在地球上,這很容易。但現在,不再如此。事實上,不可能做到。沒有什麼東西能夠超過光速運動。因為你自己的速度已經只比光速低1公里/小時,所以你的網球不可能以比你現在速度快20公里/小時的速度運動。
當然,沒有任何理由禁止你投球——但既然那隻網球無法超過光速運動,顯然有一些別的限制會在你試圖把它投向前方的虛空中時發生。答案就在我們的老朋友——方程式e=mc²之中:你試圖投擲而加給網球的能量被轉化成質量。因為它無法被轉化成速度。
你已經知道質量能夠被轉化成能量(比如說在恆星內部),這裡發生的是與那個現象相反的例子:能量被轉化為質量。這就是答案了:你剛學到,因為愛因斯坦的狹義相對論,所以在你凍結一切那一刻之前,你會變得越來越重。
現在讓我們看看你高速旅行所帶來的另兩個問題:時間的膨脹和長度的收縮。
大多數人(包括我自己)在面對宇宙時間不存在這一事實會感到迷惑而著迷。我們的常識,經過在我們這個微小行星表面幾百萬年以來的進化,在直覺上就抗拒這種想法。儘管我們能在自己身上或周圍看到時間留下的印跡,但時間本身是一個比較抽象的概念,完全不可見的某種東西以無法觸控的方式不停流動。雖然奇怪,但我們還是能夠接受這一想法,時間並不像我們曾經認為的那麼簡單。
但是,我們一直相信自己熟悉空間這個概念。可是這也不正確。我們同樣不瞭解空間。
在你的想法裡,一米總是一米,不是嗎?
不是。它取決於是誰在看。
空間與時間互相交織在一起:如果時間發生了改變,距離也一定會改變。
你一頭霧水,為什麼必須如此呢?
為什麼時間膨脹必然帶來距離和長度收縮?
答案在於那個自然界中所存在著的絕對不可打破的速度限制:光速。
如果距離不收縮,你就必然會違反光速限制。
在外太空中,光的執行速度大約為300,000公里/秒。
一位在地球上的觀察者看到你以87%的光速前進,也就是每秒260,000公里,這裡的每秒是指他的每秒。
以如此高速飛行的你,一定還記得你所經歷的一秒與他的一秒不同。以光速的87%飛行時,你這裡的一秒鐘等於地球上的兩秒鐘——在這兩秒鐘裡面,位於地球上的觀察者看到你移動了520,000公里。所以在他眼裡,你移動的距離比你自己實際在你這裡的一秒鐘所走過的距離多了一倍。
這沒什麼奇怪的,對嗎?
不對。因為雖然你在他的兩秒鐘裡面移動了520,000公里,但你的世界裡只過了一秒鐘。
那麼對你來說,你的速度就是520,000公里/秒。
但是,光速只有300,000公里/秒。你將打破宇宙中普遍存在的速度紀錄……
但這是被禁止的,執法的不是警察,而是自然。記住,沒有東西能夠超過光速運動,在二十世紀初,許多實驗證實了這一點,而且在太空中,光也一直以此速度運動(既不會更快,也不會更慢)。牛頓永遠無法解釋這種現象,如果他依然沿用自己的觀念來看待世界。但愛因斯坦做到了,用他自己的理論。
在他關於物體運動的理論——狹義相對論中,時間的膨脹必須伴隨著距離的收縮同時進行,只有這樣,才能保證不管是誰在看,都不會有物體能夠以超過光速的速度執行。
如果一個站在地球上的人的時間流速比你快一倍,那麼你所移動的距離,在你自己的感覺上,將比在地球上看著你的人感覺上短一半。
以87%的光速移動的你,自己並沒有感覺到每秒移動了520,000公里,而是隻移動了260,000公里。地球上的觀察者看到的一公里的距離在你這裡變成了只有半公里。
而你的速度則保持相同,不管是你自己測量,還是其他人測量。
速度與觀察者無關,但時間與長度取決於觀察者。
你在飛得更快時,遠處的星系看起來離你更近了,因為它們的確變得離你更近了。千真萬確。而且這不僅僅發生於物體離你的距離上:物體本身也隨著速度變大而縮短了。在沒有以同樣高速運動的人看來,高速移動的火箭和上面的乘客都收縮了。甚至你自己也是如此。以87%光速的速度飛行的你,像超人一樣,舉拳伸過自己的頭頂,俯身前進,對於地球上的人,你的身高只剩下一半,但在與你一起同速飛行的人的眼中,你依然一切如常,因為他們用來測量你身高的捲尺長度也同樣縮小了……
這一切,都是接受了宇宙中存在一個固定的、有限的和不可超越的光速的結果。
愛因斯坦在他一九〇五年關於狹義相對論的論文中闡述了所有這些。這一理論揭示了大自然對於所有想要以(非常)高的速度旅行的人所定的規矩。
奇怪嗎?當然。
反直覺?絕對。
但自然就是這麼運作的。
那麼,關於引力呢?我們剛才有意忽略了它,但如果我們希望看到一個我們宇宙的真實圖景,我們需要把它加進來。馬上,你就會繼續你的高速旅程,這一次,你所在的宇宙構造——時空——將與它所含有的能量相互作用,並在後者周圍彎曲,產生引力。
現在回到你這裡。
你還在外太空中。所有一切依然被凍結著。
地球在你身後某處,你剛才看見的那位宇航員在很久之前就已死去併入了土。你正向著現在看起來不那麼遠的遙遠星系飛馳。
記住時間與空間是作為我們宇宙構造即時空所不能拆分的組成部分,引力就是這個構造被它所含的能量所彎曲產生的效應,不管這些能量是什麼形式的,而且質量就是能量的一種形式。
在你凍結一切時,自己正變得越來越重。
現在讓我們把畫面解凍。
準備好了嗎?
