“钟慢效应”和“尺缩效应”是狭义相对论的两个核心概念和发现,狭义相对论通过这两个效应向人们展示了一个全新的时空观。人们之前对于宇宙时空的理解是空间是绝对的,时间也是绝对的,以“自己”作为时空的观察中心,空间是均匀地以三维的形式向外延伸,时间是均匀地以一维的形式分为过去、现在和未来。对于“自己”和一定距离外的空间处,我们都经历共同的时间,也就是经历着共同的“现在”,并且在共同的“现在”下创造着共同的“未来”。这种时空可以想象成下图 3-5 的模型。
图 3-5 传统时空模型
然而在狭义相对论时空下,这种时空模型是错误的,我们对于“自己”和一定距离外的空间事件的“同时性”的判断是无法做到绝对精确的,所以对于这种“同时性”的判断也就失去了意义。我们之所以感官上觉得“自己”周围所有发生的事情都是“同时”的,其实只是因为信息的传送媒介——光速太快,而我们的感知距离又非常有限——我们眼睛能看到、耳朵能听到的范围只能是几百米、几千米之内,我们对时间感知的敏感度和分辨率也有限——我们对时间的反应和感知最短只能做到大约十分之一秒。因此不管是我们在看一场球赛,还是在听一堂课,在这个空间距离范围内,我们都觉得周围的一切在“同时”进行;但如果这个空间距离足够大,那我们就会很清楚地感知到两个地方失去了“同时”和“现在”的意义。假如在上海的一个人和在北京的一个人打电话,通话信号最终是转换成电磁波以光速 c 进行传输,信号从上海传输到北京(距离大约 1200 千米)的时间大约为 0.004秒,而这个时间人们是无法分辨清楚的,因此两个人觉得一问一答是在“同时”进行;但假如在上海的一个人和火星的一个人在打电话,通话信号同样通过电磁波以光速 c 进行传输,而地球和火星之间的距离大约有 2 亿千米,那两个人就会觉得这一问一答的通话无法顺畅地进行,我在地球上问了一个问题,即使火星上的人听到后立刻回复,也要在二十分钟之后才能传到地球上我的耳朵里。那么对于地球和火星上的人来说,这二十分钟的时间属于“延展的现在”,它既不在过去也不在未来,并且地球和火星之间的这延展的二十分钟永远无法消除掉。所以根据狭义相对论启示,时空可以想象成如下这种模型:
图 3-6 狭义相对论下的时空模型
在这种时空模型下,在一个事件的过去和未来之间,存在一个与空间距离相关的“延展的现在”,空间距离越大,这个“延展的现在”所延展的范围就越大。这个范围既不是过去也不是未来。之所以存在这种既不在过去又不在未来的时间范围,是因为我们对信息和信号的传递和判断是以光为媒介的,而光速又是有限的。我们可以通过声音和听觉来感受这种“延展的现在”的存在,假如汤姆和杰瑞两个人站在一个封闭又安静的广场里,距离三百米,然后闭上眼睛通过大声对话进行交流,由于声音的传播速度是 340 米/秒,两个人就很能清楚地感受到当说完话后两秒钟才能听到对方的答复,假如汤姆对杰瑞说“我现在过去找你玩”,杰瑞会在一秒钟之后听到并且回复一句“好”,但实际上汤姆已经在杰瑞听到他要过来之前一秒钟就已经出发走过来了,杰瑞去问对方“现在”出发与否也是没有意义的,唯一有意义的是他听到了对方说的出发的信号并以此判断对方“现在”出发了,但实际对方已经在他的“过去”出发了。汤姆大声问杰瑞“你现在在干嘛呢”,两秒钟后会听到杰瑞回答“我现在在吃饭”,对于汤姆来说,他知道杰瑞“现在”在干嘛是需要两秒钟的,这两秒钟既不在过去也不在未来,这是一个“延展的现在”。
在我们日常生活的空间内,这个“延展的现在”的时间非常短,我们身边方圆几百米内,这个既不在过去也不在未来的时间范围只有几纳秒,人是无法感觉到纳秒级时间的存在的。但如果在距离我们地球 200 万光年的仙女座星系上,对于我们来说这个“延展的现在”持续的时间就足足是 200 万年,假如我们可以通过天文望远镜看到仙女座星系的一颗行星上的人处在石器时代,但我们无法得出结论“这个行星上的外星人现在进入了石器时代”,因为我们之间存在着 200 万年的“延展的现在”,这 200 万年的时间内这个星球也许已经进入共产主义社会了,或者也许已经灭亡了,我们永远无法知道这 200 万年间那颗星球上“现在”的事情,因为这段“现在”延展成了 200 万年,远远超过了我们人类个体的寿命。
这个“延展的现在”的时空模型,是在狭义相对论的基础上,对于同一个惯性系下不同地点的两个事件发生的“同时性”进行判断和推演而得出的。之前“行驶火车的思想实验”以及“钟慢效应”和“尺缩效应”,都是基于两个不同速度的惯性系下产生的时空现象。我们现在也了解到,即使在一个惯性系下,不同空间距离下的时间其实也是相对的,存在一个与空间距离有关的“延展的现在”的时间存在,这个时间被编织在时空事件的纹理之中永远无法被消除,所以,这也就说明时间跟空间距离是有关系的。爱因斯坦的狭义相对论也让我们隐约地开始察觉到,时间和空间有可能是交织在一起的。