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第三部分 快 第4章如何才能永遠不老

但這並不僅僅只是一場旅途異夢。

你的確瞥見了如果自己可以以極快極快的速度運動時宇宙在你眼前呈現的樣貌。科學家們給高速定了一個門檻,越過這個門檻,你剛才所經歷的那些奇怪效應就會顯著地呈現出來,讓人無法忽略,這個門檻被稱為「相對論速度」。你剛才所夢見的一切都符合我們今天已知的從相對論的視角看到的自然法則。

當然,沒有一個人類曾經到達過這樣的速度,但我們周圍的粒子做到過。

事實上,它們一直如此。但在一九五年,愛因斯坦提出這些絕妙理論的時候,驗證這些現象並不容易。

事實上,直到狹義相對論發表了六十六年之後,才有兩位美國科學家約瑟夫·哈夫勒(Joseph Hafele)和理查德·基廷(Richard Keating)設計了實驗來驗證這種被愛因斯坦預言的奇怪的時間膨脹效應。

我們現在在一九七一年。

哈夫勒和基廷用了三台原子鐘,這是當時最好的鐘錶。這種表一旦互相調準一致後就能夠以相當精確的水準保持同步:幾百萬年的誤差只有十億分之一秒。這真是非常可靠的鐘錶。

現在哈夫勒和基廷有了三台這樣的鐘,並把它們調準同步了。

他們把這三台原子鐘帶到機場。

他們把一個留在地面,放在機場候機廳裡,給另兩檯鐘在兩個航班上各訂了一個座位。

想像一下飛機上其他乘客看到這一情景的反應就讓我忍俊不禁……不管怎麼說,那兩架飛機起飛了,一架向東飛,另一架向西,各繞地球一圈,最後回到它們出發的機場,三台原子鐘表再次會合。因為地球本身向東自轉,因此向東與向西飛的飛機在相對於機場的整體速度上有一點點差異。

現在,如果大自然遵循我們的直覺運行,那麼無論飛機怎麼飛,三台原子鐘應該依然保持同步,對於上帝放在自己床頭櫃上的宇宙標準鐘錶來說,一秒鐘就是一秒鐘,每一秒鐘過去,那根秒針就移動一格。你見過或使用過的所有鐘錶,不管是不是機械的,顯然都是這樣的。就這麼簡單。然而……不對,不是這樣的。大自然才不在乎我們的直覺,碰巧這個關於鐘錶與時間的直覺是錯的。只是我們通常使用的鐘錶精度不夠,沒能顯示出這種差別而已。我們的直覺是錯的,而愛因斯坦卻是正確的。

當飛機回到當初的機場時,哈夫勒和基廷發現他們的三檯鐘已不再同步。

向東飛行的飛機上的鍾與放在機場的鍾相比慢了十億分之五十九秒,而往西飛的飛機上的鐘錶則快了十億分之二百七十三秒。

如果這三台原子鐘一直放在一起,需要超過三億年才能自然地產生這樣的誤差。

哈夫勒和基廷認為,差異有著兩個不同的來源。

一是速度,按照愛因斯坦所猜想的狹義相對論:三台原子鐘之間的相對速度的確能夠造成一些微小——但可測量——的時間膨脹效應。

而第二個來源與速度無關,而是引力,來自愛因斯坦的廣義相對論:就像一個重球滾動在橡皮膜上,球近處的膜變形比遠處的要顯著,愛因斯坦認為,地球對於時空的影響在地球表面比在飛機飛行的高空更顯著,這個高度差別也會造成兩處時間流逝的差異。

這兩種效應相互獨立,哈夫勒和基廷在進行他們的實驗之前就已算出結果。

將兩者相加。

總而言之,愛因斯坦的理論預言與固定在地球表面的鍾相比,往東飛的鍾會慢十億分之六十秒,而往西飛的鍾應該快十億分之二百七十五秒。

實驗證實了他的預測。

上述時間差別或許聽起來微不足道,的確如此,但要注意飛機並沒有飛得很快,地球也不是一個太大的天體。飛得更快和/或離引力更強的物體更近時,時間差異會變得巨大,就像你在夢裡經歷的以接近光速飛行的飛機上所發生的事那樣。

毋庸置疑,哈夫勒和基廷實驗的精度自一九七一年起到現在已被不停提高,以越來越高的確定度證實了這一結論。時空的確意味著它所意味的含義:空間與時間的混合。

在我們的宇宙中,鐘錶的走動速度決定於誰在看:取決於你在哪裡、你身邊有什麼(引力部分)以及你的速度。在二十世紀早期,這一切還非常抽像,在今天,它們已成為實驗事實。我們不得不接受。

在這個我們的宇宙裡,時間與距離不是普適的絕對概念。它們取決於觀察者,取決於是誰在體驗以及誰在觀察。它們都是相對的,否則,光速就無法成為常數,也無法成為極限。

好了,那我們人類又該如何加以應對?它改變了我們的日常生活沒有?

