引言:相比起探索宇宙的範圍大小,人類在兩千多年前就開始思考什麼是時間、什麼是空間,以及兩者的關係。到了十六世紀,牛頓提出了絕對時空觀,進入20世紀愛因斯坦提出了相對論,兩種不同的觀點都解釋了時間與空間的關係。
如果現在問大多數人什麼是「時空」,相信很多人都會回答是時間和空間的集合體,這也意味著時間和空間是緊密聯繫的。這種觀點最早是從20世紀開始被人們所知曉,並且慢慢接受它成為人類現階段對時空的認知,但如果再往前追溯四五個世紀,雖然不能說那時候的人們已經對時間和空間的關係有較為清晰的把握,但是牛頓作為科學界的大牛對此提出了自己獨有的一套時空觀,那就是絕對時空觀。
翻閱歷史資料,我們會發現牛頓其實並不是對時間和空間作出定義的第一人,我國的春秋戰國時期就已經有一位名為「尸佼」的思想者提出了「下四方曰宇,往古來今曰宙」,大意就是說空間就是宇,時間就是宙,宇和宙合起來就是時間與空間的集合體。但是牛頓並不這麼認為,他在著作《自然哲學的數學原理》中提出了自己的絕對時空觀,即時間和空間是獨立的,兩者沒有任何聯繫。其中時間只會不斷地往前走,而且流逝的情況都是一樣的。
牛頓的絕對時空觀主張物體的運動不會影響到時間和空間,因此對以任何狀況運動的任何物體來說,時間和空間都是一樣的。如果在還沒有接觸愛因斯坦的相對論之前,估計很多人都會認同這一種觀點,因為我們在日常生活中感受到的就是這樣一種情況,時間對於每個人來說都是公平的,空間與時間沒有表現出任何聯繫。
但是進入20世紀後,許多科學家逐漸發現牛頓的絕對宇宙觀並不科學。先是麥克斯韋提出了麥克斯韋方程組,並且通過方程組推導出了光速方程。從光速方程中我們可以得知光速是一個恆定不變的常數,也就是說無論採用任何一種參考系,光速都保持不變。這一理論的提出對牛頓的絕對時空觀造成巨大的衝擊,但不少科學家既認同牛頓的絕對時空觀,也認同光速不變論,因此他們嘗試在這兩種理論中尋找調和的方法。
最終有科學家提出了一種名為「以太」的介質,這種介質能夠同時解釋絕對時空觀和光速不變論,但科學家們在實驗中就是找不到這種物質。在愛因斯坦接觸到這方面的理論之後,他也認同光速不變原理,但是對牛頓的絕對時空觀產生了疑問,並開始通過思考和數學演算進行推導,最終得出了狹義相對論。通過狹義相對論我們知道,愛因斯坦主張時間與空間是密切聯繫的,它們合起來應該是一個連續體而不是兩個個體。其次,相對論的核心觀點是時間並非絕對的,時間長短是相對於觀測者而言的。
也就是說,如果有一個人駕駛著一架光速飛行的飛船,那麼他在飛船上待上一分鐘,對於在地面上的人來說時間過去的肯定不止一分鐘,對此你怎麼看呢?