“坐在美女身旁，兩個小時也像一分鍾；坐在火爐上，一分鍾也像兩小時。這就是相對論。”這是《紐約時報》引用的愛因斯坦名言——盡管沒有直接證據表明他真的說過此話。這句名言之所以經常被引用，是因為其很能激發集體想象，但其實它與改變我們時間觀的理論毫無關係。
牛頓的絕對時間在建設越來越複雜的人類社會方麵發揮了很好的作用。以無數時鍾來同步我們的活動，最終讓我們有了數十億同類，並且遍布地球的每一個角落。但這偉大而精妙的概念也因為一個貌似無關緊要的細節而轟然倒塌。這一細節就發生在20世紀初一些科學家試圖更好地理解電磁學之時。
其中，愛因斯坦第一個意識到，如果人們繼續將時間看成是絕對的，即與物質沒有任何聯係，而由速度恒定、獨立於一切、不受外界任何影響的時鍾決定，那我們就會陷入錯綜複雜的矛盾。
融化、破碎的時間
對牛頓和伽利略來說，事情很簡單：如果站著扔石頭時，石頭相對於地麵的速度是30千米/時，那騎著速度為50千米/時的馬以同樣力量扔出同一塊石頭時，石頭相對於地麵的速度就是80千米/時。就這麽簡單，任何人都可以驗證。這被稱為速度加成。
但是，如果騎馬的人扔的不是石頭而是光子，換句話說，如果他點亮一支手電筒或發出一小束激光，那事情就徹底改變了。運動物體產生的電磁現象充滿陷阱，因為光在真空中的傳播速度是恒定的，永遠都是c，沒有什麽能比它跑得更快。
在這一點上，我們陷入了兩難的困境：要麽放棄光速恒定的假設，要麽承認騎馬者的時間和空間被扭曲了。隻有這樣，我們才能解釋盡管激光發生器以與馬相同的速度運行，但是光的傳播速度並沒有增加——每秒走過的距離還是一樣的。從外部看，騎馬者的空間被壓縮而時間被拉長了，也就是說同樣的表在他的手腕上比在通過望遠鏡觀看他比賽的人的手腕上走得要慢。
這讓人感到詫異又困惑，因為我們從未見過這種事，但如果我們能以醫院的X光機發出的電子的速度運動，就不會如此驚訝了：看到周圍的一切發生變形將會是我們經驗的一部分，發現各個鍾表顯示的時間相去甚遠也不會感到奇怪。但沒有人有過這樣的經曆，因為我們太重了。
相對論給了牛頓的絕對時間一個極其沉重的打擊。時間不僅不再是固定不變的，而且不再獨立於空間。時間和空間緊密相關，二者都取決於物體的速度。在外部觀察者看來，時間在運動方向上被拉長而空間在運動方向上被壓縮，而且這兩種現象緊密相連，因為隻有這樣，光速才能在所有慣性參照係中保持不變。對於宇宙中所有可能的觀察者來說，不再有一個統一的時間。
其後果令人震驚：在某個參照係中同時發生的事件，在另一個參照係中可能就不會同時發生。牛頓的絕對時間就這樣被分解成無數個局部時間，打亂了我們想象中的那個有序而自洽的體係。運動中的觀察者看到的一係列先後事件，在局部可能是同時發生的。
這種先後順序的差異可以大到什麽程度？未來會先於過去嗎？因果律是否也可以推翻？
還好這些都不會發生。先後、因果之類的順序不會被打破。任何遠遠看著地球的觀察者，都不會先看到我和兒女們玩耍，再看到我父母之間的第一個吻。這種保護也來自光速不可超越，任何東西的速度都不能超過c。如果在看見原因之前看見結果，比如在看見克裏斯蒂亞諾·羅納爾多射點球之前就看見球進了，那就意味著進球這個動作是超光速發生的。這是相對論不允許的，就算是最好的球員也不行。這一限製導致在任意慣性參照係中每個觀察者都必定會先看到原因再看到結果。