那個完全取決於速度的部分的確如此,是的——而且改變了很多。不僅我們的技術常常利用各種快速運動的粒子的交換來傳遞信息,而且狹義相對論還幫助我們瞭解構成我們的物質是如何工作的。你很快就會看到,構成我們身體的原子裡的電子——以及這個世界上其他許多極小的東西——都以相當快的速度運動。

關於引力或時空的部分,雖然聽起來很奇妙,但至今為止,只有一種面對大眾市場銷售的設備用到了它:GPS,即全球定位系統。每次你利用GPS確定自己的位置時,不管是智能手機裡的GPS還是車裡的GPS,它們都考慮了地球周圍空間與時間彎曲的效應。離地面越近,彎曲程度越大——不僅在空間上如此,在時間上也是如此。

天空裡的衛星中有一個鐘錶,與你的GPS接收器通信以確定位置。如果不對地面與衛星上的時間不同進行修正的話,你的位置很快就會完全錯誤,以每天十公里的速度漂移。GPS會因此變得完全無用。GPS的成功應用得歸功於愛因斯坦的狹義相對論與廣義相對論。

好吧。真相就是如此,不存在一隻鐘錶可以在宇宙各個地方以同樣的方式走動。

你夢裡的飛機以光速的99.999,999%飛行,與地球及其之上所有居住者相比,它在空間中的運動速度極大,你能在二四一五年降落就已經很幸運了。

如果你飛得再快一點,你會在更遠的未來到達目的地。

多遠的未來?再說一次,這取決於你的速度。

但有一個限制,因為沒有什麼能比光走得更快。

或許有一天你能走得與光一樣快,但你將為此作出重大犧牲:你需要放棄自己的質量。所有質量。光無法攜帶任何質量,一點都不行,這才是它的速度這麼快的原因。光喜歡輕裝上路。

質量會帶來什麼問題?很自然你會產生這樣的疑問。

其實你自己已經體驗過了,任何帶有質量的東西在加速過程中會變得越來越重。要想達到光速,從一開始你就不能具有質量。

你依然好奇,如果真的能把自己變成某種沒有質量的東西,會發生什麼?

那個時候,你的時間會如何流逝?聽起來難以置信,答案是時間停止流逝。你帶在身邊的所有嘀嗒作響的鐘錶(沒有質量)都會停止走動。

在光速,時間停止了。

徹徹底底。

這就是為什麼光在旅行了那麼久,穿過宇宙,最後在今天到達我們地球時,還能保持它當初被發射時的樣子的原因。如果被傳遞的是一張明信片,一百三十八億年的時光和漫長旅途的僕僕風塵將會令它面目全非,讓你無法認出它的本來面目,但時間的流逝不會影響即使是穿過整個宇宙的光所攜帶的圖像,哪怕一絲一毫。當我們收集到來自我們可見宇宙最遠端所發出的光線時,我們得到的就是那時候宇宙的樣子。

現在,既然你具有質量,除了忍受時間的流逝之外別無選擇,對此你無能為力。想要永生,你就得把自己變成光,而這是不可能的任務。而且,即便你能夠變成光,你的時間將無法前進。你的確實現了永生,但你自己卻意識不到。

話雖如此,雖然你無法永生,雖然你具有質量(我並沒有暗示你肥胖),你或許還是有可能到達你鄰居所到不了的將來。要實現這一點,你所需要的只是以足夠快的速度旅行而已,就像那架飛機。或者移民到一個具有比地球強得多的引力的星球上去。

在結束這個話題之前,我還想說,你們中總有一些人,因為各種原因,不喜歡變老。甚至還有一些人,非常想要青春永駐,或者想比鄰居活得長許多。對於這些特別的讀者,我現在提出如下警告:你沒有必要以飛跑或成為一級方程式賽車手甚至皇家空軍試飛員等方式來實現這個夢想。甚至試圖登上一架以99.999,999,999%光速飛行的飛機都沒用。

為什麼?

因為在你看來,你的鐘錶沒有發生任何變化。

在你的眼中,以及那些構成你身體的細胞來說,一秒鐘永遠是一秒鐘,一天就是一天,一年就是一年,永遠如此。你自己的時間與衰老不會放慢腳步,你也不會活得更長,你的細胞依然會以相同的速度生長衰亡,所有與你一同旅行的人都如此。快速旅行或在一個遙遠的更緻密的行星上生活不會讓你活得更長,因為對你來說,二十四小時在感覺上依然是二十四小時。只是,其他人可能會看到你活得比他們自己長。

將你的現在快進到別人的未來在理論上是可能的(甚至有可能在某一天在實際上也成為可能),但想要通過快速移動而活得更長久則不會實現。

通過愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論,你發現在我們通過感官所瞭解的在其中日常生活的世界之外還有一個奇怪的世界。但你現在所看到的奇事與你在安全回家後所要經歷的奇事相比實在太不值一提了。

在參觀了非常巨大和非常高速的世界之後,你接下來將進入非常微小的世界。

我覺得,如果以前你從來沒有相信過魔法,或許從現在開始,你會改變主意。

  1. 雖然我們依然要考慮到因為宇宙膨脹而帶來的紅移效應並對此作出修正,來自宇宙深處的光所帶圖像的確會被宇宙膨脹本身拉長,但它們並未變老。​​​​​

  2. 回來,卻是不可能的。所以,如果有機會參加這種旅行,在報名之前請三思。​​​​​