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空間與時間是一種幻覺

我們活在時間裡,走在空間中,然而對時間與空間的感知卻是一種幻覺。在本質上,根本沒有時間、空間這回事(這需要你仔細研讀本篇文章及做深入思考)。這是為什麼呢?

為了明白時間與空間的虛幻性,我們要理解「相對論」,以及相對論是如何帶給我們「時間變慢,空間收縮」奇異現象的?雖然理解相對論比較費腦力,但卻是一件不可思議和十分有趣的事情。

愛因斯坦最早對相對論的思考起始於14歲那年他問老師的一個看起來十分簡單的問題:「如果我以光速飛行,我的臉在鏡子里就看不見了嗎?」為了說明愛因斯坦要表達的是什麼意思,我先做幾點小說明:

是光子反射讓我們看到自己的臉

一個問題:「世界上什麼東西最快?」結果有說馬的,有說鷹的,也有說火箭的。最後大家統一了答案:只有眼睛最快。為什麼呢?因為在你一眨眼的瞬間就可以看到遠處的大山。這一眨眼的時間是非常短暫的,理由就這麼簡單。

這個現象現在看來也是完全正確的,只不過那時不知道是「光」的速度快而已。就是說,那時我們以為看到山,是因為我們的眼睛「夠」到了山,所以說眼睛去「夠」的速度很快。實際上,不是人的眼睛去「夠」到山,而是山上反射的太陽光射到了眼睛裡。所以,實際的速度是光的速度。

更清楚地說,我們可以想像光是像乒乓球一樣的粒子,而之所以你能看到青山,不是青山放射出「光子」射進眼睛裡,而是由太陽放射出來的「光子」先射到青山上,再反射到你的眼睛裡的。如果沒有陽光我們什麼也看不到。實際上,我們永遠看不到一個不發光的物體,我們看到的永遠是這物體對太陽光的反射,而不是物體本身。比如,大家都知道月球本身不發光,我們看到的月光是被月球反射的太陽光。

所以,我們之所以會從鏡中看到自己的臉,是由燈光或陽光照射過來的光子射到臉上,光子再反射進鏡子中,然後光子從鏡中又反射進眼睛裡,這樣我們就看到了自己的「臉」。

光速不變原理

在愛因斯坦創建相對論以前,人們已經證明了光在任何一個運動系統中的速度都是每秒30萬公里。這一定理就被稱為「光速不變原理」,相對論就是以這一定理為基礎創建出來的。這一定理說的是一個什麼現象呢?

現在想像你站在一處小型的火車站站台上,一輛火車以每秒30米的速度由西向東行駛。而你的一位朋友坐在火車上,這時他用手向東扔一隻乒乓球,這隻乒乓球的速度是每秒3米。對於站在站台上的你看到這隻乒乓球的速度是「火車30米/秒+3米/秒=33米/秒」,就是你看到是乒乓球是以每秒鐘33米的速度向東運動的。而你的朋友在火車中看到乒乓球則是以每秒鐘3米速度相對於他在運動。

假設一位航天員靜止在太空中,他看到地球以465米/秒的速度向東轉動,那麼在他看到這隻乒乓球則是向東以498米的速度在運動(乒乓球的速度3米/秒+火車速度30米/秒+地球轉動速度465米/秒=乒乓球的速度498米/秒)。這樣的物體速度簡單相加的定理是經典牛頓力學的。也是大家很容易理解的。

而光速不變原理的意思是,假如這個乒乓球換成為「光子球」的話,那麼相對於你、火車上的朋友、航天員都會看到「光子球」是以每秒鐘3米的同一速度在向東運動。這一點讓人感覺到不可能,但事實就是如此。

經典牛頓力學與光速不變原理的衝突之處

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由以上理解為基礎,愛因斯坦提出了一個矛盾的問題:假設愛因斯坦坐在一艘以光速運動的飛船上,面前3米處立有一面鏡子,那麼:

第一,如果按照牛頓的理論(為了便於理解,我們將光速30萬公里/秒縮短為「3米/秒」),即如果「光子球」以每秒鐘3米速度在也以速度為3米/秒的宇宙飛船上運動的話,光子球的速度應該被簡單相加為「飛船3米/秒+光子球速度3米/秒=6米/秒」。

