摘要：无论从个人的体验或是在客观的层面，时间自然变成一个最普遍的常数，并跟我们的生命分不开。但是很少人会想到，时间其实一点都不是绝对的、不是固定的。就连在相对的范围内，时间也不是绝对的、不是固定不变的。
无论从个人的体验或是在客观的层面，时间自然变成一个最普遍的常数，并跟我们的生命分不开。
我们从小到大都离不开时间的运作，就连小孩子只要开始懂事，自然懂得昨天、今天、明天的分别，也自然知道是透过时间才会长大成人，甚至变老。
无论从个人的体验或是在客观的层面，时间自然变成一个最普遍的常数，并跟我们的生命分不开。但是很少人会想到，时间其实一点都不是绝对的、不是固定的。就连在相对的范围内，时间也不是绝对的、不是固定不变的。
时间，本身是个相对的观念。
物理学家懂得这一点，已经超过百年。爱因斯坦1905年发表狭义相对论(special relativity)时还只是26岁的瑞士专利局职员，接着在1907年至1915年间，他继续发展广义相对论。突然之间，物理学家对时间的认知已完全改观。
爱因斯坦提出了相对时间、比较时间的观念。举例来说，如果一个人在火箭上移动的速度非常快，几乎跟光一样快，而另一个人待在地球上。那么，这两个人的时间是完全不同的。
读到这里，你或许会以为只是主观的时间感不同。但这里所要表达的是：就连他们戴在手上的表所走的时间也不同。也就是说，就连由钟表测量的物理层面的时间都会得出不同的数字。在火箭上的人，他所量到的时间比较慢。而留在地球上的朋友，他的时间过得比较快。
不光如此，爱因斯坦在广义相对论又进一步提出：即使两个人都是静止不动的，例如一个人在地球的海平面，另一个人在海拔相当高的地方（像是圣母峰），两个人看到的表的时间也会不同。海拔高的人，看到的时间会比较快；在地面上的人，他的表会走得比较慢。当然，地表高度的差异有限，这种高度带来的时间差异还是很微小的，我们一般注意不到。但是假如高度差更大，这种差别就会更明显。他的这一点预测，后来也得到了验证。
时间不是固定不变的。这个观念，一般人很难想象，毕竟和我们的生活经验很不一样。你可能还记得我在《不合理的快乐》提过荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）。他发现了钟摆共振的现象：类似这张图所表达的，原本各自独立摆动的单摆，经过一段时间摆动自然会同步。我们如果不仔细观察，也就很难想象：隔着空间，没有接触到，竟然也能够透过共振而影响其他物体的运动。同样，在同一个场有很多力量在互动，时间离不开这些力量的互动。
这些力量的互动可能影响物理时间的快慢，只是我们一般认定时间是绝对的、固定不变的，并不会这么去理解，也就变得不懂了。想想，很有意思，我们受到感官的限制，只能体会到空间的三个维度，最多再用头脑投射出四维的时—空（空间的三维，再加上时间的维度），这让我们虽然活在一个四维时—空，却不能直观理解这个四维的范围。
透过思考实验（thought experiment），爱因斯坦推翻了当代的时间观。从此，物理学家再也不认为时间是绝对的、固定不变的存在。当然，爱因斯坦发现的不只这些。透过广义相对论对时—空的讨论，他还改写了牛顿的重力观念。
三百年前，牛顿提出万有引力的观念，将天体间的吸引力很清晰地做了数学的描述—两个天体间的吸引力与两个天体质量相乘成正比，同时与两者距离的平方成反比（F=G·Mm/D2）。也就是说，如果两个天体的质量不变，将它们的距离拉长一倍，它们之间的吸引力就只剩原本的四分之一。这些吸引力很容易测量，是大家可以验证的。于是，接下来的几百年，物理学家都希望可以找到一个单一的粒子或原因来解释重力的存在。然而，爱因斯坦在广义相对论提出，重力和其他作用力不一样—不需要透过粒子来组合，完全可以从另外一个角度解释。我们先回到爱因斯坦对时—空的推论—没有一个单独的时间，也没有一个单独的空间。
