前面我们谈过了颠覆人类世界观的一个理论:狭义相对论。
在那里我们第一次认识到,时间不是一个绝对的概念,每个人都有他自己的时间。在你看到的世界里,同时发生的两件事情对我来说未必是同时的。同样地,空间也不是一个绝对的概念,同样一把尺子,它在运动和静止的状态下其长度是不同的。相反,只有时间和空间组成的整体,即时空才是一个绝对的客体。由于记录时间需要一个数就够了,我么说时间是一维的,而记录空间坐标需要三个数,我们说空间是三维的。狭义相对论告诉我们,一维的时间和三维的空间都是一个四维时空的投影,而这个投影会依赖于你的运动状态。这就是为什么不同运动状态的人得到的时间和空间是不一样的。
爱因斯坦的伟大之处不仅在于他可以革新人们的世界观,还在于,当他革新了你的世界观之后,他还会再革新第二次,第三次。。。
现在我们就来介绍爱因斯坦第二个革新人们世界观的发现,广义相对论。
狭义相对论告诉我们,光速是相对任何观者都不变的,不仅如此,它还代表着物理运动的最大速度,没有什么能超过光速。下图展示了光沿着过去方向和未来方向传播的轨迹。竖直的方向代表时间,而水平的方向代表空间,图中我们压缩了一维空间。
我们把上面那个由光的轨迹组成的锥体称为未来光锥,而把下面那个锥体称为过去光锥。想象你恰好处在两个圆锥体对接的那个点上,由于任何物体的速度都不会超过光速,那么你只能被你的过去光锥内发生的事情所影响,而你也只能影响到你的未来光锥里面发生的事情。这个容易理解,比如说,此刻(相对你来说的此刻)在太阳那儿发生的事情是没办法影响到你的,因为即使是光,也要传播约8分钟才能到达地球。这就是爱因斯坦的因果观念,这个世界不存在瞬时的相互作用。
在爱因斯坦的年代,人们已知了两种基本相互作用,一个是电磁相互作用,这个被麦克斯韦的方程组所描述,另一个则是万有引力,当时被牛顿的引力理论所描述。