到其他因素的牵制,譬如质量与速度。
爱因斯坦在相对论中如是说:时间不可与空间、物质割席而论。换言之,无空间则无时间之价值,无物质则无时间之意义。反之,无空间亦无物质之立足地。
爱因斯坦视时间与空间为织就四维时空的经纬,这四维时空正是我们所知宇宙的基石。而在测量层面,时间与空间皆非绝对。在不同的相对速度或时空构架下,时间流逝的步伐亦大相径庭。影响这一流逝的,正是质量与速度两大因素!
若按爱因斯坦广义相对论所述,真空宛如平铺的巨网,而有质量的天体则如投入其中的一颗铁球。在空间的曲面上,时间在其中流转时所费的功夫也就相应增长。
相对论的数学计算进一步揭示,质量巨大的物体(譬如黑洞)附近的时间流逝,较之远离大质量物体的区域,要来得更为迟缓。
这看似不可思议,然而质量对时间的影响早已不是秘密,不仅得到了证实,还被应用于实践。例如,我们日常使用的全球定位系统GPS。在GPS的开发与使用过程中,科学家们发现,无论他们如何修正,总是存在数公里的定位误差。直到将爱因斯坦关于质量影响时间的观点纳入考虑,这一误差才得以消除。
我们知道,卫星远在地面之上,而根据万有引力定律,地面的重力场远强于卫星所处的轨道。在这两种不同重力场的影响下,地面上的时间流逝较慢。虽然微乎其微,但这一细微差异在遥远的距离面前被放大,变得十分显著。
爱因斯坦在狭义相对论中还提到,时间存在“膨胀”效应:
假设有两个观察者,一位保持静止,另一位相对静止者运动,那么运动的观察者所见的时间流逝,要慢于静止者。然而,在现实中,我们无法感知这种差异,因为相对运动的速度远不足以引起显著的变化。
于是,问题来了,究竟要何种速度,才能对时间产生显著影响呢?
科学家们通过对光的实验找到了答案。他们让光沿不同方向运动(包括相向与相离),然后计算时间的差异。结果发现,无论光沿哪个方向移动,光速始终不变,而时间在光速行进中,并没有发生任何变化。
这一现象令众多科学家迷惑不解,因为光速如此之快,却对时间没有影响。难道相对论错了?答案当然是否定的。爱因斯坦认为,光速是宇宙速度的极限,任何物体的速度都不可能超越光速。根据爱因斯坦的公式,一旦物体速度等同于光速,时间就失去了意义,甚至不复存在。
如今,我们已知速度达到光速后时间将失去意义。那么,作为影响时间的另一个因素,质量达到何种水平时,时间也会不再有意义呢?
现代物理学也对这一问题给出了令人满意的答案。
但我们必须先设想,要达到这种对时间的影响,需要的质量极为巨大。提到质量巨大,我们不免想到黑洞。
我们对黑洞的了解多半是它质量巨大,能够吞噬一切接近它的物体,甚至连光也无法逃脱。
基于这样的认知,我们不免好奇,黑洞内部究竟隐藏着什么?为何有如此巨大的吸引力?当然,我们如今已明白,黑洞的中心就是一个奇点!
奇点究竟为何物?这要从黑洞的形成说起。
我们知道,大质量恒星之所以能发光发热,是因为内部核聚变的发生。核聚变产生能量(光和热),而恒星本身的巨大重力挤压内部物质(原子)。当核聚变产生的爆炸与恒星自身坍塌的重力平衡时,恒星便处于稳定状态,我们的太阳便是如此。
然而,随着时间的推移,当核聚变的原材料耗尽时,恒星会进入新的阶段——超红巨星。随着核聚变的停止,恒星的重力会无限压缩内部结构,形成以原子核为主的天体——中子星,同时释放出大量能量。随着时间的流逝,天体的重力又将占主导,继续压缩内部物质。如果质量足够大,这种压缩将物质压缩至空间为零,奇点就此形成。当物质的空间不复存在,时间、物质亦失去意义,这便是质量对时间的终极影响。
英国科学家霍金通过对爱因斯坦广义相对论的逆向计算与推导,得出了宇宙有一个起始点的结论,这一起始点是由一场“大爆炸”所引发。
这便是闻名世界的“宇宙大爆炸”理论。霍金在此基础上,继承了爱因斯坦的许多观点。他认为,物质与时空相互依存,只要物质存在,时间便有意义。时间的维系需要能量,没有能量,时间同样无从谈起。
人类总是抱有美好的愿望,希望通过“时间旅行”回到过去,改变历史进程。这种想法在电视剧,特别是中国的穿越剧中屡见不鲜,但它实际上是人们对爱因斯坦关于时间理论的误解与偏见。
对此,爱因斯坦有着自己的看法:
1、“回到过去或时间倒流,建立在一种不存在的逻辑之上。”
2、“现在、过去和将来之间的区别只是一种错觉。”
第一点,其含义大致是说,电视剧中关于“回到过去”的设想,实际上并不符合逻辑,因为时间的流向是确定的,而且回到过去违背了自然法则。
霍金对此进行了进一步的解释,因为这涉及到了“时间悖论”。假设人类可以回到过去,一个人通过时光隧道回到过去,看到过去的自己,并开枪杀死了过去的自己。那么问题就出现了,如果过去的自己已经死了,那后来的自己是如何穿越回来并开枪的呢?这显然是违背逻辑的!
既然回到过去不可行,那前往未来是否也不可行呢?并非如此。前往未来从理论上是可能的。因为这个假设并不违背时间的方向性。想象一下,你乘坐一艘航天器来到黑洞边缘,围绕黑洞航行。我们知道,黑洞周边的时间流逝速度远比地球上慢。如果你在黑洞附近航行一小时,返回地球时可能已经过了十年多。
同样,如果你能乘坐接近光速的飞行器,快速穿越,那么你在飞行器中度过的一小时,回到地球时,可能已经是十年之后了。因此,通过时间旅行回到过去是行不通的,但我们确实有可能穿越到未来,这是完全可能的。
第二点,“现在、过去和将来之间的区别只是一种错觉”,这意味着时间是单向的,回到过去和时光倒流是不可能的。但是,时间的流逝是连贯的,物质在时间的长河中产生、发展、消亡,只是时间这种度量的记录方式不同。
就如同一台摄像机,宇宙中发生的一切,过去、现在和未来,都在时间这台摄像机中,不断循环播放。
由此可见,时间才是这个宇宙世界中真正的“流通货币”!
拥有时间便拥有一切,拥有时间便拥有未来!