你看 , 这不是扯淡吗 。
爱因斯坦说 , 你想错了 。 这个问题的根本是:信息传播的速度上限就是光速 。 因此 , 我们对时间、空间的认识 , 就必须做相应的调整了 。
还记得我们的火车实验吗?
那么 , 如果你在A火车上 , 我在B火车上 , 我的速度是0.5倍光速 , 你的速度也是0.5倍光速 , 我们相向而行——那么 , 你发出的电报只能以光速传给我 。 或者说 , 不管我们采用什么技术手段相互通讯、相互探索 , 都只能以光速进行 。
探测方式呢 , 就是借助光(电磁波) , 按一定间隔一次次的通报位置(或者靠被动反射的电磁波推算位置) 。 总之 , 我们把一次次探测的时间/距离数据综合起来 , 就能计算出你我之间的相对速度——然后 , 我会发现你和我之间的相对速度并非光速 , 而是“洛伦兹变换”算出来的0.8倍光速!
但与之相对应的 , 我会发现你飞船上的表变慢了——不像空气中那样 , 我在铁路边每秒吹一声喇叭 , 那么不管运动方向如何 , 你听起来喇叭声间隔都是1秒;只是速度线性叠加 。
相反 , 在相对论里 , 速度叠加是非线性的 , 服从洛伦兹变换;因此两个物体的相对速度无论如何都到不了光速——相应的 , 运动的表变慢 , 运动的杆(在运动方向上)缩短 , 运动物体的质量增加 。
当然 , 这个稍微绕了一点 。 不实际动手算一算是不可能明白的 。
还是让我们看看爱因斯坦经典的“火车实验”吧:假设你坐在一列飞快行驶的火车上 , 火车长1000米 , 你在火车正中间 。 车头车尾各有一个装置 , 可以同时产生闪电 。
那么在火车外面的人看来 , 两道闪电同时产生;可在你看来呢 , 由于你随着火车往前 , 因此车头的闪电会首先被你观察到 , 然后才能看到火车尾部的闪电 。
换句话说 , 高速运动中 , 由于观察位置的不同 , 不同观察者看到的东西是不一样的——不存在所有观察者都能达成共识的“同时”这回事 。
因此 , 假如你真能以光速运动 , 那么整个宇宙还真是“固定不动”的——但并不是宇宙固定了 , 而是对你来说 , 宇宙的时间停止了!
而你 , 毫无感觉 。 你的秒表还是滴滴答答得响 。
换句话说 , 当你处于不同的位置、不同的运动状态时 , 你的时间观念、距离观念、质量观念 , 可以各不相同 。
晕了吧?这就把时间卷进来了?
不光把时间卷进来了 , (后来的广义相对论)连空间也卷进来了 。
比如说 , 两个中子星/黑洞合并就会产生“引力波”;那么引力波是什么呢?
在广义相对论里面 , 引力是“时空弯曲” , 那么引力波就是“时空涟漪”;而这种涟漪会凭空改变两个物体之间的距离(换句话说 , 压缩/舒张了空间)!
这玩意儿实在太过魔幻 , 以至于爱因斯坦自己都一度把它否定了 , 觉得那不过是“坐标变换的小魔术” 。 后来才在别人的劝说下改变了主意 。
但我们知道 , LIGO已经探测到了引力波:激光干涉引力波天文台(LIGO)
LIGO仍然是一个迈克尔逊-莫雷装置 , 只是臂长达到了十几公里 , 探测精度达到亚原子尺度——这个精度都探测不到以太 , 所以就别给以太说招魂了 , 救不活的 。
换句话说 , 两个中子星的合并 , 会在十几公里的距离上造成大约半个原子直径的距离变化——所以说“时空”这玩意儿的“硬度”不是一般的大 , 如此大的能量释放引起的时空涟漪却如此之小 。
来自宇宙的脉动--引力波-科普中国
那么 , 空间又是什么?
过去 , 空间无从捉摸 , 无法讨论 。 空就是空呗 。
但相对论之后 , 空间的小辫就被我们抓到了手里 , 而且知道它和时间紧密联系、无法分割;因此现在习惯说“时空” 。
关于时空的讨论太过高深 , 完全超出了人类的感知能力 。 因此我们必须依赖高深的数学——如果你没有足够的数学基础 , 就不可能真正理解这个问题 。
当然 , 简单通俗的说法也有 , 比如:
注意这类说法往往只能抓住某个片段的具体表现 , 不可能精确深刻的描摹出时空的性质 。
美国著名物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)这样描述 , “物质告诉时空如何弯曲 , 弯曲的时空告诉物质如何运动 。 ”
借助相对论以及数学 , 我们可以推出很多奇妙的结论 。 比如时间旅行、空间穿越等等 。
——现在穿越文泛滥 , 就是受了这个影响 。
关于时空 , 我们了解得还很少很少;现在也有很多理论/假说 , 但都还不足以作为最终结论 。