就是說,光子球的運動速度應該是每秒鐘6米。這樣光子球就可以追上愛因斯坦的面前的鏡子,也會在反射回愛因斯坦的眼睛裡,他就可以看到自己的臉了。

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第二,如果按照人們實際測定的,無論相對於誰,「光子球」永遠以每秒鐘3米的速度在運動的話,那麼當愛因斯坦坐著飛船以光速運動時,飛船、他、鏡子都以每秒3米的速度運動,進而一個從他臉上反射的光子也以3米/秒的速度運動,結果就會發生「愛因斯坦、鏡子、光子球」都會以同一個速度、同步並行地向一個方向運動。

這樣的話,從愛因斯坦臉上出發的「光子球」也就永遠無法追上前面的鏡子,既然光子球追不上前面的鏡子,也就無法再從鏡子中反射到愛因斯坦的眼睛裡。這樣愛因斯坦就永遠無法看到自己的臉了。

所以,因為牛頓定理被認為完全正確,而光速恆定性也是正確的,這兩個理論結合到一起就產生了矛盾。雖然愛因斯坦提的問題十分簡單,但連老師也無法給出正確的答案。

結果,愛因斯坦最終找到了解決這一矛盾的關鍵點,也最終證明了,如果他以光速運動的話,那麼他可以看到自己的臉,但卻會發生奇異現象。這又是怎麼回事呢?

問題答案:時間會變慢,空間會收縮

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首先想像一下,愛因斯坦乘坐一艘以光速三分之二速度(假定光速為每秒鐘運動3米),即每秒鐘2米速度運動的宇宙飛船上,從你面前向東運動。

在飛船上,距離愛因斯面前3米處立著一面大鏡子,這個鏡子的目的就是讓愛因斯坦能夠通過鏡子看到自己的臉。

在這時你看到,一個如乒乓球樣的光子以每秒3米的速度由太陽發出,射到了愛因斯坦的臉上。然後這個光子就以每秒3米的速度向愛因斯坦面前的鏡子。這時候發生了一件奇怪的事情:你看到這個光子球相對於你來說,是每秒鐘走3米的速度在前進;而同時你也看到,愛因斯坦乘坐的飛船相對於你以每秒鐘2米的速度在前進。

在你的時間裡,你看到這個光子球,一秒鐘後就越過了愛因斯坦的臉一米的距離,這一點很清楚,大家也都能理解。所以,你會看到,你的時間過了3秒鐘後,這個光子才以愛因斯坦的臉為起點,相對於愛因斯坦的臉走了3米的距離,而後射到了愛因斯坦面前3米處的鏡子上。

而關鍵點就在這裡了:在你看來,這個光子球在以每秒鐘2米的速度運動的宇宙飛船上,需要3秒鐘的時間才能相對於宇宙飛船中愛因斯坦的臉運動3米的距離。

而這時,愛因斯坦也看到這個光子在他自己面前運動了3米的距離。就是說,你的時間是過了3秒鐘後,宇宙飛船上的光子球相對於你運動了9米的距離。而愛因斯坦卻看到,這個光子球,在自己面前只走了3米的距離,而時間卻只過了1秒鐘。

所以,在你看到這個宇宙飛船中的光子相對於你、在你面前、運動了3秒鐘的時間,走了9米的距離,你測量到的光速是「9米÷3秒鐘」=速度為「每秒鐘走3米」。而關鍵點是,愛因斯坦卻感到只過了一秒鐘,光子在飛船上相對於他自己走了3米距離。由此愛因斯坦測量到的光速也是每秒鐘走3米。

所以發生了什麼事了呢?很簡單,你的時間過了3秒鐘,而愛因斯坦只過了一秒鐘。愛因斯坦的時間變慢了。在你感覺到在3秒鐘的時間裡,宇宙飛船以每秒2米的速度共計走了6米。而愛因斯坦卻感覺只過了一秒鐘,而飛船的速度是每秒鐘走2米,這樣愛因斯坦感到飛船隻走了2米。相對於愛因斯坦來說,他的空間也縮短了。

而這就是相對論帶給我們的,當一個人以一個高速度運動的話,這個人的時間將變慢,而空間會縮短。(這裡要說明一下:宇宙中沒有任何物體能夠以光速運動,只能以接近於光的速度運動。而愛因斯坦那個問題——想像自己以光速運動,只是一個假設的思維。實際如果一個人真的能夠以光速運動的話,對於他來說時間將停止,空間也等於不存在)。

相對論帶給我們一個超越常識的現象就是,不是愛因斯坦主觀感覺上的時間過了1秒鐘,他的生命生理新陳代謝過程、牆上的鐘、手上的表都會慢下來,也就是說他真的會比你更年輕2秒鐘。

我們是一隻蘋果蟲嗎?

