第五章 那關於一切的理論 III ─ 陪你讀霍金《大設計》The Grand Design

陳以聖 / 原載:κrazian

我們可以想像一個頑童搭飛機。他坐在經濟艙的最後一排,玩著手電筒。他很羨慕前頭商務艙的服務和餐點,手電筒忍不住要照向前面的牆板上。光的速度很快,大家都知道,每秒鐘可以繞地球七圈半。光線從頑童手上出發,到達商務艙的牆板,大概只需要10奈秒(nano second,10-12秒)。如果這架飛機是用透明材質製造的,那麼,你站在地面望上看,便可以看到頑童的遊戲。別忘了,頑童的遊戲進行的當下,那飛機還是不停的向前飛,所以,在你眼中,手電筒那道光線所走的距離,勢必要比頑童自己看到的還要再多上那麼一些些。這多出來的一些些,就是在那短短的10奈秒時間內,飛機又向前飛出的小小距離。

如果說「時間」是像我們所感覺的一樣,是絕對不會改變的,也就是說,「你的10奈秒」和「那頑童的10奈秒」沒有任何的不同,那麼,你所看到的光速就會比他的要快,因為,在「同樣」的時間內,你看到的光跑得比頑童所看到的要遠。可是,現在愛因斯坦卻說「光速」是絕對的,換句話說,你們倆位看著各自的錶,量著光線所走的距離,算出來的光速竟然是一樣的。這意味著你的時間一定過得比他的快,也就是說,他的錶才走10奈秒,你的錶也許就已經走10.00001奈秒了,所以你們才會莫名其妙的得出個相同的速度。

要不,另外一種情況就是,在你眼中高速飛行的飛機,莫名其妙的縮小了一咪咪,以至於你所量得的飛機長度,加上那「又向前飛出的」一小段距離,竟恰恰等於頑童所量得的飛機長度,也就是飛機靜止時量得的原始長度!當然,我們知道不會發生這種情況:因為要是那樣的話,飛機向前飛多少,旁觀者就會看到它縮短多少,而其結果,就是機首根本就靜止不動了,而機尾卻一直往前擠,直到整架飛機縮到看不見為止。還沒有人見過如此奇景吧!

這麼說來,時間真的不一樣了囉?頑童的錶真的比你的錶走得慢嘍?是真的。而且,慢下來的當然不單是那只錶而已,頑童世界(那架飛機)中的所有事情,「對你而言」,都同步的慢了下來。不可思議,卻真的發生了!

我們終於深刻的了解到,原來「人」並非「宇宙的中心」,更不是甚麼「萬物的主宰」。如果真有個主宰,那麼「光」堪為最佳候選人。因為在這萬事萬物都是相對的宇宙中,在這貧富、對錯、美醜、善惡、神鬼,甚至「時間和空間」都是相對的世界裡,就只有「光速」是那麼的「絕對」!

既然運動中的物體(相對於「靜止」的人們而言)時間會變慢,我們能否藉由大量的運動來延長壽命呢?當然可以。但是,除非運動本身對你就是一種莫大的享受(更健康、有精神、腦內啡製造的快樂),否則,你所增加的那一點點微不足道的壽命,和運動所花去的時間相比,是完全不上算的。你也可以搭飛機,圖謀砸錢買時間。你讀了本書後知道,不能飛錯方向,你得向東飛,而不能向西飛:因為相對於「地心」而言,向東飛的移動速度由於加上了地球的自轉而顯得更快。如果不小心飛錯方向,得到反效果,那可就慘了。這在1971年10月的實驗中,就已經證實了。但是儘管如此,你還是得不償失,賺不回來,因為,就算你費那麼大的勁,繞了地球一圈,你也只是賺到十億分之180秒而已。別說「至少KiMoJi很好」那種自欺欺人的話。

更何況,所謂「你的時間變慢」,完全是相對於靜止的人或物體來說的,你主觀的感受並不會有甚麼差別。就好比說,你睡了一個神奇的「相對覺」,無論對你的身體或感受而言,都只是過了一個晚上,但醒來後卻發現,外在的世界,甚至整個宇宙,都已經過了一年,那麼,你到底是感到興奮還是悲哀呢?換句話說,你所額外獲得的時間並不存在於「你的」世界中,完全不是「你」所享用得到的,那麼對你而言的意義是甚麼呢?說到這裡,夠令人氣餒了吧!

