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**章 时间和空间
“时间”和“空间”对你而言，意味着什么呢？
也许，“空间”是寒冷冬夜里繁星点点的浩瀚苍穹，又或许是裹着星条旗、拖着金色尾巴的火箭将神采奕奕的宇航员送入孤独的卫星轨道时，身后留下的一片空虚。而“时间”也许就是手表上滴滴答答的时针，抑或是随着太阳第五十亿次向北倾斜中，慢慢变黄的叶子。古往今来，我们都在这个蓝色的星球上生活着，直观地感受着时间和空间。
十九世纪末，人类在看似没有任何关联的几个领域内相继取得了重大的科研突破，这些科学成就促使物理学家们重新审视我们眼中的时间和空间，以及那些停留在直观层面上的认识。不久之后的二十世纪初，赫尔曼?闵可夫斯基——阿尔伯特?爱因斯坦的导师以及同事，这样写道：“从现在开始，时间与空间已不再各自独立存在，取而代之的是两者混合体的诞生。”这条著名的“讣告”，直接宣判了古代关于天体运行等天文理论的死刑。
那么，闵可夫斯基所说的“时间和空间的混合体”到底是什么呢？要了解这个带有浓重神秘色彩的新名词，我们就必须了解爱因斯坦的狭义相对论。在狭义相对论里，世界**次看到了E=mc2这个著名的公式；由此，在继续探索宇宙奥秘的旅程中，光速c进入了我们的视野，并牢牢地站在了科技大舞台的正中心。
爱因斯坦狭义相对论的核心内容是对时间以及空间的描述。其中，*重要的一个概念是一种速度，一个宇宙中任何事物都不可能超越的极限速度——光速。在真空中，光速达到每秒299,792,458米。光以这个速度，从地球出发，经过8分多钟可以到达太阳，10万年后能穿越我们所在的银河系，超过200万年后可到达仙女座星系——我们在宇宙中*近的邻居。每当夜幕降临，地球上**的天文望远镜就会将目光投向宇宙的深处，尽全力地去捕捉*深处的点点光芒，而发出这些光芒的恒星可能此刻早已消亡。比地球从一团星云中诞生还要早几十亿年，也就是在大约100亿年前的时候，这些星光便开始了自己的旅程。光速极快，但面对星际间的遥远距离，也显得那么微不足道了。我们能通过类似于欧洲核子研究中心（CERN）在瑞士日内瓦的大型强子对撞机这样的设备把一些非常小的物体加速至接近光速的百分之一。
这个特殊速度的存在，或者说是宇宙速度上限的存在，本身就是一个奇怪的概念。如同我们接下来会在本书中揭示的那样，将这个速度和光速联系起来其实是一个障眼法。而在爱因斯坦的理论中，它将扮演更重要的角色，同时光为什么以光速（299,792,458米/秒）前进也自有其原因。当然，这些都是后面的内容。现在，我们仅仅需要知道当物体以接近光速的速度移动时，意想不到的事情便会接踵而来。有没有任何其他的原因在阻止物体以超越光速的速度运行呢？因为给我们的感觉是，“没有任何物体的速度能快得超过光速”，就好像在说“不论发动机的马力有多大，自然法则导致我们的车速无法超过每小时70英里”一样让人费解。显而易见，自然法则不像一条限速交规那样需要交通管理部门来贯彻执行，因为整个时间和空间都是依照自然法则形成的，这些自然法则是无法在这样的世界里被打破的。如果它们被打破，这个世界便会产生很多无法预料的结果，这不能不说是我们的幸运。在本书靠后的章节里，我们将发现，如果我们能超光速地移动，那么人造时间机器就能回到历史上的任意时刻。可以想象，出于某种目的或是不小心，我们回到了自己出生之前的某个时刻，并阻止了自己父母的相知相识。这类情节经常出现在精彩的科幻小说里，但是真实的世界却无法如此编排，爱因斯坦的研究也表明我们的世界不是那样形成的。时间和空间以一种精妙的方式交织在一起，避免了这些似是而非的观点产生。但是，为了究其原理，我们需要付出代价——必须舍弃一些根深蒂固的关于时空的观念。在爱因斯坦所描述的宇宙中，移动的钟表会变慢、运动的物体会缩小、人们可以到几十亿年之后的未来世界旅行。同样在这个宇宙中，人们的生命可以被无限延长，长到人们可以看到太阳燃尽、海水蒸干，目睹整个太阳系陷入永恒的黑暗。人们还能见证新的恒星以及行星从星尘中诞生的过程，甚至可以看到新的生命萌发在宇宙的某个角落，即使作为他们家园的那颗星球目前还不存在。爱因斯坦的宇宙能开启人们通往遥远未来的高速通道，同时也能将回到过去的大门死死关闭。
看完整本书后，读者们将明白爱因斯坦如何“被迫”得出这如梦似幻的宇宙观，而他的观点又是如何被许多科学实验以及实际科技运用证明是正确的。以车载卫星导航系统为例，它的设计中就考虑到了地球卫星轨道中时钟的走动和地面上时钟的走动快慢不一的问题。爱因斯坦的想法是大胆的：时间和空间的真面目并不是它们表面看上去的那样！
现在，我们有点超前了。在能够充分理解和体会爱因斯坦的非凡发现之前，两个在相对论中占有核心地位的概念值得我们仔细思考，那便是时间和空间。
