爱因斯坦曾说:其实时间并不存在。他到底想表达什么深刻的洞见?
在坊间一直盛传着一句爱因斯坦的话:其实时间并不存在,人类其实是被记忆欺骗了。如今,我们已经不知道这句话的出处到底是在哪里了?我详细查阅了爱因斯坦留下来的书、笔记、访谈录,并没有想到相关类似的描述。虽然我并没有办法直接下断言说:爱因斯坦没有说过类似的话。但最起码,爱因斯坦是个物理学家,他要阐述的观点应该和物理相关,所以,我们仅从物理学的角度来看理解一下这句话。不过,这句话也和爱因斯坦的时空观不谋而合的,这也可能是为什么很多人会认可这是他说过的。
不过,要了解爱因斯坦的时空观,我们就得先从牛顿的绝对时空观说起。
牛顿的绝对时空观
其实古人很早就开始在思考时间和空间的问题。就拿我们中国的古人来说,战国时期诸子百家中的尸佼就在他的著作《尸子》中写到:下四方曰宇,往古来今曰宙。
意思就是说,宇代表空间,宙代表时间,宇宙就是时间和空间的集合。之所以会有这样的观点,其实是因为当时的人看对于时间的概念主要来自于宇宙。月球绕着地球转是一个月,一昼夜就是一天。
近代科学之父牛顿,1687年发表他的著作《自然哲学的数学原理》时,就详细定义了牛顿理论的时空观。
牛顿认为,时间和空间是分离开的。时间就是时间,空间就是空间。空间更像是一个静止的躯壳或者说是框架。而时间呢?时间是绝对的,也就是均匀流逝的,而且是单向的,只会流向未来。换句话说,牛顿认为,时间和空间是不受运动的影响,所有的时间和空间都是一致的。实际上,这种观念是很符合我们的直觉的,而且也是现在大多数人比较能接受的时空观。这也被称为绝对时空观。
相对论的时空观
牛顿的时空观后来被爱因斯坦所颠覆。这其实是由光速引起来的矛盾。麦克斯韦方程可以推导出光速的表达式,结果得到的是一个恒定不变的数值,这意味着在任何惯性参考下,光速都是不变的。
科学家想要调和牛顿理论和麦克斯韦理论,于是就提出,这可能是因为光相对于它的介质的运动速度,这个介质被称为以太。科学家花了很长时间去寻找以太,结果都失败了。于是,爱因斯坦基于麦克斯韦得到的光速结论,提出了光速不变原理,再假设伽利略变换,推导出了狭义相对论。
而最让人无法接受的其实是相对论的时空观。我们可以归纳为以下几点:
时间和空间并不是分立的,而是紧密地联系在一起的,应该被并称为时空,是一个连续体。时空并不是绝对的,而是相对论的,不同的观测者所观测到的质量、时间、空间长度都应该是不同的。
那我们该如何去理解这两点呢?
举个例子,假设你在地面上,你有个朋友开着高速的飞船从你头上掠过。
如果他以0.1倍光速通过,那你看到的应该是下面这样:
如果是0.8倍的光速你呢?这个时候,你所看到的飞船就会变扁,也就是说空间长度缩短了。这也被称为尺缩效应。
如果达到了0.95倍的光速,尺缩效应就会更加明显。
如果在牛顿的绝对时空观下,无论飞船以多快的速度掠过,你所看到的的其实都一样。
不仅是空间长度发生了变化,实际上时间也发生了变化,我们也称为时间膨胀。具体来说是这样的,还假设你的朋友驾驶的飞船是0.95倍的光速。这时候,如果他正在飞船做广播体操,而你也在原地做广播体操,这个时候,你看到的他,就是在做慢动作的广播体操,同样的,他看你也是在做慢速的广播体操,而你们自己感受到自己做的广播体操则是正常速率的。也就是说,他相对于你来说是件发生了膨胀,你相对于他来说,也发生了时间膨胀。这是因为你们之间的相对运动速度都是0.95倍的光速。
因此,不同运动状态下,人们所感受到的时间其实是不同的。基于这样的认识,我们再来举个例子,如果你在地球上,而超远处有个外星人,当外星人相对于你是静止的时候,这个外星人的现在就是你的现在,如果外星人驾车远离你,那他的现在就会是你的过去。如果外星人掉头朝向你形式,那外星人的现代就是你的未来。也就是说,过去并没有消失,未来其实也已经存在。这就好比放电影,任意时刻的剧情其实已经定下来了,只是你的运动状态会决定你从哪里,以什么样的速度开始播放。所以,从这个角度出发,或许那一句“时间并不存在”,也可以算是说的过去了。