實(shí)質(zhì)上,相對(duì)論的內(nèi)容是:空間和時(shí)間不是絕對(duì)的,而是既相對(duì)于觀察者,又相對(duì)于被觀察者;一個(gè)人移動(dòng)得越快,這種效果就越明顯。我們永遠(yuǎn)也無(wú)法將自己加速到光的速度;相對(duì)于旁觀者而言,我們?cè)绞桥Γㄒ虼宋覀冏叩迷娇欤?,我們的模樣就越?huì)失真。
幾乎同時(shí),從事科學(xué)普及的人想要設(shè)法使廣大群眾弄懂這些概念。數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家羅素寫的《相對(duì)論ABC》就是一次比較成功的嘗試--至少在商業(yè)上可以這么說(shuō)。羅素在這本書里使用了至今已經(jīng)多次使用過(guò)的比喻。他讓讀者想像一列90米長(zhǎng)的火車在以光速的60%行駛。對(duì)于立在站臺(tái)上望著它駛過(guò)的人來(lái)說(shuō),那列火車看上去會(huì)只有70余米長(zhǎng),車上的一切都會(huì)同樣縮小。要是我們聽得見車上的人在說(shuō)話,他們的聲音聽上去會(huì)含糊不清,十分緩慢,猶如唱片放得太慢,他們的行動(dòng)看上去也會(huì)變得很笨拙。連車上的鐘也會(huì)似乎只在以平常速度的五分之四走動(dòng)。
然而--問(wèn)題就在這里--車上的人并不覺得自己變了形。在他們看來(lái),車上的一切似乎都很正常。倒是立在站臺(tái)上的我們古怪地變小了,動(dòng)作變慢了。你看,這一切都和你與移動(dòng)物體的相對(duì)位置有關(guān)系。
實(shí)際上,你每次移動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生這樣的效果。乘飛機(jī)越過(guò)美國(guó),你會(huì)用大約一百億億分之一秒踏出飛機(jī),比在你后面離開飛機(jī)的人要年輕一些。即使從屋子的這頭走到那頭的時(shí)候,你自己所經(jīng)歷的時(shí)間和空間也會(huì)稍有改變。據(jù)計(jì)算,一個(gè)以每小時(shí)160公里的速度拋出去的棒球,在抵達(dá)本壘板的過(guò)程中會(huì)獲得克物質(zhì)。因此,相對(duì)論的作用是具體的,可以測(cè)定的。問(wèn)題在于,這種變化太小,我們毫無(wú)察覺。但是,對(duì)于宇宙中別的東西來(lái)說(shuō)--光、引力、宇宙本身--這些就都是舉足輕重的大事了。
因此,如果說(shuō)相對(duì)論的概念好像有點(diǎn)兒怪,那只是因?yàn)槲覀冊(cè)谡5纳钪袥]有經(jīng)歷這類相互作用。不過(guò),又不得不求助于博尼丹斯,我們大家都經(jīng)常遇到其他種類的相對(duì)論--比如聲音。要是你在公園里,有人在演奏難聽的音樂,你知道,要是你走得遠(yuǎn)一點(diǎn),音樂好像就會(huì)輕一點(diǎn)。當(dāng)然,那并不是因?yàn)橐魳氛娴妮p了點(diǎn),而只是因?yàn)槟銓?duì)于音樂的位置發(fā)生了變化。對(duì)于體積很小的或行動(dòng)緩慢的,因此無(wú)法有同樣經(jīng)歷的東西來(lái)說(shuō)--比如蝸牛--也許難以置信,一個(gè)喇叭似乎同時(shí)能對(duì)兩個(gè)聽眾放出兩種音量的音樂。
在"廣義相對(duì)論"的眾多概念中,最具挑戰(zhàn)性的,最直覺不到的,在于時(shí)間是空間的組成部分這個(gè)概念。我們本能地把時(shí)間看做是永恒的,絕對(duì)的,不可改變的,相信什么也干擾不了它的堅(jiān)定步伐。事實(shí)上,愛因斯坦認(rèn)為,時(shí)間是可以更改的,不斷變化的。時(shí)間甚至還有形狀。一份時(shí)間與三份空間結(jié)合在一起--用斯蒂芬·霍金的話來(lái)說(shuō)是"無(wú)法解脫地交織在一起"--不可思議地形成一份"時(shí)空"。
