空间与时间是一种「幻觉」

为了明白时间与空间的虚幻性，我们要理解“相对论”，以及相对论是如何带给我们“时间变慢，空间收缩”奇异现象的？虽然理解相对论比较费脑力，但却是一件不可思议和十分有趣的事情。

爱因斯坦最早对相对论的思考起始于14岁那年他问老师的一个看起来十分简单的问题：“如果我以光速飞行，我的脸在镜子里就看不见了吗？”为了说明爱因斯坦要表达的是什么意思，我先做几点小说明：

记得我在十岁时，一次一位小朋友提出了一个问题：“世界上什么东西最快？”结果有说马的，有说鹰的，也有说火箭的。最后大家统一了答案：只有眼睛最快。为什么呢？因为在你一眨眼的瞬间就可以看到远处的大山。这一眨眼的时间是非常短暂的，理由就这么简单。

这个现象现在看来也是完全正确的，只不过那时不知道是“光”的速度快而已。就是说，那时我们以为看到山，是因为我们的眼睛“够”到了山，所以说眼睛去“够”的速度很快。实际上，不是人的眼睛去“够”到山，而是山上反射的太阳光射到了眼睛里。所以，实际的速度是光的速度。

更清楚地说，我们可以想象光是像乒乓球一样的粒子，而之所以你能看到青山，不是青山放射出“光子”射进眼睛里，而是由太阳放射出来的“光子”先射到青山上，再反射到你的眼睛里的。如果没有阳光我们什么也看不到。实际上，我们永远看不到一个不发光的物体，我们看到的永远是这物体对太阳光的反射，而不是物体本身。比如，大家都知道月球本身不发光，我们看到的月光是被月球反射的太阳光。

所以，我们之所以会从镜中看到自己的脸，是由灯光或阳光照射过来的光子射到脸上，光子再反射进镜子中，然后光子从镜中又反射进眼睛里，这样我们就看到了自己的“脸”。

在爱因斯坦创建相对论以前，人们已经证明了光在任何一个运动系统中的速度都是每秒30万公里。这一定理就被称为“光速不变原理”，相对论就是以这一定理为基础创建出来的。这一定理说的是一个什么现象呢？

现在想象你站在一处小型的火车站站台上，一辆火车以每秒30米的速度由西向东行驶。而你的一位朋友坐在火车上，这时他用手向东扔一只乒乓球，这只乒乓球的速度是每秒3米。对于站在站台上的你看到这只乒乓球的速度是“火车30米／秒＋3米／秒=33米／秒”，就是你看到是乒乓球是以每秒钟33米的速度向东运动的。而你的朋友在火车中看到乒乓球则是以每秒钟3米速度相对于他在运动。

假设一位航天员静止在太空中，他看到地球以465米／秒的速度向东转动，那么在他看到这只乒乓球则是向东以498米的速度在运动（乒乓球的速度3米/秒＋火车速度30米/秒＋地球转动速度465米／秒=乒乓球的速度498米／秒）。这样的物体速度简单相加的定理是经典牛顿力学的。也是大家很容易理解的。

而光速不变原理的意思是，假如这个乒乓球换成为“光子球”的话，那么相对于你、火车上的朋友、航天员都会看到“光子球”是以每秒钟3米的同一速度在向东运动。这一点让人感觉到不可能，但事实就是如此。

由以上理解为基础，爱因斯坦提出了一个矛盾的问题：假设爱因斯坦坐在一艘以光速运动的飞船上，面前3米处立有一面镜子，那么，

第一，如果按照牛顿的理论（为了便于理解，我们将光速30万公里／秒缩短为“3米／秒”），即如果“光子球”以每秒钟3米速度在也以速度为3米／秒的宇宙飞船上运动的话，光子球的速度应该被简单相加为“飞船3米／秒＋光子球速度3米/秒=6米／秒”。就是说，光子球的运动速度应该是每秒钟6米。这样光子球就可以追上爱因斯坦的面前的镜子，也会在反射回爱因斯坦的眼睛里，他就可以看到自己的脸了。

第二，如果按照人们实际测定的，无论相对于谁，“光子球”永远以每秒钟3米的速度在运动的话，那么当爱因斯坦坐着飞船以光速运动时，飞船、他、镜子都以每秒3米的速度运动，进而一个从他脸上反射的光子也以3米／秒的速度运动，结果就会发生“爱因斯坦、镜子、光子球”都会以同一个速度、同步并行地向一个方向运动。这样的话，从爱因斯坦脸上出发的“光子球”也就永远无法追上前面的镜子，既然光子球追不上前面的镜子，也就无法再从镜子中反射到爱因斯坦的眼睛里。这样爱因斯坦就永远无法看到自己的脸了。

所以，因为牛顿定理被认为完全正确，而光速恒定性也是正确的，这两个理论结合到一起就产生了矛盾。虽然爱因斯坦提的问题十分简单，但连老师也无法给出正确的答案。

结果，爱因斯坦最终找到了解决这一矛盾的关键点，也最终证明了，如果他以光速运动的话，那么他可以看到自己的脸，但却会发生奇异现象。这又是怎么回事呢？

首先想象一下，爱因斯坦乘坐一艘以光速三分之二速度（假定光速为每秒钟运动3米），即每秒钟2米速度运动的宇宙飞船上，从你面前向东运动。

在飞船上，距离爱因斯面前3米处立着一面大镜子，这个镜子的目的就是让爱因斯坦能够通过镜子看到自己的脸。

在这时你看到，一个如乒乓球样的光子以每秒3米的速度由太阳发出，射到了爱因斯坦的脸上。然后这个光子就以每秒3米的速度向爱因斯坦面前的镜子出发。这时候发生了一件奇怪的事情：你看到这个光子球相对于你来说，是每秒钟走3米的速度在前进；而同时你也看到，爱因斯坦乘坐的飞船相对于你以每秒钟2米的速度在前进。

在你的时间里，你看到这个光子球，一秒钟后就越过了爱因斯坦的脸一米的距离，这一点很清楚，大家也都能理解。所以，你会看到，你的时间过了3秒钟后，这个光子才以爱因斯坦的脸为起点，相对于爱因斯坦的脸走了3米的距离，而后射到了爱因斯坦面前3米处的镜子上。

而关键点就在这里了：在你看来，这个光子球在以每秒钟2米的速度运动的宇宙飞船上，需要3秒钟的时间才能相对于宇宙飞船中爱因斯坦的脸运动3米的距离。而这时，爱因斯坦也看到这个光子在他自己面前运动了3米的距离。就是说，你的时间是过了3秒钟后，宇宙飞船上的光子球相对于你运动了9米的距离。而爱因斯坦却看到，这个光子球，在自己面前只走了3米的距离，而时间却只过了1秒钟。

所以，在你看到这个宇宙飞船中的光子相对于你、在你面前、运动了3秒钟的时间，走了9米的距离，你测量到的光速是“9米÷3秒钟”=速度为“每秒钟走3米”。而关键点是，爱因斯坦却感到只过了一秒钟，光子在飞船上相对于他自己走了3米距离。由此爱因斯坦测量到的光速也是每秒钟走3米。

所以发生了什么事了呢？很简单，你的时间过了3秒钟，而爱因斯坦只过了一秒钟。爱因斯坦的时间变慢了。在你感觉到在3秒钟的时间里，宇宙飞船以每秒2米的速度共计走了6米。而爱因斯坦却感觉只过了一秒钟，而飞船的速度是每秒钟走2米，这样爱因斯坦感到飞船只走了2米。相对于爱因斯坦来说，他的空间也缩短了。