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第二章 停止之处 3 奇怪的一对(第1页)

第二章时间停止之处3奇怪的一对

“坐在美女身旁,两个小时也像一分钟;坐在火炉上,一分钟也像两小时。这就是相对论。”这是《纽约时报》引用的爱因斯坦名言——尽管没有直接证据表明他真的说过此话。这句名言之所以经常被引用,是因为其很能激发集体想象,但其实它与改变我们时间观的理论毫无关系。

牛顿的绝对时间在建设越来越复杂的人类社会方面发挥了很好的作用。以无数时钟来同步我们的活动,最终让我们有了数十亿同类,并且遍布地球的每一个角落。但这伟大而精妙的概念也因为一个貌似无关紧要的细节而轰然倒塌。这一细节就发生在20世纪初一些科学家试图更好地理解电磁学之时。

其中,爱因斯坦第一个意识到,如果人们继续将时间看成是绝对的,即与物质没有任何联系,而由速度恒定、独立于一切、不受外界任何影响的时钟决定,那我们就会陷入错综复杂的矛盾。

融化、破碎的时间

对牛顿和伽利略来说,事情很简单:如果站着扔石头时,石头相对于地面的速度是30千米时,那骑着速度为50千米时的马以同样力量扔出同一块石头时,石头相对于地面的速度就是80千米时。就这么简单,任何人都可以验证。这被称为速度加成。

但是,如果骑马的人扔的不是石头而是光子,换句话说,如果他点亮一支手电筒或发出一小束激光,那事情就彻底改变了。运动物体产生的电磁现象充满陷阱,因为光在真空中的传播速度是恒定的,永远都是c,没有什么能比它跑得更快。

在这一点上,我们陷入了两难的困境:要么放弃光速恒定的假设,要么承认骑马者的时间和空间被扭曲了。只有这样,我们才能解释尽管激光发生器以与马相同的速度运行,但是光的传播速度并没有增加——每秒走过的距离还是一样的。从外部看,骑马者的空间被压缩而时间被拉长了,也就是说同样的表在他的手腕上比在通过望远镜观看他比赛的人的手腕上走得要慢。

这让人感到诧异又困惑,因为我们从未见过这种事,但如果我们能以医院的X光机发出的电子的速度运动,就不会如此惊讶了:看到周围的一切发生变形将会是我们经验的一部分,发现各个钟表显示的时间相去甚远也不会感到奇怪。但没有人有过这样的经历,因为我们太重了。

相对论给了牛顿的绝对时间一个极其沉重的打击。时间不仅不再是固定不变的,而且不再独立于空间。时间和空间紧密相关,二者都取决于物体的速度。在外部观察者看来,时间在运动方向上被拉长而空间在运动方向上被压缩,而且这两种现象紧密相连,因为只有这样,光速才能在所有惯性参照系中保持不变。对于宇宙中所有可能的观察者来说,不再有一个统一的时间。

其后果令人震惊:在某个参照系中同时发生的事件,在另一个参照系中可能就不会同时发生。牛顿的绝对时间就这样被分解成无数个局部时间,打乱了我们想象中的那个有序而自洽的体系。运动中的观察者看到的一系列先后事件,在局部可能是同时发生的。

这种先后顺序的差异可以大到什么程度?未来会先于过去吗?因果律是否也可以推翻?

还好这些都不会发生。先后、因果之类的顺序不会被打破。任何远远看着地球的观察者,都不会先看到我和儿女们玩耍,再看到我父母之间的第一个吻。这种保护也来自光速不可超越,任何东西的速度都不能超过c。如果在看见原因之前看见结果,比如在看见克里斯蒂亚诺·罗纳尔多射点球之前就看见球进了,那就意味着进球这个动作是超光速发生的。这是相对论不允许的,就算是最好的球员也不行。这一限制导致在任意惯性参照系中每个观察者都必定会先看到原因再看到结果。

狭义相对论的另一个结论是,对于有质量的物体,光速c是其速度极限。只有没有质量的东西,比如光子,才能以光速运动。有质量的物体或粒子可以无限接近光速但永远不可能达到光速。如果持续对物体加速,它的能量会增长,表现为速度增加,但当速度无法继续增加时,给物体的能量就会变成质量。接近相对论性速度时,任何物体的质量都会激增:能量和质量其实是一体两面,E=mc2。