狹義相對論的另一個結論是，對於有質量的物體，光速c是其速度極限。隻有沒有質量的東西，比如光子，才能以光速運動。有質量的物體或粒子可以無限接近光速但永遠不可能達到光速。如果持續對物體加速，它的能量會增長，表現為速度增加，但當速度無法繼續增加時，給物體的能量就會變成質量。接近相對論性速度時，任何物體的質量都會激增：能量和質量其實是一體兩麵，E=mc2 。
好像這些打擊還不夠狠，10年之後，愛因斯坦又打出第二擊，也是致命的一擊。
狹義相對論中的時間和空間緊密相連，不可分割，形成一個連續的四維結構，即所謂“時空”。這一新概念的首次陳述來自年輕的立陶宛裔數學家赫爾曼·閔考斯基。1908年9月21日——也就是他因急性闌尾炎去世的前幾個月，在科隆舉行的“德意誌自然科學家與醫生大會”上，閔考斯基介紹了自己的想法。他很明確地指出了“時空”的結果：“從此以後，單純的時間和單純的空間都將不複存在，消失得隻剩殘影，隻有二者的結合才會保有獨立的真實性。”傳說在臨終的病**，在腹膜炎造成的陣陣劇痛的間歇，他還在做筆記、演算，以發展自己的理論。
融化的鍾
利加特港是西班牙加泰羅尼亞的一個小村莊，距離西法邊境隻有幾公裏。1930年到訪時，達利就深深喜歡上了那裏，他買下了一座漁民的小房子，和加拉一起搬到那裏生活。加拉是他對伴侶及靈感繆斯埃萊娜·伊萬諾夫娜·迪亞克諾娃的愛稱。兩人都和超現實主義有著很深的淵源，加拉在和達利在一起之前曾是詩人、作家安德烈·布勒東的妻子，正是他於1924年開創了這一藝術流派。超現實主義者深受弗洛伊德心理學著作的影響，在作品中著力表現潛意識世界，發展出了無意識技法，畫中仿佛夢境，以抵抗理性對表達的控製，讓夢的靈感自由發揮。
1931年，達利在麵向大海的家中畫了一幅小尺幅畫，麵積隻有24厘米×33厘米，這幅畫後來成了他最著名的畫作之一。畫的背景是利加特港的海景，荒涼的沙灘上，礁石沉浸在一片透明而傷感的光線中。前景中有一個幾何形狀的東西、一棵枯樹、三個軟化變形的鍾，它們好像還在走著，每一個都顯示著不同的時間。還有一個倒扣的鍾，上麵爬滿了螞蟻。地上有一個不甚清楚的形狀，可能是畫家側麵自畫像的一部分。很長一段時間內，這幅畫的標題都是“融化的鍾”，後來達利自己將其改成“記憶的永恒”，今天，該作品就以此名在紐約現代藝術博物館展出。
數年後，達利半開玩笑地解釋這幅畫的由來，說“融化的鍾”是某天晚上和加拉一起吃飯時想到的。那天，兩人享用了上等的法國卡芒貝爾奶酪。拿起畫筆和調色盤之前，他對這種著名奶酪柔軟的、近乎液化的外形研究了很久。在1935年冬季發表在《牛頭怪》雜誌上的一篇文章中，達利說道：“時間是最典型的虛幻、超現實維度。”這和閔考斯基去世幾個月前所說的話如出一轍。達利一直對科學上的新進展感興趣，他閱讀了關於相對論的科普文章，還曾想和愛因斯坦見麵，就像和弗洛伊德見麵一樣。盡管會麵從未發生，但達利生活的時代，確實是相對論的相關發現和知識超越專業小圈子的時代。
1915年，愛因斯坦從閔考斯基的四維時空出發，擴展了自己之前的模型，創立了廣義相對論：質量和能量扭曲了時空，這種扭曲產生的效果就是我們所說的引力。
隻要是有一定能量或質量的地方，時空便會被扭曲。扭曲的程度取決於能量或質量的大小，當時空發生扭曲時，周圍的物體會遵循扭曲形成的新幾何體來運動。擁有巨大質量的太陽扭曲了四維時空，形成一個類似“洞”的東西，地球便圍繞它運動。這是看待牛頓萬有引力的新方式。
