時間
兩場大革命促成了新物理學的誕生，一場是量子論，一場是相對論。後者幾乎完全是愛因斯坦一人的成就。相對論是一個關於空間、時間和運動的理論。其影響同量子論一樣，既深刻又令人迷惑，並對人們抱有的關於宇宙本質的很多觀念構成了挑戰。相對論對時間的處理，是有史以來對人們的傳統觀念最有挑戰性的，因為時間是世界上各大宗教長期以來所熱切關心的一個問題。
就我們對世界的經驗而言，時間是如此基本的東西，以致誰若想擺弄擺弄它，便會遭到人們的反抗，遭到極大的懷疑。每個星期，我都收到一些業餘科學家們的來稿。這些人一心想找出愛因斯坦的錯誤，企圖再將傳統的、常識性的時間概念複原，盡管過去將近80年以來，相對論一直是成功的，還沒有任何一個實驗證明按相對論作出的完美無缺的預言有什麼錯誤。
我們對個人同一性的看法，即對自我、對靈魂的看法，是與記憶、與延續的經曆密切相關的。隻是說在此刻“我存在”還不夠。是一個人，就意味著經驗的連續，還有將經驗聯接起來的某些特征，如記憶。這個問題具有很強的宗教意味，也是一個讓人容易動感情的問題。很可能就是因為這個緣故，新物理學的那些看法才受到了抵製，同時科學家和科學門外漢們，都深深地被相對論的那些讓人不知所措的推論所吸引。
愛因斯坦的所謂狹義相對論發表於1905年。狹義相對論起源於愛因斯坦試圖消除物體的運動和電磁擾動的傳播之間明顯的矛盾。光信號的行為尤其顯得違反人們信奉已久的原理，即一切勻速運動都是完全相對的。我們在這裏不必去討論那些技術性細節。反正結果是，愛因斯坦重建了相對性原理，使之即使在涉及光信號的情況下也能成立，但做到這一點是有代價的。
狹義相對論的第一個受害者是人們對時間的信仰——時間是絕對的，普遍的。愛因斯坦證明，時間實際上是有彈性的，可以被運動伸長或壓縮。每一個觀察者都帶著他自己的時間尺度，而他的時間尺度在一般情況下是與別人的不一樣的。在我們自己的參照係中，時間從來也不會顯得有什麼異常，但相對於另一個以與我們不同的方式運動的觀察者而言，我們的時間就可能是被扭曲了，與他們的時間不同步了。
時間尺度發生這樣奇妙的錯亂，使得我們有可能進行一種時間旅行。從某種意義上說，我們都是時間中的旅行者，都在奔向將來，但時間的彈性使得一些人能比另一些人早一些到達將來。高速運動使你能夠減慢你自已的計時器的運轉，好象是讓別人衝在時間的前麵。用這種辦法，就有可能比靜坐不動更快地到達某一遙遠的時刻。從原則上講，我們可以在幾小時之內就到達2000年。然而，要想得到可觀的時間彎曲，就必須有每秒幾萬英裏的高速。現有的火箭速度，隻能使精確的原子鍾顯示出些微的時間膨脹。時間膨脹的關鍵是光速。隨著我們接近光速，時間彎曲也逐步升級。相對論禁止任何人超過光速，因為超過光速，就會出現時間倒轉的情況。
可以用高速的亞原子粒子使時間戲劇性地縮短。μ介子在巨大的回旋加速器中被加速到接近光速，可享有十幾倍於它靜止時的壽命（它靜止時，大約在1微秒之內就會衰變）。
相對論也同樣使空間受到了重大損害，使空間也成為具有彈性的了。當時間被伸長時，空間就被縮短。假如你坐在列車上，列車馳過車站，從你的參照係來看（你的參照係是與站台上的搬運工的參照係相對的），車站上的鍾走得要稍微慢一點。作為補償，站台在你看來也顯得短了一些。當然，這些事我們從未注意過，因為在常規的速度下，時鍾走時和站台長短的變化太小，不過這些很小的變化很容易用靈敏的器具測量出來。空間和時間的這種共同的扭曲可以看作是空間（收縮了）變成了時間（伸長了）。1秒鍾的時間相當於很大很大的空間——準確地說是相當於186，000英裏。
科幻小說裏常有這種時間扭曲的花招，但時間扭曲的確不是虛構的。這種扭曲真的會發生。有一個奇特的現象，即所謂的雙生子效應，就說明了這種扭曲。一個孿生子以接近光速的高速飛向我們鄰近的一個恒星。他那呆在家裏的孿生兄弟等了10年，終於等到他返回地球。火箭著陸之後，他的孿生兄弟發現在這10年裏，他隻長了1歲。高速使他隻過了1年的時間，而在他的1年裏，地球上已過了10年。
愛因斯坦將其狹義相對論作了進一步的推廣，使之包括了引力效應。於是就有了廣義相對論。在廣義相對論中，引力不是一種力，而是時空幾何中的一種扭曲。按廣義相對論來看，時空並不是服從通常的“坦的”幾何學規則的，而是彎曲的，產生時間彎曲和空間彎曲的。
我們在前麵說過，現代的工具十分靈敏，連地球引力的時間彎曲都可以用火箭裏的鍾探測出來。在太空中，時間走得確實要快些，因為在那裏，地球的引力比較弱。
