摘要：跨越時(shí)空的旅程人們通常把廣義相對(duì)論說(shuō)成是新型引力理論，但這是不夠的。從根本上說(shuō)，廣義相對(duì)論屬于全新的時(shí)空理論，因?yàn)檫@一理論以前所未有的深度揭示了時(shí)空的隱秘性質(zhì)，提出了對(duì)于時(shí)空問(wèn)題的諸多革命性發(fā)現(xiàn)。譬如，倘若狹義相對(duì)論中時(shí)空的剛性屬性始終不變...

跨越時(shí)空的旅程

人們通常把廣義相對(duì)論說(shuō)成是新型引力理論，但這是不夠的。

從根本上說(shuō)，廣義相對(duì)論屬于全新的時(shí)空理論，因?yàn)檫@一理論以前所未有的深度揭示了時(shí)空的隱秘性質(zhì)，提出了對(duì)于時(shí)空問(wèn)題的諸多革命性發(fā)現(xiàn)。

譬如，倘若狹義相對(duì)論中時(shí)空的剛性屬性始終不變，那么再?gòu)?qiáng)大的天體質(zhì)量也是無(wú)法使時(shí)空有絲毫改變的。這說(shuō)明什么?說(shuō)明時(shí)空之所以能在天體質(zhì)量作用下發(fā)生彎曲，表明它必然具有彈性形變屬性。

愛(ài)因斯坦晚年強(qiáng)調(diào)：“由于發(fā)現(xiàn)完全剛性的物體是不存在的，使得空間概念更加微妙了，一切物體都可以作彈性形變，它們的體積隨著溫度的變化而改變?！痹趷?ài)因斯坦看來(lái)，宇宙中現(xiàn)存的一切都具有彈性形變特征，只是天體體積隨著溫度而變化、時(shí)空形狀隨著天體質(zhì)量而變化而已。

他早年就曾指出：“在引力場(chǎng)中，并沒(méi)有像具有歐幾里得性質(zhì)的剛體那樣的東西。”

客觀地說(shuō)，時(shí)空彈性形變屬性是相對(duì)論中最重要的發(fā)現(xiàn)之一。但為何愛(ài)因斯坦歷經(jīng)近十載，才得以通過(guò)數(shù)學(xué)方程證明牛頓力學(xué)的剛性時(shí)空可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉菤W幾何時(shí)空?顯然，發(fā)現(xiàn)時(shí)空彈性形變屬性是一個(gè)相當(dāng)困難的過(guò)程。時(shí)空的彈縮屬性亦表明，宇宙作為時(shí)空存在的最高形式也必然具有彈性形變的特征。由美國(guó)天文學(xué)家艾德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)的宇宙膨脹的事實(shí)，客觀上同樣為廣義相對(duì)論所揭示的時(shí)空彈性形變屬性提供了可貴的佐證。

還需要理解，時(shí)空的幾何形態(tài)只有由數(shù)學(xué)描述還原為物理描述時(shí)才具有實(shí)在意義。為了使公眾理解時(shí)空彎曲的引力效應(yīng)，一些研究者常喜歡借助這樣的比喻：大球(太陽(yáng))的重量在橡皮膜表面形成凹陷，于是小球(地球)便沿著橡皮膜的曲面(幾何引力軌道)滑動(dòng)。這類(lèi)比喻雖說(shuō)勉強(qiáng)，但它傳遞給人們的信息卻是明白無(wú)誤的：如果時(shí)空真的一無(wú)所有的話(huà)，那么也就談不上所謂的時(shí)空彎曲了。

愛(ài)因斯坦晚年也在強(qiáng)調(diào)：時(shí)空“幾何結(jié)構(gòu)(其全等的可能性由歐幾里得幾何學(xué)來(lái)描述)的表示不能脫離物理概念”。

于是，一個(gè)潛在的新問(wèn)題就這樣出現(xiàn)了：非剛性時(shí)空的物理屬性，究竟會(huì)與剛性時(shí)空的物理屬性具有怎樣的不同呢?

