第二章 時間和空間的奧秘(3 / 3)

或許,隨著科技的發展,我們也能夠像科幻電影裏那樣,在各個不同的平行空間裏穿梭。

· 我們能碰觸到空間嗎 ·

當壓力大於物體的承受力時,物體就會變彎。

我們可以輕易地把一把直尺弄彎曲,隻要我們稍微用點力;一座橫亙在大河上的橋梁,如果橋上的重力增加如車子超載等,超過了橋梁的承受能力,那麼橋梁就會彎曲,甚至有坍塌的危險。那麼,直尺和橋梁為什麼會彎曲呢?那是因為壓力大於它們的承受力了。

生活中,我們常常會看到各種各樣的彎曲物件,但是你有沒有想過,空間也有可能會彎曲。你可能會感到迷惑:空間怎麼會彎曲呢?畢竟我們都生活在空間中,如果空間是彎曲的,那麼我們為什麼沒有感覺到,或者碰到空間呢?

物理學中把曲率不處處為零的空間稱為彎曲空間。宇宙中常常見到的一種彎曲空間叫作黎曼空間。

我們之所以感受不到空間彎曲是因為,在地球上空間彎曲是可以忽略不計的。但是我們可以設想一下,假設空間彎曲成一個封閉的球麵,我們從空間的任何一個位置出發,不斷向前走,必然會回到我們剛開始的那個位置上。這種情景就像是地球圍繞著太陽運轉一樣,所以說彎曲空間是存在的。

人站在地球上為什麼不會掉下去?地球為什麼不會離開太陽?太陽為什麼不會離開銀河係?牛頓認為那是因為有引力的存在。然而,雖然牛頓知道“萬有引力”,卻不知道萬有引力是如何產生的。愛因斯坦認為引力並不是一種真正的力,而是由於空間彎曲造成的。

1915年,愛因斯坦提出了著名的廣義相對論,解釋了引力在空間彎曲中有什麼樣的作用,並指出之所以會產生彎曲,是因為物體質量很大,而時空曲率又能產生引力。愛因斯坦認為,光線經過一些質量較大的物體時其路線會彎曲,就是因為物體使空間產生了彎曲。這一點通過黑洞得到了證明。黑洞的質量是非常大的,所以其空間彎曲程度比較厲害,甚至連光線都無法逃逸出來。

我們可以這樣來理解:在一張彈簧床的床麵上放一塊石頭後,你會看到彈簧床會稍微下沉,雖然從表麵看起來彈簧床還是挺平坦的,但是它已經產生彎曲了,如果再放置石頭,你會看到彎曲程度更加厲害。石頭越多,彎曲程度越厲害。這樣的道理也適用於宇宙中的彎曲空間。當宇宙空間承受較大的重量時,就會發生彎曲現象,質量越大,彎曲程度越厲害。

當我們在平直的路麵上行走時,我們的行動軌跡也是平直的;當我們在彎曲的路麵上行走時,我們的行走軌跡就是彎曲的。同樣的道理,當星體在平坦空間中運行時,那麼其運行軌跡是平坦的;當星體在彎曲空間中運行時,它將會沿著彎曲的軌跡前進。如果星體的質量過重,那麼原本平坦的空間也許就會彎曲,而原本就彎曲的空間將會更加彎曲。

因此,通過愛因斯坦的廣義相對論,我們可以更好地理解彎曲空間:質量越大,離物體位置越近,那麼空間彎曲的曲率就會越大。最靠近地球的大引力場是太陽引力場,根據廣義相對論,愛因斯坦計算出從遠方而來的星光如果經過太陽表麵,就會發生1.7秒的偏轉。

1919年,在英國天文學家愛丁頓的提議下,英國派出了兩支遠征隊去觀測日全食,觀測的結果顯示:星光經過太陽表麵時確實發生了1.7秒的偏轉。這是證明愛因斯坦廣義相對論正確性的有力證據。

然而,隨著科技的發展,人們能夠觀測到的範圍更廣,也更加精準,這時,人們卻發現愛因斯坦的引力理論並不是萬能的,產生了許多用相對論無法解釋的問題。

但是我們相信,隨著科技的發展和人們對宇宙認識的加深,這些問題最終都會得到解決的。

· 時間也能彎曲嗎 ·

愛因斯坦提出,物體在強引力場中以接近光速的速度運動時,時間就會發生變化,出現時間彎曲現象。

人類一直都希望能夠從宇宙中找到高級的生命,然而從目前的探索結果來看,人類並沒有發現高級生命的存在,科學家曾發現在距離地球40光年的“藍月亮”上有富含水的大氣層,可能有生命存在,但這樣的動物是無法來到地球上的,因為根據愛因斯坦的相對論,任何物體的運動速度隻能接近光速,而不能達到或者超過光速,即使是離地球最近的“藍月亮”,也需要40光年才能到達地球,那麼那些距離地球更遠的外星人要如何來到地球上呢?

針對這種情況,科學家們提出了一種新的理論,那就是時間彎曲理論。時間,在我們的理解中,總是一秒一分、一天一周、一月一年地走掉,不快不慢,對於生活在三維空間裏的我們來說,時間彎曲似乎並不那麼容易理解。當然,如果時間彎曲,比如一天彎曲成一月,甚至一年,那麼我們隻需要一天的時間便能走完過去需要一月、一年才能走完的路。因此科學家猜測,假如地球上有外星人,那麼外星人可能就是通過時間彎曲到達地球的。

在生活中,如果乘坐飛機去很遠的地方,往往需要倒時差,這也是一種時間彎曲,因此,我們可以這麼理解時間彎曲:就是表示“時間是可變的”。

如物體做自由落體運動時,其速度是質量場密度的力學反映,而且質量場的密度越大,其自由落體加速度就會越大。當物體開始做自由落體時,隨著時間的流逝速度會越來越快,這是把“時間”當作參照物得出的結論。在這個過程中,時間沒有彎曲,而速度是不斷變化的。這時,如果把“速度”當作參照物,那麼時間就不會固定不變,而是有變化的,由此就出現了“時間彎曲”現象。

很多時候我們認為光速是不變的,然而在不同密度的質量場中,光速是不一樣的,密度越大的質量場,光速越慢。因此,如果把光速當作一個固定值,那麼在不同的質量場中就會總結出“時間是彎曲的”這樣的結論。

如果你還是不能理解“時間彎曲”,那麼你可以試著把時間想象成一根彈簧,在正常的情況下,彈簧是均勻的,就像我們總是認為時間也是如此一樣。當彈簧受到壓力時,它就會收縮,原先均勻的狀態就會改變,變得非常緊密,這時時間就會比平常要多很多;而受到拉力時,就會變得非常寬鬆,這時時間就會比平常少很多。這就是“時間彎曲”。

在物理學上,四維空間是指除了長、寬、高之外,再加上時間,時間就是第四維空間。當你從一個地方走到另一個地方時,四維空間都發生了位移,即長度、寬度、高度都發生了位移,就連時間維度也發生了變化。

有科學家認為,人們可以在長度、寬度、高度三個維度上來去自由,但是對於時間維度,卻隻能向前,不能倒退,而且作為一個“四維時空”體,也許我們永遠都無法看到時間彎曲的現象。因為在自然界中,我們是無法找到時間的。

時間究竟能不能倒流,則需要科學家在未來加以證明了。