我國的至聖先師孔子在《論語·子罕》當中說過這樣一句話“逝者如斯夫,不捨晝夜。”
這裡生動形象地描述了時間的特性,將它比作流水,表明了它流逝的速度和一去不復返的屬性。這不僅是孔子眼中的時間,也是我們大多數人認知當中的時間。
在我們看來,雖然無法描述出時間的形態和模樣,卻可以依靠事件發生的先後來定義時間。於是,時間在普通人的認知裡就變為了過去、現在和未來。可是愛因斯坦的時空觀打破了這一看法,他說:“過去、現在和未來的差別,雖然深入人心,但不過是錯覺。”
在他的理念當中,時間真的可以扭曲,並且這種特殊的“時間扭曲”現象在之後已經得到了科學家的證實。
飛行時鐘實驗
在愛因斯坦的尺度劃分當中,時間並無先後之分,這就意味著它從一個向固定方向行進的常量變成了一個極具變化性的變數。如果大家瞭解過相對論的相關論點就可以發現,在愛因斯坦的世界當中時間和空間一樣變成了一個可以向四面八方伸縮的“尺度”,他認為時間是可以扭曲的。
1971年時,兩位科學家想要驗證相對論的時空觀是否真的如同愛因斯坦所說。因此展開了一項試驗,這項實驗也被稱為“飛行時鐘”實驗。他們將原子鐘放在飛機上,經過幾天的飛行之後,將這些原子鐘的時刻與地下的原子鐘時刻進行對比。得到了驚人的發現——總效應為飛行時鐘慢於地面時鐘。
原來愛因斯坦所說的“鐘慢尺縮”效應是真實存在的,速度和引力確實可以影響時間。換言之,時間不再是我們固有想法中的定量,只要外界的條件達到,它就能夠實現扭曲變化。
以宇宙緻密度最高的黑洞來說,它的引力算得上是全宇宙中最大的了。假如人類的飛船從地球出發,前往黑洞附近,在確保不被黑洞吸入的情況下,就會發現飛船上的時鐘出現了明顯的變化。正是超強的引力使得時間受到了振盪,從而改變了鐘錶的時刻。
值得一提的是,這種利用原子鐘實驗驗證時間是否可以扭曲的實驗在這之後也進行過很多次。以英國的國立物理實驗室為例,它們分別在1996年和2010年進行過此類實驗,最終得出的成果和上文所差無幾。
在這多數實驗結果擺在眼前後,科學家表示“時間扭曲”現象確實存在於我們的生活當中。不過人類實在是很難感覺到那幾秒甚至幾毫秒的變化,所以我們對時間扭曲現象的感知確實十分有限。
鐘慢尺縮效應
鐘慢尺縮效應是愛因斯坦在狹義相對論當中提出的著名理論,這一理論也可以稱為時慢尺縮理論。其定義是物體的運動速度假如接近光速,就會使得它周圍的時間迅速減緩,空間也會因此縮小。
而當物體的運動速度真正達到了光速之後,時間就會靜止。不過我們都知道物體達到光速意味著質量為0,以目前的觀點來看沒有物體能夠達到光速。
所以根據這一觀點來看,時間扭曲了,身處其中的人的時間也就處於“靜止”狀態,這意味著乘坐光速宇宙飛船的人可能不會變老。在“雙胞胎悖論”當中就有提到過這種假設,乘坐飛船的哥哥數十年後重返地球,他仍舊如離開前一般年輕,而留在地球的弟弟則步入暮年。
值得一提的是鐘慢尺縮效應當中的起到關鍵作用的是“速度”,這之後愛因斯坦又在完善狹義相對論的基礎上提出了廣義相對論。在廣義相對論當中,引力成為了影響“時間扭曲”的又一特性。
這一理論無疑是為“鐘慢尺縮”又加上了一種限制條件,引力場成為了全新地影響時間的因素,這就意味著引力越大、時間越慢。這就是物體進入黑洞之後會進入“長生不老”狀態說法的來源,畢竟黑洞巨大的引力完全有實力直接讓“時間”這一尺度消失,很難說黑洞內部的世界到底是怎樣的模樣。
這之後更多地學者對鐘慢尺縮效應展開了研究探索,他們發現這一原理其實會受到諸多因素的影響。比如運動觀察者、時鐘效能、運動速度等等,但是儘管實驗結果出現了偏差,卻不代表這以理論有錯誤。因此不少學者表示,愛因斯坦的時空觀絕對是開創性的,他將時間的概念革新之後擺在了我們面前,即使大多數人無法理解,卻不代表“它”不存在。
時空觀念的變革與發展
假如現在問大家時間到底是什麼,不少人都會含糊其辭、猶豫不決。其實這很正常,因為大多數人都意識到了我們常說的“時間”是人類自己規定的尺度,不論是一分鐘、一天還是一年。隨著科學的研究發展,時間顯然不是我們定義當中的那麼簡單,人們的時空觀念也因此在不斷變化著。
簡言之,如果我們現在穿越回了古代對那時的人們說時間可以扭曲,甚至在特定的條件下可以實現倒流,那麼肯定會被當成瘋子。畢竟過去的人都和孔子的觀念相似,光陰似水奔流不復返才是被大多數人認可的觀點。那麼這些年時空觀又有什麼變化呢?