引力越強，時間彎曲也就越明顯。現已知道，在有的恒星上，引力十分強大，以致那裏的時間相對於我們要慢百分之幾。實際上，這些恒星正處於某種臨界值的邊緣，一過了臨界值，時間彎曲就開始加倍增長。假如這樣的恒星再大幾倍的話，時間彎曲就會升級，最後，在引力的某一臨界值上，時間就會停下來。從地球上看出，這恒星的表麵就是凍結住了，沒有任何活動了。不過，我們是看不到這種奇異的時間停止現象的，因為我們借以看到它的光線也凍結在那裏了，這恒星發出的光的頻率被移到了光譜的可見區域之外。這恒星看上去是黑的。
理論告訴我們，處於這種狀態的恒星不可能保持原狀，而會在它自己強大的引力壓迫下在1微秒之內坍縮成為一個時空奇點，在空間留下一個空洞，即黑洞。原先恒星的時間彎曲仍然在空洞的空間中留有痕跡。
因此，黑洞就代表著通向永恒的近路。在這種極端的情況下，火箭上的那位孿生子不但可以快一些到達將來，而且能夠在一瞬間到達時間的終點！他一旦進入黑洞，黑洞之外的一切永恒從他相對固定的“現在”來看，就會立刻成為過去了。因而，他一進入黑洞，就會被鎖閉在一種時間彎曲之中，不能再返歸外麵的宇宙了，因為外麵的宇宙都已經過去了。就宇宙的其他部分而言，他的確是處於時間的終點之外了。他要想從黑洞中出來，就必須在進入黑洞之前就出來。這是荒謬的，說明他不可能從黑洞中逃出來。黑洞的引力毫不留情地死死抓住這倒黴的宇航員，把他拖向奇點，到了奇點，在1微秒之後，他就到達了時間和湮沒的邊緣；奇點就標誌著通向“無空間”和“無時間”的單程旅程的終點。奇點是自然宇宙終結之“地”。
相對論在我們的時間觀念中引發的革命，可用如下的話作出最好的概括。就是說，從前，時間被認為是絕對的，不變的，普遍的，是獨立於物體和觀察者的。現在，時間被認為是能動的。時間能夠伸長收縮，彎曲，甚至可以在奇點處停止。鍾表的走時不是絕對的，而是與運動狀態和觀察者的引力狀況相對的。
把時間從普遍性的緊身衣中解救出來，使得每一個觀察者的時間都能夠自由而獨立地運行，這就迫使我們放棄一些長期抱有的假設。比如說，現已不可能就選擇何時為“現在”達成一致意見了。在雙生子的實驗中，火箭上的那一位在向外飛的人途中或許會想“現在我那孿生兄弟在地球上幹什麼呢？”但這兩位孿生兄弟相對時間尺度的錯亂意味著，火箭參照係中的“現在”與地球上的人所判定的“現在”是完全不同的時刻。沒有普遍的“現在”。假如在不同的地點發生了兩件事A和B，一個觀察者認為A與B同時發生，另一個觀察者就會認為A先於B，而又一個觀察者就可能認為B先發生。
兩個事件發生的時間順序在不同的觀察者看來竟會不一樣，這似乎是不可思議的。靶標在發槍之前就會碎嗎？謝天謝地，沒有這種事。否則該多出多少傷亡。要想使事件A與B發生的順序難以確定，A與B就得在足夠短的時間內發生，使光在該時間內來不及從A跑到B。在相對論中，光信號是一切的規則，而光信號尤其禁止任何影響或信號跑得比光信號快。假如光不能快到把A與B聯係起來，就沒有任何東西能把二者聯係起來，因此，A與B就不可能以任何方式相互影響。二者之間沒有因果聯係：將A與B的時間順序調換過來，就不會造成因果顛倒。
世上沒有普遍的現在，這一事實不可避免地使那種把時間整齊地劃分為過去、現在和將來的做法遭到腰斬。過去、現在和將來這些術語在我們周圍的場所中可能有意義，但不能適用於別的地方。諸如“現在火星上正在發生什麼事？”這一類的問題指的是該行星上的某一特定的時刻。但正如我們已經看到的那樣，一個乘火箭掠過地球的太空旅行者在同一時刻問同樣的問題，指的就是火星上的另一個時刻了。實際上，在地球附近的一個觀察者根據其運動的情況的不同，其可能的“現在”要有好幾秒鍾那麼長。觀察者離被觀察對象越遠，“現在”的範圍也就越大。對一個遙遠的類星體來說，“現在”可能是一段幾十億年的時間。即便是在地球上漫步這樣的運動，也會使類星體上的“現時刻”變為幾千年！
因為人們長久以來是如此相信隻有現在“確實存在”，所以，拋棄那種把時間整齊地劃分為過去、現在、將來的做法，就是人類思想曆程中意義深遠的一大進步。人們通常不假思索地認為，將來是尚未形成的，很可能還沒有確定下來；過去則是過去了的，雖留在記憶中，卻是潑出去的水，沒法子了。人們希望相信，過去與將來都不存在。“每一次”似乎隻有一瞬的實在發生。相對論使得這一切觀念成了無意義的東西。過去、現在和將來必定是同樣實在的，因為一個人的過去是另一個人的現在，再一個人的將來。
一個物理學家對時間的看法很受他對相對論的了解的影響，因而很可能顯得與常人有相當的差異，盡管物理學家自己對這事並不怎麼在意。物理學家並不認為時間是由發生的事件構成的一個序列。相反，他們認為，過去和將來的一切都在那兒，時間在任何一個給定的時刻都向過去和將來兩個方向延伸，就象是空間在任何一個給定的位置延伸一樣。事實上，這裏把時間和空間相比較還算不得什麼，因為時間和空間在相對論中已經變得交織在一起密不可分了，二者合成為物理學家們所謂的“時空連續體”了。