我们的一生仿佛被一股绵绵不绝的洪流牵引着,我们称之为时间。它似乎如影随形,与我们形影不离,甚至比影子还要亲切。

然而,时间真的切实存在吗?许多人对这个问题感到疑惑不已。

我们的一生被时间的脚步所刻划,然而关于时间的本质,至今没有人能够彻底道明,因为时间是一个极为抽象的概念,我们无法触及,它永无止境地流转,永远向前迈进。

如今我们所认识到的,虽然每天都在体验时间的推移,但时间的本质远比我们想象的复杂。

那么空间又如何呢?那个我们自以为了如指掌的空间,真的如同我们感知的那样真实吗?其实归根结底,我们对于空间的理解,同我们对时间的理解一样无知。

打个比方,在我们的传统认知中,空间是静止不变的,例如一米的长度,无论你怎么变化角度,它的长度始终是一米。

然而事实可能并非如此,从不同的角度来看,一米的长度可能并不真的是一米。

空间实际上与时间息息相关,两者密不可分,交织成一个整体。这意味着,一旦时间发生变化,空间(亦即距离)也会随之改变。

这可能让你感到困惑:怎么会有这种事?

答案隐藏在我们日常所见之物中:光,或者说是光速,那个横贯宇宙的恒定速度极限。

因为光速恒定不变,所以如果时间被拉长,距离(长度)自然会随之缩短。

小学生都明白,速度等于路程除以时间,若速度保持不变,时间被拉长,距离自然会变化。

让我们来更详细地解释一下。

在真空中,光速为每秒30万公里(此处为约数)。假设你乘坐一艘以87%光速飞行的飞船(相对于地球上的观察者),即约每秒26万公里的速度飞行。

根据爱因斯坦的相对论,你所经历的一秒钟(你的固有时)在地球上的观察者看来并不是一秒,而是两秒。这又意味着什么呢?

在这两秒中,地球上的观察者看到你飞过了52万公里,但在你看来,你只飞了26万公里,两者相差了一半。

听起来是不是有点不可思议?其实并非如此。

这并不意味着你在一秒内飞过了52万公里,你的一秒钟是你的时间,而52万公里并不是你所感觉到的飞行距离,而是地球上的观察者所见的你飞行的距离,这是两个完全不同的参照系。

这也说明,时间的膨胀必然伴随着距离的收缩(尺缩效应),两者同时发生,或者说是等价的,只有这样,才能确保在任何参照系中,没有任何物体能够超过光速。

因此,以87%光速飞行的你,并不会感觉每秒飞过了52万公里,而依然是26万公里。地球上的观察者所见的一公里,在你看来实际上只相当于半公里。

这也是时间膨胀下的尺缩效应。同时这也表明:速度与观察者无关,但时间和距离却与观察者密切相关。

当你以亚光速飞行时,远处的天体实际上离你更近了,同时,物体本身也会缩短。例如,在地球上的观察者看来,亚光速飞行的你的身高也收缩了,可能只有身高的一半(不到一米),但如果飞船上还有其他乘客,在他们看来,你的一切依然正常,因为你们处于相同的参照系中,他们用来测量你身高的尺子也会相应缩短。

还有一个更奇妙的现象:假设你能瞬间达到亚光速,你会看到遥远的星系(比如距离地球250万光年的仙女座星系)的距离突然缩短,可能只有100万光年甚至更近,这取决于你到底有多接近光速。理论上,如果无限接近光速,你会看到仙女座星系仿佛就在眼前,你可以瞬间到达。

这听起来是不是有点不可思议?

但这就是事实。这也是为何光子可以不花时间到达任何地方,或者说,光子可以瞬间到达无论多么遥远的距离,哪怕是宇宙的尽头。

这与我们的直觉完全相悖,但爱因斯坦的相对论对此早有详尽的阐述,并且经过一百多年的不断验证,相对论与科学家们对宇宙的观察结果高度吻合。

狭义相对论的核心思想之一便是:光速不变原理。光速不变不仅仅指光速在真空中的速度为每秒30万公里,而是指在任何运动状态、任何参照系中,光速都是每秒30万公里。

例如,一艘以90%光速飞行的飞船所发出的光的速度依然是光速,而不是190%光速。

光速与真空的磁导率和介电常数有关,可以视为时空固有的内在性质,亦是我们认知宇宙速度的一把标尺。宇宙万物似乎都在不断变化,然而必须有一个不变的基准存在,而这个基准就是光速。

看似颇为奇特,为何宇宙要以光速作为衡量标准呢?有时大自然就是这般难测,这般违背我们的直觉。实际上,随着科学家们对广阔宇宙的不断探索,将会有越来越多的现象违背我们的直觉,宇宙中隐藏着无数的秘密!