事實(shí)上，有關(guān)時(shí)空物理屬性問(wèn)題正是隱含在廣義相對(duì)論中的一個(gè)潛課題，但對(duì)于這個(gè)潛課題，愛(ài)因斯坦始終沒(méi)有明確地提起過(guò)，他只是于1920年10月在題為《以太和相對(duì)論》的演講中，重新提起過(guò)以太。到了晚年，愛(ài)因斯坦就這個(gè)潛課題最終一語(yǔ)破的：“一無(wú)所有的空間，亦即沒(méi)有場(chǎng)的空間，是不存在的?！?/p>

回顧至此，也就應(yīng)當(dāng)理解，愛(ài)因斯坦對(duì)于時(shí)空問(wèn)題的探索，其實(shí)是伴隨了他的一生。

事實(shí)證明，隱含在廣義相對(duì)論中的時(shí)空物理屬性問(wèn)題一直困擾著愛(ài)因斯坦直到晚年，他本人為此也一直探索到自己生命的盡頭。對(duì)愛(ài)因斯坦而言，廣義相對(duì)論在獲得舉世無(wú)雙的成功的同時(shí)，也留下了未能進(jìn)一步揭示時(shí)空真相的遺憾，這無(wú)疑也是促使晚年的愛(ài)因斯坦仍一如既往地探索統(tǒng)一場(chǎng)理論的根本原因所在，因?yàn)樗枰獯饡r(shí)空的所有秘密。

由于科學(xué)發(fā)展的階段性限制，愛(ài)因斯坦不無(wú)遺憾地留下了探索時(shí)空物理屬性這樣的新課題?？上е钡浆F(xiàn)在，人們對(duì)同樣的問(wèn)題還沒(méi)有搞清楚，雖然科學(xué)一直在持續(xù)進(jìn)步當(dāng)中。

人類(lèi)的時(shí)空觀念遭到了顛覆

相對(duì)論自有其不同尋常的哲學(xué)價(jià)值。以往人們僅局限于把相對(duì)論看成是物理學(xué)的產(chǎn)物，現(xiàn)在人們已經(jīng)開(kāi)始逐漸清晰地意識(shí)到：相對(duì)論其實(shí)是從物理學(xué)的角度提出了人類(lèi)時(shí)空觀念的革命性宣言。相對(duì)論的一個(gè)核心貢獻(xiàn)，就是為人類(lèi)客觀地揭示了時(shí)空的深層奧秘。

愛(ài)因斯坦讓人類(lèi)意外發(fā)現(xiàn)了自身生存時(shí)空之外的多重特殊時(shí)空。這些特殊時(shí)空與我們所熟悉的體現(xiàn)著地球運(yùn)動(dòng)速度的常速態(tài)時(shí)空，迥然不同：

其一，愛(ài)因斯坦為人類(lèi)揭示了存在于光速運(yùn)動(dòng)中的極限態(tài)時(shí)空。

狹義相對(duì)論首次證明光速在真空中恒定不變，光速為宇宙間不可逾越的極限速度。在光速運(yùn)動(dòng)中，物體質(zhì)量無(wú)限膨脹，時(shí)間完全停止流逝。不過(guò)，我們不免會(huì)疑惑，太陽(yáng)輻射為什么能以光速傳播?相對(duì)論揭示了其中的秘密，因?yàn)楣獾撵o止質(zhì)量為零。正是受此啟發(fā)，科幻作家妙筆生花，虛構(gòu)出未來(lái)人類(lèi)乘坐光子飛船尋訪(fǎng)外星系同類(lèi)的探險(xiǎn)故事。

其二，愛(ài)因斯坦為人類(lèi)揭示了存在于各級(jí)天體系統(tǒng)中的引力場(chǎng)時(shí)空。

廣義相對(duì)論首次證明時(shí)空并非剛體框架，雖然在人們直覺(jué)中時(shí)空是平坦伸展的，但時(shí)空實(shí)質(zhì)上具有奇妙的彈性變化特征，它能夠像一片泡泡糖那樣彎曲或卷曲。重要的是，幾何時(shí)空能夠產(chǎn)生制約天體運(yùn)行的引力效應(yīng)。譬如，八大行星在太陽(yáng)系中所分別形成的公轉(zhuǎn)軌道，其實(shí)就是太陽(yáng)質(zhì)量造成時(shí)空多重閉合性彎曲的緣故，即各個(gè)行星都是借助于不同層次的時(shí)空曲面環(huán)行的。

