腦洞大開 | 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里。所以，實際的速度是光的速度。

更清楚地說，我們可以想象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」射進眼睛里，而是由太陽放射出來的「光子」先射到青山上，再反射到你的眼睛里的。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里，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？

現在想象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

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里，他就可以看到自己的臉了。

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、同步并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里。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

首先想象一下，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，一秒鐘后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秒鐘后，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秒鐘后，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——想象自己以光速運動，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。

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

地球圍繞太陽旋轉一圈的時間，我們稱為一年，即一個地球年。我們感受到的一秒鐘就是31536000分之1地球年的時間。我們覺得一秒鐘時間是非常短暫的，因為連一次呼吸都無法完成，但對一個原子來說時間卻太長了，因為它至少要與其它原子完成10億的撞擊。

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，就像蘋果蟲無法想象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，經過十米距離后，才能走到你的眼睛里。

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」。