时间，其实跟空间是分不开的。
爱因斯坦认为四维时—空有弯度 ( 曲率 )，因为时间和空间互相影响，也就是时间可以影响空间、空间可以影响时间。想确定时间的参数，要参考空间；反过来也一样，要充分描述空间，就要参照时间的种种条件。两者是几面一体。
要了解时间跟空间的作用与重力的关系，我们可以用飞机航线来做一个比喻：这些年来国际政治情势的变化让以前禁飞的领空开放了，再加上飞机速度不断提升，现在透过考虑气流变化而设计出来的最短路径，让原本超过二十小时的航程可以压缩到十三个小时。
如果我们从美国新泽西州飞到中国台北，坐在飞机上，看着小屏幕的平面航线图，我们可能会想质问机长：明明两点间最短的距离是直线，对着台北斜斜地往西南方飞就可以了，为什么还要先往北飞，再往下走？是不是机长在打瞌睡？还是喝了不该喝的东西？我们都没有想到，就是因为地球在自转，所以航线的设计老早就考虑进去了。也就是地球本身并不是静止不动的，尽管我们平常不会体会到。
此外，我们都知道，在平面上两点间最短的路径是直线。然而，如果两点在一个球面上，它们沿着球面最短路径的曲线（geodesics）又会是什么样子？只要我们把三维空间摊平，自然会发现原本平顺的经纬线断裂，尤其在高纬度区断裂更是明显。从球面看来最短的飞行航线，平摊在纸上会变成曲折的路线，如果经过高纬度的极圈，路线甚至是断裂的。
前面的例子，是透过航线的实例让我们体会三维空间的最短距离很可能跟我们在二维平面的直觉完全不同。时—空也是如此。时间和空间的互动，是我们平常很难想象的。爱因斯坦也大胆提出，地球的转动在四维时—空中是最短的距离，但是将四维时—空压成三维空间，反而会让我们感觉到重力的运作。他进一步推测，重力和其他三个基本作用力（电磁力、原子核内强作用力、原子核内弱作用力）完全不同，不能用这三个基本作用力来解释重力。确实，这三个基本作用力有吸引，也有排斥，可以解释一个原子为什么守得住电子、中子、质子，并让它们不会散开。然而，重力只会吸引。光是这个特质，就和三个基本作用力完全不同。不只如此，量子力学可以完全解释三个基本作用力，却对重力束手无策。所以，爱因斯坦还是对的。回来谈四维时—空。
时—空不但有弯度，在许多局部的区域，这个弯度可能更大或更小而造出一些意外的现象。接下来，我会再说明。我记得小时候还不到八岁，就读过一本和爱因斯坦有关的书，现在想不起来是他自己为一般读者写的，还是别人写的科普书籍。
当时，读到这些时—空的讨论，我几天睡不着觉，十分敬佩爱因斯坦。我也自然去折腾母亲，问她爱因斯坦的背景，想知道他怎么可能发现这些。现在回头想，我母亲当然不清楚。奇妙的是，虽然她说了什么我已经不记得了，但是她的说法对一个八岁的孩子应该很有说服力。接下来，我再也没有继续烦她爱因斯坦的问题了。
尽管如此，我总认为少了什么。假如重力是时—空弯曲或某个法则的结果，而天体自然会彼此吸引，那么，这个宇宙不会垮掉吗？宇宙本身，又是怎么来的？为什么不去谈它可能有结束的一天？我仔细观察，爱因斯坦和西方早期的哲学家、科学家一样，始终带着静态宇宙的观念。当然，不是完全一模一样。早期的静态宇宙观点还认为这个宇宙是以地球为中心，尤其在西方基督宗教的影响下，理所当然认为宇宙以人类为中心、一切星球都围绕着地球转。
来源：一品姑苏城