其三，愛(ài)因斯坦為人類(lèi)揭示了作為所有星系匯合體的宇宙球時(shí)空。

愛(ài)因斯坦最早提出了有限而無(wú)界的靜態(tài)宇宙球模型，但天文學(xué)家艾德溫·哈勃通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，星系間普遍存在著譜線(xiàn)紅移現(xiàn)象。根據(jù)多普勒效應(yīng)解析，這種紅移表明宇宙處于某種均衡擴(kuò)張也就是膨脹狀態(tài)。雖然靜態(tài)宇宙模型被退行紅移否定了，但人們?cè)诶碚撋喜⑽磻岩蛇^(guò)球形宇宙的存在。近年，美國(guó)科學(xué)家提出了一種足球款式的宇宙模型，絕對(duì)吸引球迷眼球。

至于最新的泡泡宇宙之類(lèi)的假說(shuō)，也無(wú)非是愛(ài)因斯坦宇宙球假說(shuō)的復(fù)雜化了的動(dòng)態(tài)翻版罷了。

時(shí)至今日，無(wú)窮盡的時(shí)空奧妙僅僅是露出了冰山的小小一角。然而，人們?nèi)绱耸煜さ臅r(shí)空借助于相對(duì)論所逐漸顯現(xiàn)出來(lái)的復(fù)雜性和多樣性，已是牛頓力學(xué)時(shí)代人們所絕對(duì)不敢想象的。相信隨著相對(duì)論與現(xiàn)代科學(xué)日臻完美的結(jié)合，我們所感知的時(shí)空必將在更深刻的層面上展露出其隱秘本性，這必將給人類(lèi)帶來(lái)更深刻的震撼和更驚喜的意外。

當(dāng)然，相對(duì)論還需要繼續(xù)接受科學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，還需要在新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)中發(fā)展和修正，直至有朝一日被全新的學(xué)說(shuō)所取代。這種結(jié)局是科學(xué)歷史延續(xù)的正常方向，人們大可不必為此惶惶然。不能不強(qiáng)調(diào)的是：

人們需要科學(xué)地善待相對(duì)論，不求甚解地對(duì)待愛(ài)因斯坦或拘泥不變地對(duì)待愛(ài)因斯坦，都是百分之百地有害無(wú)益的。科學(xué)地對(duì)待愛(ài)因斯坦和相對(duì)論，不但需要深入地理解愛(ài)因斯坦的思想，也需要準(zhǔn)確地把握相對(duì)論所經(jīng)歷的歷史演變過(guò)程。

嚴(yán)格地說(shuō)，不透徹地了解愛(ài)因斯坦思想的演變歷程，我們也就無(wú)法保證科學(xué)地認(rèn)識(shí)愛(ài)因斯坦和相對(duì)論。

相對(duì)論的思想是極其縝密的。相對(duì)論不但使人們逐步理解了時(shí)空的物理性、運(yùn)動(dòng)性、可變性，而且使人們逐步認(rèn)識(shí)到一系列微妙而精巧、深?yuàn)W而復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系，譬如時(shí)空與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、時(shí)空與物體質(zhì)量的關(guān)系、時(shí)空與引力的關(guān)系、時(shí)空與場(chǎng)的關(guān)系等等。

同時(shí)，相對(duì)論也為人類(lèi)在宇宙中一系列重大發(fā)現(xiàn)提供了理論依據(jù)或科學(xué)解釋的基礎(chǔ)。

人類(lèi)應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到：百年相對(duì)論已帶來(lái)了一場(chǎng)漸進(jìn)式的時(shí)空革命。這場(chǎng)革命正在悄悄改變著人類(lèi)的時(shí)空觀念、引導(dǎo)著人類(lèi)的時(shí)空科學(xué)探索前行。這場(chǎng)承襲了新舊世紀(jì)歷史軌跡的革命遠(yuǎn)未結(jié)束，人類(lèi)時(shí)空科學(xué)的風(fēng)暴正在默默地孕育之中。暴風(fēng)雨快要來(lái)了。

在廣泛的社會(huì)支持的背景下，當(dāng)代物理學(xué)將有希望贏得全面的發(fā)展機(jī)遇和艱巨的歷史挑戰(zhàn)，并為時(shí)空革命帶來(lái)一輪高潮。為了推進(jìn)這一目標(biāo)，人們就需要重新發(fā)現(xiàn)相對(duì)論，重新發(fā)現(xiàn)愛(ài)因斯坦的科學(xué)思想，重新認(rèn)識(shí)相對(duì)論帶來(lái)的諸多革命性成果。