廣義相對論不止這些，因為時間也會發生扭曲。通過扭曲時空，質量和能量也在局部改變了時間的流動。空間扭曲得越多，時間就越膨脹。大質量附近的引力場越強，時間流動得就越慢。
牛頓的絕對時間化作了萬千微塵，無數局部時鍾組成了一隻萬花筒，不僅不與其他事物同步，而且一直在變化。宇宙中每一點都有特定的扭曲程度，具體曲率取決於每一時刻整個宇宙相對於這一點的能量和質量分布。時間在宇宙中的每一點都以不同的節奏流動，這種流動隨位置和時刻的變化而改變，並由整個宇宙動態變化的能量和質量分布來決定。
廣義相對論給了牛頓的絕對時間一記絕殺，讓它從此倒地不起。
非凡的精確
但為什麽這一切我們從未發覺？因為在日常生活中，這種相對差距實在太小了。沒有人能以接近光速的速度運動。30萬千米/秒的速度實在太快了，快到我們都沒什麽概念。也許說成10億千米/時我們能更清楚一些：以這樣的速度1秒就可以繞地球7圈多，或者飛到月亮上去。
國際空間站（ISS）的宇航員以28,000千米/時的速度繞著我們運動，但就連他們也不會受明顯相對論效應的影響。因為高速運動，他們每在空間站待1年，就會使生命延長10.4毫秒，但因為空間站在離地表408千米的地方，那裏的引力場更弱，時間過得更快，所以每年會少1.4毫秒左右。總體算起來，每在軌道上過1年，就會多出9毫秒的生命。意大利宇航員薩曼莎·克裏斯托弗雷蒂已經在國際空間站待了6個多月，所以她多得了大約5毫秒的時間。不過計算歸計算，要驗證這一多得的時間卻很難，因為在軌道上，宇航員的身體要經受宇宙射線和微引力帶來的很多考驗，這對身體的傷害肯定超過了相對論帶來的好處。
如果相對論效應對於我們能造出的最快的宇宙飛船都如此微弱，那對於日常生活的各個方麵就完全可以忽略不計。不過最近幾十年，我們已經可以非常精確地測量相對論效應，並詳細驗證愛因斯坦的預測。
周期性現象一直被用來度量時間：脈搏、太陽東升西落、鍾擺的振**等。在時間度量史上，從鍾擺式機械鍾到石英鍾再到原子鍾，隨著度量所用物理現象的頻率越來越高，度量精度也越來越高。20世紀初的科學革命為我們提供了探索和理解原子係統特征現象的工具。正是在原子係統中，我們找到了頻率極高的周期變化，其節律比之前用於計時的任何自然現象都更加規律和精確。
最早的原子鍾於20世紀50年代前後被研製出來後，很快就成為度量時間最準確、最穩定、最可複製的工具。
將稀有金屬銫的原子冷卻到接近絕對零度就可以獲得非常精確的周期性振動：在合適的外部刺激下，銫原子的電子會不斷改變能級，然後再迅速恢複到原來的狀態。其躍遷頻率是如此精確，以至在1967年，科學家們決定以此來重新定義秒。要了解量子躍遷的情況，隻需記住，一個好的石英鍾一年會有幾秒的誤差，而原子鍾幾百萬年才會有1秒的誤差。最近還出現了一些實驗性原型，它們150億年才會有1秒的誤差——150億年比宇宙的年齡都長。
進一步提高時間度量精度的努力還在不斷進行著。為什麽會如此執著？因為在物理學曆史上，每次找到一種更精確的時間度量方式，就會有其他的基本發現。比如，有些人就想要借此驗證物理基本常數是不是真的恒常不變。新設備的極端精度也讓我們可以驗證電磁學、引力、量子力學的基本原理。
美國科學家大衛·維因蘭德走在這項研究的前沿。他和法國科學家塞爾日·阿羅什共同獲得了2012年的諾貝爾物理學獎。維因蘭德想利用陷俘離子在超冷係統中極快、極穩定的轉變，借助量子力學性質製造出比最好的原子鍾還要精確的時鍾。