好像这些打击还不够狠,10年之后,爱因斯坦又打出第二击,也是致命的一击。

狭义相对论中的时间和空间紧密相连,不可分割,形成一个连续的四维结构,即所谓“时空”。这一新概念的首次陈述来自年轻的立陶宛裔数学家赫尔曼·闵考斯基。1908年9月21日——也就是他因急性阑尾炎去世的前几个月,在科隆举行的“德意志自然科学家与医生大会”上,闵考斯基介绍了自己的想法。他很明确地指出了“时空”的结果:“从此以后,单纯的时间和单纯的空间都将不复存在,消失得只剩残影,只有二者的结合才会保有独立的真实性。”传说在临终的病**,在腹膜炎造成的阵阵剧痛的间歇,他还在做笔记、演算,以发展自己的理论。

融化的钟

利加特港是西班牙加泰罗尼亚的一个小村庄,距离西法边境只有几公里。1930年到访时,达利就深深喜欢上了那里,他买下了一座渔民的小房子,和加拉一起搬到那里生活。加拉是他对伴侣及灵感缪斯埃莱娜·伊万诺夫娜·迪亚克诺娃的爱称。两人都和超现实主义有着很深的渊源,加拉在和达利在一起之前曾是诗人、作家安德烈·布勒东的妻子,正是他于1924年开创了这一艺术流派。超现实主义者深受弗洛伊德心理学著作的影响,在作品中着力表现潜意识世界,发展出了无意识技法,画中仿佛梦境,以抵抗理性对表达的控制,让梦的灵感自由发挥。

1931年,达利在面向大海的家中画了一幅小尺幅画,面积只有24厘米×33厘米,这幅画后来成了他最著名的画作之一。画的背景是利加特港的海景,荒凉的沙滩上,礁石沉浸在一片透明而伤感的光线中。前景中有一个几何形状的东西、一棵枯树、三个软化变形的钟,它们好像还在走着,每一个都显示着不同的时间。还有一个倒扣的钟,上面爬满了蚂蚁。地上有一个不甚清楚的形状,可能是画家侧面自画像的一部分。很长一段时间内,这幅画的标题都是“融化的钟”,后来达利自己将其改成“记忆的永恒”,今天,该作品就以此名在纽约现代艺术博物馆展出。

数年后,达利半开玩笑地解释这幅画的由来,说“融化的钟”是某天晚上和加拉一起吃饭时想到的。那天,两人享用了上等的法国卡芒贝尔奶酪。拿起画笔和调色盘之前,他对这种著名奶酪柔软的、近乎液化的外形研究了很久。在1935年冬季发表在《牛头怪》杂志上的一篇文章中,达利说道:“时间是最典型的虚幻、超现实维度。”这和闵考斯基去世几个月前所说的话如出一辙。达利一直对科学上的新进展感兴趣,他阅读了关于相对论的科普文章,还曾想和爱因斯坦见面,就像和弗洛伊德见面一样。尽管会面从未发生,但达利生活的时代,确实是相对论的相关发现和知识超越专业小圈子的时代。

1915年,爱因斯坦从闵考斯基的四维时空出发,扩展了自己之前的模型,创立了广义相对论:质量和能量扭曲了时空,这种扭曲产生的效果就是我们所说的引力。

只要是有一定能量或质量的地方,时空便会被扭曲。扭曲的程度取决于能量或质量的大小,当时空发生扭曲时,周围的物体会遵循扭曲形成的新几何体来运动。拥有巨大质量的太阳扭曲了四维时空,形成一个类似“洞”的东西,地球便围绕它运动。这是看待牛顿万有引力的新方式。

广义相对论不止这些,因为时间也会发生扭曲。通过扭曲时空,质量和能量也在局部改变了时间的流动。空间扭曲得越多,时间就越膨胀。大质量附近的引力场越强,时间流动得就越慢。

牛顿的绝对时间化作了万千微尘,无数局部时钟组成了一只万花筒,不仅不与其他事物同步,而且一直在变化。宇宙中每一点都有特定的扭曲程度,具体曲率取决于每一时刻整个宇宙相对于这一点的能量和质量分布。时间在宇宙中的每一点都以不同的节奏流动,这种流动随位置和时刻的变化而改变,并由整个宇宙动态变化的能量和质量分布来决定。

广义相对论给了牛顿的绝对时间一记绝杀,让它从此倒地不起。

非凡的精确

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