中國(guó)古代的宇宙觀與世界觀，可以從中文的“宇宙”、“世界”等詞語(yǔ)里找到線索。《莊子》：“上下四方曰宇，往古來(lái)今曰宙。” 世界的世指時(shí)間，界指空間，追溯其源頭乃出于佛教。因此空間和時(shí)間構(gòu)成了“宇宙”和“世界”。

探索宇宙是人類永恒的話題，從古至今無(wú)數(shù)人提出了各種假說(shuō)，你也可以提各種假說(shuō)，只要能自圓其說(shuō)就能成就一方哲學(xué)。如果要到科學(xué)層面，需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)和證明并將其量化。

偉大的愛(ài)因斯坦基于光速不變，提出狹義和廣義相對(duì)論，數(shù)學(xué)上一統(tǒng)時(shí)空。如果你還想提出假說(shuō)，就必須要理解相對(duì)論說(shuō)啥了。

相關(guān)資料網(wǎng)上很多，本文做一些重點(diǎn)總結(jié)，只求模型觀，不求量化推導(dǎo)，算是科普。古人云：物理不是物理學(xué)家的私藏，而屬于全人類！

在接近光速運(yùn)行的空間里，時(shí)間會(huì)變慢

引用一個(gè)經(jīng)典的教科書上的例子來(lái)解釋為什么時(shí)間會(huì)變慢。

下圖為一虛擬實(shí)驗(yàn)，A和B為兩面鏡子，相距為L(zhǎng)，光子一面鏡子發(fā)射到達(dá)對(duì)面的鏡子，再返回，則可以測(cè)出光速。

但如果空間以接近光速勻速運(yùn)行，我們沿著與空間運(yùn)行垂直的方向設(shè)置兩面鏡子。如下圖所示，朝右運(yùn)行。則光子從A到B再回到A的距離變成了斜線。如果光速不變，距離L不變，那只能是時(shí)間變慢了。

整個(gè)過(guò)程連起來(lái)就是下圖的效果，注意藍(lán)色點(diǎn)。因此，就有著名的經(jīng)典場(chǎng)景：如果某年輕人坐接近光速的宇宙飛船若干年回到地球，該乘客還依然年輕，而當(dāng)年的同齡人已是老年。因?yàn)榻咏馑俚挠钪骘w船上時(shí)間變慢。

時(shí)間因光速而存在

如果乍眼看，似乎反自然規(guī)律，別急，耐心容我解釋一下。

我們可以這樣來(lái)理解：萬(wàn)物(包括宏觀微觀物體)都在運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)帶來(lái)位置的變化，不妨把這變化理解為小粒子們的組成的狀態(tài)改變，而時(shí)間就是用來(lái)描述物體們從一個(gè)狀態(tài)變成另一個(gè)狀態(tài)。所謂的時(shí)間快慢就是狀態(tài)變化的快慢。而“快”與“慢”都是相對(duì)光速而言的。也就是說(shuō)，上面例子里宇宙飛船上的年輕人之所以還年輕，是因?yàn)橛钪骘w船上的粒子運(yùn)動(dòng)比較慢。

那為什么光速是恒定的？首先這個(gè)問(wèn)題本身就很有問(wèn)題，會(huì)誤導(dǎo)大眾。簡(jiǎn)單的回答是，時(shí)間是以光速為參照而存在，且是該宇宙的極限速度。根據(jù)相對(duì)論，質(zhì)量能量守恒的原理，換句話說(shuō)，質(zhì)量能轉(zhuǎn)化能量，而速度跟能量有關(guān)。如果把質(zhì)量全都轉(zhuǎn)化為能量了，則速度是極限。這個(gè)極限就是光子，因?yàn)楣庾記](méi)有質(zhì)量。所以，質(zhì)能轉(zhuǎn)化是宇宙或自然的規(guī)律，光速是宇宙或自然的特征。

如果存在另一個(gè)不一樣的宇宙，只要算一下質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量，還有光速，就能了解那個(gè)宇宙不一樣的“時(shí)間”，也能比較宇宙?zhèn)兊漠愅Ｒ虼嗽焓乐髦灰x了光速，就定義了宇宙。啊，神吶。圣經(jīng)《創(chuàng)世紀(jì)》第3節(jié)：神說(shuō)，要有光，就有了光。