你又開始飛行。
你的身體正以非常快的速度移動,而你的加速器還在強勁地為你加速,你變得越來越重,因為現在我們考慮到了引力,你不斷增加的質量讓身邊時空的彎曲程度越來越顯著。
你的身體現在已經含有與一座小山差不多的質量。
那些從你邊上飛過的石塊開始沿著你所引起的斜坡滑下,很快,它們甚至開始掉到你身上。
石塊掉到你身上時你還是很痛的,但是你已變得越來越重,體積卻沒有變大,你比以前的自己更緻密,所以那些石塊被你擊成微小的碎片。
隨著你收集的能量越來越多,你已經變得像地球一樣重了。
你捕獲了大石塊,甚至小行星。它們正繞著你轉動。
你變得如此之重,你在自己身邊的時空中形成的曲線已經變得非常顯著,宇宙已經在任何一個方向都發生了變形。不僅僅是前進的方向。這已經不再取決於速度,而是引力了,引力所帶來的時空彎曲,源於你自身所收集的能量。因為這些能量、空間與時間,在我們宇宙的構造中互相糾纏,它們彎曲得如此顯著,現在無論你朝哪個方向看去,宇宙都已變形,而且變形本身也在加速,似乎你的時間現在比宇宙中所有的鐘表都慢。
現在你的質量已經達到了五個地球那麼重,全部集中在你的身體裡。顯然抬手對你來說已經是一件難事,其他任何類似動作也一樣,事實上,現在的你已無法動彈……
老實跟你說,如果我是你,我會在這裡停下來。
為什麼?
因為你持續不斷地增加自己的質量,你註定總有一天會變成黑洞。
這可不是什麼好主意。
糟糕的是,你越來越重,直到你無法動彈,你甚至無法碰到關閉火箭的隱蔽開關。
你的雙手就像被膠水黏在屁股上,你感到自己就要崩潰了……
「停下!」你惶恐地大聲叫道,發現自己已回到飛機上,坐在窗邊。
你那位古怪的鄰座正看著你。
從他的表情看,你似乎吵醒了他。
他絕對古怪,不過現在的你,看上去比他更古怪。
你嘟噥了一句別人聽不到的「抱歉」,轉頭向飛機舷窗外看去。
現在是凌晨。
沒有任何馬上就要降落在未來家鄉的跡象。
沒有看到遙遠的星系本應該越靠越近的現象。
沒有小行星環繞在你身邊。
你只不過是在乘坐飛機。
你看著自己的手錶。
看起來你已經在空中飛行了八個小時。
「我能問問你剛才為什麼大叫嗎?」你那位古怪的鄰座問道。
「我們在哪兒?今年是哪一年?」你回問道,睜大雙眼。
「這個,這個……」
「哪一年?」你不肯放棄,有些神經質。
「二〇一五年。」他回答說,感到有些好笑。
你嘆了口氣,當空姐宣告飛機開始下降時,你意識到這只是一場夢,你沒有飛入未來,依然在這裡,飛向你可愛的老家,它那水泥路面和磚牆建築。
外面是12°c。空姐繼續說。晨霧會隨著白晝的到來而散去……
還是二〇一五年。
可以放下心來了。
但真是個怪夢啊。