當咬一口蘋果,有時你會發現一隻蘋果蟲,而那隻蟲子也在驚訝地發現著你。因為在你沒咬開這隻蘋果之前,這隻蟲子會以為它自己就是宇宙中心,每肯一小口蘋果,它都會認為已經為自己擴展出一小塊宇宙空間。

蘋果蟲有自己感知到的氣味、味道和紋理,也許還有自己的遊戲和藝術。但對於蘋果樹、田野、汽車、甚至月球來說,根本毫無所知。

就算在幾百年前,人類還以為地球是平的,而且是宇宙中心,也以為宇宙就這麼大。當驚訝發現地球是圍繞太陽旋轉的時候,人們還固執認為「這就是一切了」。直到近一百年,當發現原來宇宙中擁有那麼多的恆星和星系時,卻突然迷茫了。

一切沒有盡頭,因為沒有人能夠保證,今天的我們不是「蘋果蟲」。下面,就看一下我們的「宇宙蘋果」有多大,以及時間—空間是如何虛幻的。

對宇宙空間的度量

如果把體積是地球130萬倍的太陽縮小為一顆核桃大小的話,地球就是在1.5米外圍繞它作旋轉運動的一粒灰塵,而含有九大行星的太陽系足有322米寬。離我們最近的另一顆「核桃」卻在418公里以外。

在這個比例中,含有超過1千億個「核桃」的銀河系竟然有965萬公里寬——也就是,太陽如核桃大小,銀河系的空間有800個地球連在一起那麼的寬敞。進而離這顆「核桃」最近的星系有6436萬公里之遙遠。

就算星系之間有這麼的遙遠,它們還是會相互膠黏在一起形成「星系團」。比如,我們的銀河系就是與其它近40個星系組成了科學家稱為的「本星系團」。而離我們最近的另一個星系團——「室女座星系團」卻擁有2500多個像銀河系一樣龐大的星系。

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離我們最近的星系團是「室女座星系團」,但到底離我們有多近呢?還是以在太陽是核桃的比例中,「室女座星系團」在「核桃」64億公里以外。而這64億公里是什麼概念呢?

比如,地球距太陽是1.5億公里,而在這個比例中卻被縮短為1.5米。而我們離「室女座星系團」的距離是,64億公里×1000米/每公里÷1.5米=42666億個地球到太陽的距離,即63999億億公里。

注意:這是在太陽如核桃大小的情況下,「室女座星系團」離這顆3厘米大小的「核桃」有42666億個1.5億公里的距離。

此刻,我們對天文數字已經麻木了。然而,就算如此「大」 的一個星系團,在整個宇宙中卻是被可以忽略不計的東西。因為一個星系團相對於宇宙來說,就像地球相對於一塊拳頭大的石頭一樣,而平時我們誰又會在意在地球上是否多了、或少了一小塊石頭呢!

對時間的度量

而原子每撞擊一次,即10億分之1秒的時間,對於電子來說時間又太長了。因為在原子每撞擊1次的時間裡,電子要圍繞原子核轉了10萬萬億圈。也就是相對於電子來說過了10萬萬億電子年。

而接下來,一個電子年的時間對原子核中作高速旋轉的質子來說,又是無限的久遠。質子看電子,就像我們看天上固定不動恆星一樣,幾千年也不見移動一點位置(比如,對於我們來說,北極星幾千年來一直固定在那裡;而對宇宙意識來說,北極星又像我們看電子一樣,嗖嗖飛奔)。

往大一點說,我們以為一地球年的時間很長,但對於太陽來說,這時間簡直就是一瞬。因為在一個太陽年(太陽圍繞銀河系轉一圈為一太陽年)時間裡,人類經過了2.5億年。

而星系與星系、星系群與星系群之間相對運動的時間又變得無限久遠了。而進一步,宇宙與宇宙的相對運動對我們來說,就像蘋果蟲無法想像竟然還存在汽車或月亮一樣!

