基于严密技术的科学实验已经证实:无论在何种惯性系中观察,光在真空中的传播速度都是不变的。这就是光速不变原理。狭义相对论基于此原理而被推导。
以高速匀速行驶的火车为例,假设在车厢地板上有一个光源发出一个闪光。对于车上的人来说,闪光到达光源正上方高处的小镜后被反射,回到光源的位置。对于地面的观察者来说,情况则有所不同。从地面上看,在光的传播过程中,火车向前运动了一段距离,因此被小镜反射后又被光源接收的闪光是沿倾斜路径传播的光。
这得出一个令人吃惊的结论:闪光从光源出发,经小镜反射后又回到光源所经历的时间,地面上的人和车上的人测量的结果是不一样的——因为传播距离更长,地面上的人认为这个时间长些。这意味着,从地面上观察,火车上的时间进程变慢了,由于火车在运动,车上的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了:时钟走得慢了,化学反应慢了,甚至人的新陈代谢也变慢了……可是车上的人自己没有这种感觉,他反而认为地面上的时间进程比火车上的慢,因为他看到,地面正以同样的速度朝相反的方向运动。
如果火车上的人站在火车最中间,拿着两个手电筒分别向车头和车尾照射两束光。因为距离相等,他会看到,两速光同时到达车头和车尾。对于地面的观察者来说,情况又有所不同:因为火车有一个向右行驶的速度,他会看到向左的光先到达车尾,向右的光稍晚才到达车头。也就是说,地面的观察者认为,车尾的时间提前了,而车头的时间延迟了。
地面观察者会看到,向右匀速运动的车尾由于时间提前而向右偏移,向右匀速运动的车头由于时间延迟而向左偏移。整个车厢的距离缩短了。反过来也可以推论出:车上的人会认为地面的人所处的地方距离缩短了。
以上就是狭义相对论的时间延缓效应和长度收缩效应。这两个效应告诉我们,两个人高速相对运动时,甲会看到乙的时间变慢、空间变窄,而乙看到的却是甲的时间变慢、空间变窄。两个人看到了不一样的时空。既然两个人看到的时空不一样,谁看到的时空才是真实的呢?如果说甲看到的时空是真实的,凭什么乙看到的就不是真实的呢?如果某种事物是真实的,大概不会因为不同人的感知而有所变化。这给予我们启示:时间和空间并非真实存在!
爱因斯坦说:“时间和空间是人类的错觉。”
后来爱因斯坦又提出了广义相对论。其中一个重要原因是他认为不存在任何超距离作用,包括地心引力。月亮之所以围绕地球转,不是因为地心引力,而是因为引力波——地心引力是超距离作用,引力波则是在空间中传播的波。在这个方面爱因斯坦对了。
但在讨论量子力学的时候爱因斯坦却错了。他认为量子纠缠是超距离作用,所以不存在。然而量子纠缠却是被证实的确确实实存在的科学现象。
在量子纠缠中,两个处于叠加态的纠缠粒子,自旋方向都未知。对其中一个粒子的自旋方向进行测量,远在宇宙另一边的另一个粒子,其自旋方向可以马上被确定。假如其中有信息传播的话,这样的信息传播是瞬间的,光速也远远达不到这个速度。这又给予我们启示:距离或许本来就是假象,空间就是人类的错觉。