第八章 愛因斯坦的宇宙(4)

實質上，相對論的內容是：空間和時間不是絕對的，而是既相對於觀察者，又相對於被觀察者；一個人移動得越快，這種效果就越明顯。我們永遠也無法將自己加速到光的速度；相對於旁觀者而言，我們越是努力（因此我們走得越快），我們的模樣就越會失真。幾乎同時，從事科學普及的人想要設法使廣大群眾弄懂這些概念。數學家和哲學家羅素寫的《相對論ABC》就是一次比較成功的嘗試--至少在商業上可以這麼說。羅素在這本書里使用了至今已經多次使用過的比喻。他讓讀者想像一列90米長的火車在以光速的60％行駛。對於立在站台上望著它駛過的人來說，那列火車看上去會只有70餘米長，車上的一切都會同樣縮小。要是我們聽得見車上的人在說話，他們的聲音聽上去會含糊不清，十分緩慢，猶如唱片放得太慢，他們的行動看上去也會變得很笨拙。連車上的鐘也會似乎只在以平常速度的五分之四走動。然而--問題就在這裡--車上的人並不覺得自己變了形。在他們看來，車上的一切似乎都很正常。倒是立在站台上的我們古怪地變小了，動作變慢了。你看，這一切都和你與移動物體的相對位置有關係。實際上，你每次移動都會產生這樣的效果。乘飛機越過美國，你會用大約一百億億分之一秒踏出飛機，比在你後面離開飛機的人要年輕一些。即使從屋子的這頭走到那頭的時候，你自己所經歷的時間和空間也會稍有改變。據計算，一個以每小時160公里的速度拋出去的棒球，在抵達本壘板的過程中會獲得克物質。因此，相對論的作用是具體的，可以測定的。問題在於，這種變化太小，我們毫無察覺。但是，對於宇宙中別的東西來說--光、引力、宇宙本身--這些就都是舉足輕重的大事了。因此，如果說相對論的概念好像有點兒怪，那只是因為我們在正常的生活中沒有經歷這類相互作用。不過，又不得不求助於博尼丹斯，我們大家都經常遇到其他種類的相對論--比如聲音。要是你在公園裡，有人在演奏難聽的音樂，你知道，要是你走得遠一點，音樂好像就會輕一點。當然，那並不是因為音樂真的輕了點，而只是因為你對於音樂的位置發生了變化。對於體積很小的或行動緩慢的，因此無法有同樣經歷的東西來說--比如蝸牛--也許難以置信，一個喇叭似乎同時能對兩個聽眾放出兩種音量的音樂。在"廣義相對論"的眾多概念中，最具挑戰性的，最直覺不到的，在於時間是空間的組成部分這個概念。我們本能地把時間看做是永恆的，絕對的，不可改變的，相信什麼也干擾不了它的堅定步伐。事實上，愛因斯坦認為，時間是可以更改的，不斷變化的。時間甚至還有形狀。一份時間與三份空間結合在一起--用斯蒂芬·霍金的話來說是"無法解脫地交織在一起"--不可思議地形成一份"時空"。通常，時空是這樣解釋的：請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。這大致類似於太陽這樣的龐然大物（鐵球）對於時空（底墊）的作用：鐵球使底墊伸展、彎曲、翹起。現在，要是你讓一個較小的球從底墊上滾過去，它試圖做直線運動，就像牛頓運動定律要求的那樣。然而，當它接近大球以及底墊下陷部分的時候，它就滾向低處，不可避免地被大球吸了過去。這就是引力--時空彎曲的一種產物。凡有質量的物體在宇宙的底墊上都能造成一個小小的凹坑。因此，正如丹尼斯·奧弗比說的，宇宙是個"最終的下陷底墊"。從這個觀點來看，引力與其說是一種東西，不如說是一種結果--用物理學家米奇奧·卡庫的話來說："不是一種'力'，而是時空彎曲的一件副產品。"卡庫接著又說："在某種意義上，引力並不存在；使行星和恆星運動的是空間和時間的變形。"當然，以下陷的底墊來作比喻，只能幫助我們理解到這種程度，因為沒有包含時間的作用。話雖這麼說，其實我們的大腦也只能想像到這個地步。若要想像空間和時間以3∶1的比例像線織成一塊格子地墊那樣織成一份時空，這幾乎是不可能的。無論如何，我想我們會一致認為，對於一位凝視著瑞士首都專利局窗外的年輕人來說，這確實是個了不起的見解。愛因斯坦的廣義相對論提出了許多見解。其中，他認為，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家，他接受了流行的看法，即宇宙是固定的，永恆的。多少出於本能，他在自己的等式里加進了他所謂的宇宙常數。他把它作為一種數學暫停鍵，武斷地以此來抵消引力的作用。科學史書總是原諒愛因斯坦的這個失誤，但這其實是科學上一件很可怕的事。他把它稱之為"我一生中所犯的最大錯誤"。說來也巧，大約就在愛因斯坦為自己的理論添上一個常數的時候，在亞利桑那州的洛厄爾天文台，有一位天文學家在記錄遠方恆星的光譜圖上的讀數，發現恆星好像在離我們遠去。該天文學家有個來自星系的動聽名字：維斯托·斯萊弗（他其實是印第安納州人）。原來，宇宙不是靜止的。斯萊弗發現，這些恆星明確顯示出一種多普勒頻移的跡象--跟賽車場上飛馳而過的汽車發出的那種連貫而又特有的"嚓--嗖"的聲音屬於同一機制。1這種現象也適用於光；就不停遠去的星系而言，它被稱之為紅移（因為離我們遠去的光是向光譜的紅端移動的，而朝我們射來的光是向藍端移動的）。