其研究十分有前景，甚至可以做到幾十年前無法想象的測量。維因蘭德用他的量子鍾測得了設備升高幾十厘米時引力場的減弱。這也可以算是圓滿了，因為在用空間度量時間幾千年後，現在我們也可以用時間度量空間了，即利用廣義相對論引起的微小時間差，我們可以測量出桌子上物體的高度。
用相對論賺錢
利用第一個原子鍾的精度，我們可以詳細驗證愛因斯坦提出的時間效應。狹義及廣義相對論預言，同樣的鍾在兩架相對飛行的飛機上走時不一樣，在都靈和在海拔3250米的阿爾卑斯山的羅薩高原上走時也不一樣，這些都已被觀測到。
而對全球通信係統的發展而言，修正相對論效應引起的時間誤差更是無比重要。當1915年愛因斯坦寫出廣義相對論時，沒有人會想到100年後穀歌能利用它賺得盆滿缽滿。
我們的地球被許許多多各種用途的衛星圍繞著。有一些衛星讓我們可以打電話、接收世界各地的電視信號，有一些用於觀測氣象或給世界上各個地區拍照以探測資源、預防火災，還有一些則是太空軍事情報體係的一部分。有一些特殊衛星構成了衛星網絡，來監測交通工具的移動，保障航空航海的安全。有一些衛星提供全球定位係統服務（GPS），讓我們可以在地圖上看到車輛或手機的位置。這張全球衛星網由幾千顆衛星組成，它們位於高300到36,000千米左右的軌道上。後者正是同步衛星的軌道，這種衛星繞地球一周剛好24小時左右，所以它在天空中的位置看起來是固定不變的。近年來，又有了利用微型衛星網絡讓世界上任何地方都能接入互聯網的計劃，因此，同步衛星的數量也勢必越來越多。
在如此複雜的係統中做到通信同步是一個相當大的技術挑戰，而且人們很快就發現，要做到這一點必須要修正時間的相對論性誤差。衛星在軌道上高速運動，且處於相對於地麵基站更弱的引力場中——這兩個因素導致必須要做一些修正，否則許多功能都無法實現。尤其是定位功能，因為所有定位係統都基於無線電三角測量，如果不修正各個位置的信號到達時長，目前的精度（在軍用係統中甚至能精確到幾厘米）就會大大下降，那這個昂貴的係統也就完全失去了作用。
目前的GPS係統基於由31顆衛星組成的網絡，分布於20,000千米高的近圓形軌道上，其分布使得任何時刻從地球上任意地點都能看到至少3顆衛星。通過精確測量衛星發出的無線電信號到達接收器的用時，可以用三角測量法定出接收者的位置。每顆衛星上都載有原子鍾，並以非常精確的方式進行同步。因為要使GPS發揮作用，需要考慮很多因素，其中就包括相對論效應。衛星圍繞地球運動的速度會導致每天慢大約7微秒（1微秒即百萬分之一秒），而較弱的引力場則會導致每天快大約45微秒，因此總體快38微秒。如果不修正這快出來的38微秒，那一天就可以差出幾千米，係統也就無法使用。總之，我們每次使用穀歌地圖時都要懷念一下愛因斯坦，沒有他，也許我們永遠都見不到約好的人，找不到好朋友推薦的那個隱秘小館。
大哲學家和小紅帽
在成為科學研究的對象之前，時間和空間的關係從古典時代起就已經是哲學思考的重中之重。盧克萊修的《物性論》就曾明智地斷言：“若與事物的運動分離，時間便無從說起。”而事物的運動正是在空間中進行的。沒有人探索過時間之外的空間，也沒有人測量過空間之外的時間，所有時間測量都必然在空間的某處進行。不考慮空間而構建時間是不可能的。
然而，以前對這種聯係的認識一直顯得很微弱，與我們今天的認知非常不同。因此，以我們今天的知識來看，昔日偉大思想家之間的雄辯似乎隻在於深海微瀾了：關注表麵的波動，集中於無限的細節，卻對波瀾之下湧動的深淵毫無了解。