空間是光的軌跡

幾乎萬(wàn)物都有質(zhì)量，也有所謂的萬(wàn)有引力。另一種現(xiàn)代物理的理解是，物體質(zhì)量影響空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)成勢(shì)能，使得有質(zhì)量的物體會(huì)互相靠近，營(yíng)造出“水往低處流”的場(chǎng)景，如下圖。這個(gè)叫做“引力場(chǎng)”。而光在靠近大質(zhì)量的物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彎曲。這里要注意一下，所謂的“彎”和“直”，都是相對(duì)的。為什么說(shuō)兩點(diǎn)之間直線最短？那是因?yàn)槿藗兩罱?jīng)驗(yàn)主要靠光來(lái)觀察事物，而光按照直線運(yùn)動(dòng)(比如瞄準(zhǔn)或者擋太陽(yáng))。換句話說(shuō)，光怎么走，人們所認(rèn)識(shí)的直線就長(zhǎng)什么樣，雖然現(xiàn)實(shí)中大家已習(xí)慣“本末倒置”了。

再遙望浩瀚外太空，星系如塵埃不可數(shù)。若論分布，有些密集，有些稀疏，有些想對(duì)高速運(yùn)動(dòng)，有些想對(duì)低速運(yùn)動(dòng)。有些地方，光線軌跡是直的，但有些地方可能是歪歪扭扭的，有些地方時(shí)間走得快，有些地方時(shí)間走得慢。

如果沿著光線穿越外太空，就有點(diǎn)如下圖所示。而每個(gè)小空間所觀察到的光線都是該空間的“直線”?；氐狡^的例子，高速空間里之所以時(shí)間變慢，是因?yàn)楣饩€走斜線(不是直線)路遠(yuǎn)，而導(dǎo)致該小空間里的粒子都變慢，因而變化慢，致使時(shí)間變慢。

有人說(shuō)“時(shí)間是按光速朝一個(gè)方向運(yùn)行”，“光速就是空間的半徑”，這些都是很形象的。

空間的變換可以用洛倫茲變換，對(duì)其數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)有興趣者，強(qiáng)烈推薦看一下百科介紹，思路頗為精妙。

再用兩個(gè)比喻來(lái)說(shuō)明時(shí)間與光速。

1. 堵車的地段車速慢，不堵車的地段車速快，如果兩個(gè)同一里程出發(fā)，在兩個(gè)不同地段行駛，這個(gè)時(shí)候兩個(gè)司機(jī)通電話互報(bào)里程表，對(duì)堵車地段的車來(lái)說(shuō)，里程就少，另一車?yán)锍叹投?。里程就是時(shí)間。
2. 兩臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)開(kāi)始跑一樣的程序自動(dòng)打單機(jī)通關(guān)游戲，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的cpu計(jì)算能力強(qiáng)，另一臺(tái)相對(duì)弱，如果到某個(gè)時(shí)刻兩臺(tái)計(jì)算機(jī)相遇，快的計(jì)算機(jī)已經(jīng)花費(fèi)了更多的cpu cycle達(dá)到了后面的游戲關(guān)卡。這里的cpu cycle就是時(shí)間。

超光速？

光速是宇宙的極限速度，因?yàn)楣庾恿阗|(zhì)量，所以速度最快。但空間是可以“扭曲”的，構(gòu)成一些“蟲(chóng)洞”。這樣能通過(guò)走捷徑做到比光子更早到達(dá)目的地，但并不是突破光速極限。

不過(guò)目前似乎沒(méi)人知道怎么構(gòu)造蟲(chóng)洞。有人說(shuō)是“暗物質(zhì)”，通過(guò)“負(fù)能量”能做到。還有些人說(shuō)利用量子物理的一些神秘莫測(cè)的特性構(gòu)造蟲(chóng)洞。期待，那將是物理學(xué)開(kāi)腦洞的另一個(gè)里程碑。未來(lái)的星際旅行瞬間轉(zhuǎn)移就靠它了，哈哈。

回到過(guò)去？

比光更早到達(dá)目的地不代表能回到過(guò)去。如果把時(shí)間理解為物體變化的紀(jì)錄片，如果能把物體還原，比如通過(guò)神奇的“負(fù)能量”讓粒子沿反方向或者徹底重構(gòu)，那就是回到過(guò)去了。或者有些平行宇宙的理論，跑到另一個(gè)宇宙去，這個(gè)是另一種完全不同的宇宙觀了。