每個人都生活在自己的時空中

當有一天,你能夠以99%光速——即每秒鐘29萬7千公里速度向宇宙深處運動時,我們在1秒鐘內感知到的意識,如被針扎到時的刺痛,你卻需要100秒我們的時間來完成這一意識感受過程。

一年後,當你回到地球時,我們早已經死去,因為地球已經過了100年的時間。而問題是,我們相對於誰而衰老,又相對於誰而有意識變慢的情形呢?

因為此時此刻,你正「乘坐」在地球上以每秒鐘465米速度自轉著;地球又以每秒鐘30公里的速度圍繞太陽旋轉;太陽帶著太陽系中的九大行星以每秒鐘250公里的速度圍繞銀河系旋轉(旋轉一圈需要2.5億年);銀河系則以每秒鐘600公里的速度向長蛇星座方向狂奔(此刻你坐在電腦前,每秒鐘會以880.465公里的速度向一個方向狂奔。

而你坐地也不再是日行八萬里,而是7607萬公里,每年你會走277 億公里)。而銀河系所在的星系團又相對於其它星系團,或類星體相對於我們以每秒鐘20萬公里以上的速度向宇宙深處狂飆。

每一個星系團都如同是宇宙中一個「泡泡」,而泡泡之間都以瘋狂的速度狂飆著相互遠離。宇宙中沒有絕對的靜止,每個星系團泡泡都有自己的時間——空間度量。

進一步,因為一切都在高速相對運動著,所以,從星系團到星系團,從星繫到星系,從恆星繫到地球,再到你、我、原子、電子、也許還有「神」,都生活在自己的「時間—空間泡泡中」。

我們體驗到的永遠是過去,此時此刻也是幻境。

實際上,我們永遠無法活在「現在」上。當你向十米外看一位朋友時,你看到的不是此刻的他,而是3000萬分之1秒之前的他,因為從他身上反射過來的光子,需要3000萬分之1秒的時間,經過十米距離後,才能走到你的眼睛裡。

當你與1000公里以外一位朋友通電話時,你聽到的也是300分之1秒之前他的聲音,因為無線電波需要這麼長時間才能從他的手機上「走」到你的手機上。

進一步,太陽離我們有1.5億公里,光要走8分鐘才會到達這裡。就是說,我們看到的永遠是8分鐘以前的太陽——我們看到永遠是過去。假如某一天,太陽一下子堙滅了,我們要等到8分鐘以後才會知道。

光一秒鐘走30萬公里,而一分鐘會走1800萬公里,一天會走259億公里,一年會走9兆4608億公里。而這個數太大了,表達起來也不方便,所以科學家就很聰明地將9兆4608億公里定義為一光年,即光在一年中走過的距離。

更近一步,當你在晚上放眼天上星星時,你看到許多星光都是幾百萬光年以外的恆星及星系發出來的。就是說,幾百萬年以前,當這星星發出今天我們所看到的光芒時,人類還沒有被進化出來,而此刻那顆恆星也許早已暗淡無光。而當你用望遠鏡看100億光年以外的類星體時(或者你用眼睛看任何一個星系團時),所看到的是100億年之前這顆類星體發出的光。

而那時,太陽還沒有誕生,因為太陽今天只有50歲億歲。也許此刻,那裡的似人生物也在用望遠鏡朝我們看過來,他看到的也是100億年前的這裡,他要想看到今天的人類及地球,至少還要等在100億年。

從另一方面來說,你此刻放眼看到的所有星系及星系團,也許現在都早已形成了巨大黑洞(實際上,宇宙中的黑洞比我們看得到的星星還要多)。而從那上面進化出來的高級生物也許正乘坐著宇宙飛船向我們奔來。

每個人都活在自己的時間和空間中,而這個時間——空間本質上,也只是我們腦中對過去事物所作的一種標記。我們無法留住過去,也抓不住未來,而只能活在自己的此時此刻中!而此時此刻也是虛幻的,因為我們留不住任何一個「此時此刻」。

本文來自:九天星空

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