偉大的哲學家、科學家、與牛頓同為“微積分之父”的戈特弗裏德·威廉·馮·萊布尼茨也曾論說過時間，不過他一直不相信牛頓的絕對時間說，並對之進行了激烈批駁。萊布尼茨認為，時間代表先後秩序，而空間代表存在秩序。對他來說，不可超越物質、真實存在的世界及思維來談時間和空間。這一立場非常現代，卻遭到了康德的質疑。康德將時間和空間歸於“先驗”，從而支持了牛頓的概念，這一概念一直主導著現代科學，直到20世紀初。在此之前，就連史上最敏銳、最嚴謹的頭腦，也未曾大膽設想過時間與空間的結合是如此緊密，甚至形成一種新的物質結構。
愛因斯坦帶來的改變是徹底的，舊框架從此被打破，一去不複返，就好像盧齊歐·封塔納用史丹利美工刀劃破《空間概念》的畫布一樣。封塔納以此告訴我們，畫布之下還隱藏著另一個維度，一個在傳統畫作中完全看不到的維度。相對論也一樣，讓我們瞥見了更深刻的時空聯係，而那些發現讓我們無比驚訝。
人們不能設想沒有空間的時間或時間凝固的空間，但還有更深層的東西有待發掘：時間和空間緊密相連，分開了就什麽都沒有了。時空不可割裂，其聯係是本質的、原生的、不可消滅的。
更令人驚訝的是，時空也不能與質能分離，它們都是我們這個宇宙的基本組成成分，並深深地交織在一起，無法想象它們會獨立存在。時空是一種物質結構，會變形、振動，並能向很遠的地方傳播能量。質能決定了時空如何扭曲，而時空決定了在其中的物體如何運動、時鍾如何走動。
牛頓以其絕對時間將我們放在了一個精妙的、完美統一的機械中心。這個巨大而複雜的機器掌控著宇宙的運動，所有部件和諧、平衡、步調一致，讓我們感到安心。但現在，這一切都被打碎了，變成了一個高度混沌的體係，秩序和規則在本質上也變成了局部的、暫時的。宇宙中的任何一個事件，都被困在自己的光錐之中，限於自己局部的過去、現在、未來，經曆著與其他所有事物都必然不同的時間。完美的機械破碎成千萬片，就像一隻巨大的萬花筒。
這令人茫然，但也不禁讓人想起約翰·多恩在1611年寫下的著名詩句：“一切都已破碎，所有的關聯都已消失。”這個與莎士比亞同時代、伊麗莎白時期的詩人，以此表達了哥白尼和伽利略的新科學給他帶來的惶恐，因為這種新科學動搖了幾百年來都被奉為圭臬的宇宙認知。
一說到時間流逝，人們自然就會想起赫拉克利特的河流之喻：“人不可能兩次踏進同一條河，也不可能兩次觸碰同一狀態的會死之物，變化的迅速導致聚聚散散，來了又去。”而愛因斯坦的“時間之河”卻炸裂成無數的獨立時間。不過，幾千年來我們可以忽略這一切，因為我們是宏觀物體，生活在恒定的引力場中，以微不足道的速度運動著。總之，現代物理學讓我們了解到時間問題下隱藏著矛盾交織的迷宮。為了走出去，我們要理解時間是如何在遠離我們的世界裏運行的：在粒子加速器才能探索的極微小尺度上，以及在最強大的望遠鏡才能觀測到的巨大維度上。
就像小紅帽一樣，我們要穿過危機四伏的森林。出發時也許會惶恐，但也向往著不斷有新的發現。也許我們會深陷概念織成的密網，也許還會遭遇危險，也許要靠勇氣和毅力去麵對讓我們暈頭轉向的景象，也許會迷失而找不到回家的方向。更讓人不安的是，我們清楚地知道沒有獵人來保證完滿的結局。不過，雖然我們會遠離日常生活中令人安心的確定性，但等我們到達冒險的終點，就會收獲一種新意識，它會讓我們變得更強大。
拿上你的小籃子，披上紅色的小鬥篷，和我們去林中一探究竟吧。