3.当下的终结(1/2)
敞开
向这春天
轻柔的微风
寂静季节中
封藏的冰冷
与回到大海的航船……
现在
我们必须编织花冠
装扮头顶
速度也会延缓时间
在搞清楚质量可以延缓时间[1]这件事的十年之前,爱因斯坦就意识到,时间会被速度延缓[2]。就对时间基本的直觉上的感知而言,这个发现是最具毁灭性的。
这件事本身很简单。在第一章中,我们把两个朋友分别送到山里和平原上,现在让他们一个静止不动,另一个四处走动。对于不停运动的人,时间流逝得更慢。
和以前一样,这对好友会经历不同长度的时间间隔:运动的那个衰老得慢一些,他的表走的时间少一些;他可以用来思考的时间更少;携带的植物要更久才能发芽,等等。因为对于一切运动的物体,时间流逝得都要慢一些。
要想观测到这一效应,必须非常快地运动才行。20世纪70年代,人们在飞机上使用精密的钟表,首次观测到这种效应。1飞机上的钟表显示的时间落后于地上的钟表。如今,很多物理实验中都能观测到时间的延缓。
在这个故事里,同样是在实际观测到现象以前,爱因斯坦就弄清了时间延缓——在他年仅二十五岁、研究电磁学的时候。
这并不需要很复杂的推理。麦克斯韦方程组很好地描述了电与磁,其中包含着通常的时间变量 t ,但有个奇特的性质:如果你以特定的速度运动,那么对你而言,麦克斯韦方程组将不再适用(也就是无法描述你观测到的现象),除非你把时间换成另一个变量 t ′。2数学家已经知道麦克斯韦方程组这个奇特的性质3,但没有人理解其中的含义。爱因斯坦理解了其中的意义:t 是当我静止时流逝的时间,静止时事件发生的节奏,就像我自己;t ′是“你的时间”,伴随你一起运动时事件发生的节奏。 t 是静止时我的手表测量到的时间, t ′是运动时你的手表测量到的时间。在此之前,没人设想过,对于一块静止的手表和一块运动的手表,时间会是不同的。爱因斯坦从麦克斯韦方程组中解读出了这一点,并且十分认真地对待它。4
因此,运动的物体比静止的物体经历更短的时间段:钟表会记录更少的时间,植物会长得更慢,年轻人做白日梦的时间更少。对运动的物体而言,时间会收缩。不仅不同地点没有一个单一的时间——甚至对同一个地点而言,单一的时间都不存在。时间长短只与拥有既定轨迹的物体的运动有关。[3]
“固有时”不仅与你的位置和与物体的邻近程度有关,还与运动的速度有关。
这个事实本身已经足够奇特,其结果更加惊人。坐稳了,因为我们就要起飞了。
“现在”即空无
在遥远的地方,“现在”正发生些什么呢?比如说,假设你姐姐去了比邻星b——这颗目前发现的距离我们大约四光年的行星,那她“现在”正在比邻星b上做什么呢?
唯一正确的答案是,这个问题没有意义。就好像我们身处威尼斯,却问:“这里是北京的哪里?”这样问没有意义,因为如果在威尼斯我用“这里”这个词,我指的是威尼斯的某处,不在北京。
如果你姐姐在房间里,你想知道现在她在做什么,答案通常很简单:你看看她就知道了。如果她离得很远,你可以给她打个电话问问。但请注意:如果你看到姐姐,你接收到了从她那里传到你眼里的光线——光需要花些时间到你这里,比如说几纳秒——一秒的很小一部分,那么,你并没有看到她现在在做什么,而是看到了她几纳秒以前在做什么。如果她在纽约,你从利物浦打电话给她,她的声音要花几毫秒到你这儿,所以你最多能知道的是你姐姐几毫秒以前在做什么。不过这也许并没有很明显的区别。
然而,如果你姐姐在比邻星b上,光从那里到你这儿要花四年。因此,如果你从望远镜里看到她,或者从她那儿收到无线电信号,你得知的是她四年前在做的事,而不是她现在正在做什么。比邻星b的现在显然不是你通过望远镜看到的,或是通过无线电听到的。
也许你会说,你姐姐现在做的,是从你透过望远镜看到她的时刻起,四年之后将要做的?但并非如此,这也行不通:在你透过望远镜看到她的四年后,在她的时间里,她也许已经返回地球,并且是在未来的十个地球年以后了(是的,这的确可能!)。可是,现在不可能在未来……
也许我们可以这样做:如果十年以前,你姐姐就动身前往比邻星 b,并随身带着日历来记录时间的流逝,那我们可以说,现在对她而言,是她记录下的十年过去了的时刻吗?不行,这也行不通:也许当她回到此处时,相对于她的时间过了十年,而相对于此处的时间却过了二十年。那么在比邻星 b 上,现在到底是何时呢?
事情的真相是,我们需要放弃问这个问题。5
在比邻星 b 上,并不存在一个特定的时刻,与此时此地的当下相对应。
亲爱的读者,暂停一小会儿,让这个结论沉淀一下。在我看来,这是当代物理学得到过的最令人震惊的结论。
去问你姐姐在比邻星b上的哪个时刻与现在相对应,是没有意义的。就像问哪支足球队赢得了篮球比赛冠军,一只燕子赚了多少钱,或是一个音符有多重。这些都是没有意义的问题,因为足球队踢足球,不打篮球;燕子不会忙着赚钱;声音也无法称重。“篮球冠军”指的是篮球队,而非足球队。收入只涉及人类社会,而非燕子。“当下”的概念涉及与我们邻近的事物,而非远处。
我们的“当下”不会延伸到整个宇宙,它就像我们周围的一个气泡。
这个气泡可以延伸到多远呢?取决于我们限定时间的精确程度。如果用纳秒,“现在”的定义仅有几米;如果用毫秒,那就有几千公里。作为人类,我们对几十分之一秒都很难分辨出来,我们可以把整个星球都看作同一个气泡,在谈及现在时,可以认为对我们而言这是同一个瞬间。这就是我们可以做出的最大限度的近似。
存在着我们的过去:在现在所见之前发生的事件。存在着我们的未来:在此时此地我们所见之后会发生的事件。在过去与未来之间,还存在着一个时间段,它既非过去,亦非将来,有一定的长度:火星上是十五分钟;比邻星 b 上是八年;仙女座星系中有数百万年。这就是延展的现在6,也许是爱因斯坦最伟大最奇特的发现。
本章未完,点击下一页继续阅读。