也許你不再關心運動所能賺得的時間,不過,現在非常普及的導航設備GPS,設計上就必須考慮這細微的時間誤差,否則本來要指引你到餐廳的,會變成送你去派出所。為什麼會這樣呢?原來,你手上的導航設備之所以能「定位」,完全是靠天上的一些GPS衛星所發射的「同步訊號」。你的設備接收到這些訊號,測量出訊號之間的微小時間差,再據以計算出你所在地的座標。如果衛星之間的時間為著「特殊相對論」所解釋的原因,產生些許誤差,你再去接收這些原就不同步的訊號,那就愈差愈遠了,會把你導到哪裡就可沒人說得準了。

至此,時間和空間已經攪和成一氣,你泥中有我,我泥中有你,完全扯不清楚了。我們知道,談空間,可以有上下、左右、前後之分。所以我們有時也說這叫「三度」空間。現在再把時間加進來,多了個「過去現在未來」的「維度」,這就成了第四度「空間」了。時髦的說法稱之為「時空」。

不只「時空」糾纏在一起,愛因斯坦更把「重力」加進來攪和。「重力」人稱「萬有引力」,亦即萬物都是互相吸引的。這個互相吸引,當然說的不是異性之間的吸引,而是任何物質之間都存在的一種「致命」吸引「原力」。我們被地球吸引,所以不會「掉」到太空中。如果你無法體會,可以試想你在月球上看地球:如果你眼力夠好,一定可以看見全球70億人、6億輛車子,不分上下,全都「黏」在地球表面,沒有一個人、一部車掉出去。當然,他們也同時受到月球的吸引,也受到太陽的吸引,更受到宇宙中所有星球的吸引而不自知。只不過「重力」這種宇宙力有兩個特性:質量愈大,引力愈大;但距離愈遠,引力愈小。所以,我們還不至於被太陽的「致命」吸引力吸走,否則就甭玩了。

愛因斯坦說,「重力」其實是物質對周遭時空所造成的「扭曲」效應。那是甚麼意思呢?如果你將一名巨嬰抱到彈簧床中間坐好,你就可以看到巨嬰這個「物質」對周遭的彈簧床「時空」所帶來的「扭曲」效應了。原先散落各處的玩具,將自動往巨嬰的尿布衝去,愈靠近的衝得愈快,愈重的也是。

我們可以繼續做個實驗,來感受一下所謂的「時空扭曲效應」。請老爸拿一個保齡球滾過去,當然不是筆直地朝他K過去,而要微偏,嚇唬他一下下而已,不是真的要搞他。如果力道輕了,球會撞向尿布,這時你得準備說詞向老媽交代。出手若是重了,球道會稍微偏向,但過了「扭曲效應區」之後,又會繼續向前衝。若力道控制得剛剛好,球就會繞著巨嬰轉圈圈。雖然球還是會漸漸的向尿布靠攏,但那完全是因為摩擦力造成的不完美,不是你的過錯,完全不需要自責。

我們都說:兩點之間最短的距離是直線。如果我們要抄捷徑,那一定是挑比較接近直線的路來走,絕對不會東繞西拐。其實我們真的是關心「距離」嗎?不,不是的,我們之所以會這麼說,實在是因為我們的直觀認定裡,「距離的遠近」等同於「所花時間的多少」。如果走了直線,結果還是慢了,我們並不會懷疑「距離」有甚麼古怪,而會追究路上是否有障礙物阻隔,或地面是否太過粗糙或太滑溜。但是如果跟這些顯而易見的原因都不相干呢?那肯定是有鬼了。時空的「扭曲」正是這樣。

copyright © 2008~2018, κrazian.com
原創著作 版權所有:轉載應註明作者與出處,商業用途須取得書面同意