首先我們來看看德國古典哲學的創始人康德的時空觀是怎樣的。根據相關資料顯示,康德認為時空是一種觀念,並沒有物質特性,也就是客觀實在性。換句話說,康德的眼裡時間和空間都是虛無的,並不是一個具體存在的量。
此外,康德還認為時空是有始無終的,空間或許有限,但時間永無盡頭。等到恩格斯時代時,時空觀念再次發生了變革。恩格斯本人非常支援世界並無起始時間,空間也沒有界限,簡單來說他認可世界是無限的這種說法。
既然提及時空觀的變革肯定繞不開物理界的另一位大神,就是牛頓。牛頓綜合了哥白尼和伽利略的理論,建立了自己的力學體系。在這個我們每個人在物理課上都學過的經典力學體系當中,時間和空間都是絕對的。這也就是我們常說的牛頓的絕對時空觀。
牛頓在其著作《自然哲學的數學原理》 中寫道: “絕對的、真正的時間,就其本身和本性來說,均勻地流逝而與任何外在的情況無關。絕對空間,就其本性來說,與任何外在的情況無關,始終保持著相似和不變。
可見,在牛頓的時空觀當中時間是一條向著未來無限延伸的線。這條線並不受任何物質的影響,從宇宙出現之時它就存在並且多年來沒有任何變化。空間則像一個靜止的大罐子,把宇宙裝在其中。
愛因斯坦的全新時空觀
從以上內容可以看出,在愛因斯坦之前,世界上的科學家或者哲學家對於時空的認知都具有明顯的侷限性。尤其是牛頓的絕對時空觀影響到了數代人,我們認知中的時間概念其實就和牛頓所說的非常相似。在這種絕對時空觀當中,時間沒有任何變化,更別提扭曲了。
愛因斯坦卻將時空觀直接進行了革新,他的時空觀理論徹底顛覆了人類的認知。也是從這一刻開始,人類更加意識到了宇宙時空的廣袤莫測和自身的渺小,再次抬頭仰望星空時心中平添了許多“敬畏”。
前文中我們提到的鐘慢尺縮源於狹義相對論,因此在這裡就不贅述了。接下來詳細談談愛因斯坦的廣義相對論時空觀。廣義相對論的參照體系不再是歐幾里得空間的平直時空,很明顯橫平豎直限制了我們的“想象力”,天圓地方這種看法就是典例。
在廣義相對論當中時空背景變成了黎曼幾何,在這種情況下時間和空間可以隨意彎曲。時間和空間從兩條永不相交的直線,變成了交錯分佈的變數。“物質告訴時空怎樣彎曲,時空告訴物質如何運動。”正是愛因斯坦全新的時空觀,在他的世界裡時間、空間、物質不再是獨立存在的量,而是具備統一性的。
所以在全新的理論當中,時間扭曲現象變成了一種非常正常的現象。而人類之所以感受不到也不太能理解,究其原因是我們生活的維度空間太過低階。我們眼中的世界是三維的,而愛因斯坦時空觀當中的世界卻是四維的,甚至說是多維的。
就像螞蟻無法理解人類為什麼要修建高樓大廈,因為它們眼中的世界是二維的。人類也無法理解四維空間當中時間變成了什麼,因為我們看到的世界是三維的。如何跳脫當下的思維限制,是我們真正理解時間和空間扭曲的關鍵。
時間扭曲的怪事
愛好閱讀奇聞異事的人一定對“百慕大三角”這一地區不陌生,據說這裡的磁場十分奇怪,飛機和輪船經過這裡的時候都會發生怪事。更有人表示,百慕大三角的範圍內可能存在著時間扭曲現象,這就意味著經過這裡的人有可能“切身體驗穿越”。
上個世紀70年代,一架美國727客機在經過百慕大三角海域時就經歷了失聯。根據記錄顯示,當時飛機還有20分鐘著陸,卻突然從地面雷達的監測範圍內消失。大約10分鐘之後飛機重新出現並且著陸,比預計著陸提前了10分鐘。人們對比飛機時鐘和地面時鐘之後發現,飛機的時鐘竟然慢了10分鐘。
可以看出,或許那些消失的飛機、輪船真的在這裡捲入了某個“時空旋渦”當中。也許在未來的某個時間它們會從裡面出來,再次憑空出現,那些大家以為死去的人實際上是經歷了“穿越”旅行。
時空旅行的可能性
人類社會當中有階級差距、貧富差距等等,可以說這世界處處都充滿了“不公平”,作為普通的人我們很難縮短這些差距。但是卻有一樣東西對每個人都很公平,它就是時間。富人和窮人的時間流逝速度是一樣的,即使有人富可敵國、權力滔天也無法做到時光倒流。
但是這種絕對公平性可能只存在於現在,畢竟隨著科學的發展一切都在變化。假如未來富人可以乘坐超光速飛船展開時空旅行,那麼他的時間就比窮人多了幾倍,長生不老也不是不可能實現。
愛因斯坦在發現時空扭曲的特性之後就表示,特殊的時空結構當中可能會存在一條隧道,這個隧道貫穿了時間和空間,進入其中的人可以隨意實現“時空穿越”。這條隧道也被稱為愛因斯坦-羅森橋,現在多數科幻穿越電影當中的“時間隧道”都是基於這一理論塑造的。