通常,時(shí)空是這樣解釋的:請(qǐng)你想像一樣平坦而又柔韌的東西--比如一塊地毯或一塊伸直的橡皮墊子--上面放個(gè)又重又圓的物體,比如鐵球。鐵球的重量使得下面的底墊稍稍伸展和下陷。這大致類似于太陽(yáng)這樣的龐然大物(鐵球)對(duì)于時(shí)空(底墊)的作用:鐵球使底墊伸展、彎曲、翹起?,F(xiàn)在,要是你讓一個(gè)較小的球從底墊上滾過(guò)去,它試圖做直線運(yùn)動(dòng),就像牛頓運(yùn)動(dòng)定律要求的那樣。然而,當(dāng)它接近大球以及底墊下陷部分的時(shí)候,它就滾向低處,不可避免地被大球吸了過(guò)去。這就是引力--時(shí)空彎曲的一種產(chǎn)物。
凡有質(zhì)量的物體在宇宙的底墊上都能造成一個(gè)小小的凹坑。因此,正如丹尼斯·奧弗比說(shuō)的,宇宙是個(gè)"最終的下陷底墊"。從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看,引力與其說(shuō)是一種東西,不如說(shuō)是一種結(jié)果--用物理學(xué)家米奇奧·卡庫(kù)的話來(lái)說(shuō):"不是一種'力',而是時(shí)空彎曲的一件副產(chǎn)品。"卡庫(kù)接著又說(shuō):"在某種意義上,引力并不存在;使行星和恒星運(yùn)動(dòng)的是空間和時(shí)間的變形。"
當(dāng)然,以下陷的底墊來(lái)作比喻,只能幫助我們理解到這種程度,因?yàn)闆]有包含時(shí)間的作用。話雖這么說(shuō),其實(shí)我們的大腦也只能想像到這個(gè)地步。若要想像空間和時(shí)間以3∶1的比例像線織成一塊格子地墊那樣織成一份時(shí)空,這幾乎是不可能的。無(wú)論如何,我想我們會(huì)一致認(rèn)為,對(duì)于一位凝視著瑞士首都專利局窗外的年輕人來(lái)說(shuō),這確實(shí)是個(gè)了不起的見解。
愛因斯坦的廣義相對(duì)論提出了許多見解。其中,他認(rèn)為,宇宙心總是或者膨脹或者收縮的。但是,愛因斯坦不是一位宇宙學(xué)家,他接受了流行的看法,即宇宙是固定的,永恒的。
多少出于本能,他在自己的等式里加進(jìn)了他所謂的宇宙常數(shù)。他把它作為一種數(shù)學(xué)暫停鍵,武斷地以此來(lái)抵消引力的作用??茖W(xué)史書總是原諒愛因斯坦的這個(gè)失誤,但這其實(shí)是科學(xué)上一件很可怕的事。他把它稱之為"我一生中所犯的最大錯(cuò)誤"。
說(shuō)來(lái)也巧,大約就在愛因斯坦為自己的理論添上一個(gè)常數(shù)的時(shí)候,在亞利桑那州的洛厄爾天文臺(tái),有一位天文學(xué)家在記錄遠(yuǎn)方恒星的光譜圖上的讀數(shù),發(fā)現(xiàn)恒星好像在離我們遠(yuǎn)去。該天文學(xué)家有個(gè)來(lái)自星系的動(dòng)聽名字:維斯托·斯萊弗(他其實(shí)是印第安納州人)。原來(lái),宇宙不是靜止的。斯萊弗發(fā)現(xiàn),這些恒星明確顯示出一種多普勒頻移的跡象--跟賽車場(chǎng)上飛馳而過(guò)的汽車發(fā)出的那種連貫而又特有的"嚓--嗖"的聲音屬于同一機(jī)制。1這種現(xiàn)象也適用于光;就不停遠(yuǎn)去的星系而言,它被稱之為紅移(因?yàn)殡x我們遠(yuǎn)去的光是向光譜的紅端移動(dòng)的,而朝我們射來(lái)的光是向藍(lán)端移動(dòng)的)。