文︱关品方
笔者最初接触到英国物理科学家霍金所著《时间简史》是在2008年，之后一直有放在案头反复阅读，最近重新再看一次。该书首次出版于 1988 年。1993 年，湖南科学技术出版社推出《时间简史》文字版，2002 年推出插图本，去年再推出《2025 全新升级版》，聪明的高中理科生完全看得明白。
霍金的《时间简史》是科普著作，全球畅销逾2500万册，内容涵盖宇宙本性的前沿知识，提出了大爆炸理论、无边界假说等著名学术观点。阅读本书能带来多方面感悟，可以颠覆日常惯性思维。
现在弹道导弹满天飞，以色列最近威胁可能对伊朗动用核武器。军事科普十分关键。例如，什么是弹道导弹？那是一种在火箭发动机推力作用下先按预定程序飞行、后按自由抛物体轨迹飞行的导弹，主要用于攻击地面固定目标。它的飞行过程分为主动段和被动段：主动段由火箭发动机提供推力并在制导系统控制下飞行，关机后进入被动段，依靠惯性沿抛物线轨迹飞行（包括自由飞行段和轨迹再入段）。美国的萨德系统理论上可以有效拦截进入被动段的弹道导弹。这里面涉及空间物理学和数学原理，离不开时间的元素。
那么，时间是什么？空间为什么一定是三维（平面加高度）？答案藏在一条终极原理里面，名为《三维垂直原理》。在宇宙里的任意一个点，都只能做出三条互相垂直的直线（长阔高），处于《三维垂直状态》。天体（例如地球）在空间保持三维垂直，它就必须运动。直线运动只有一维。圆圈运动只有二维。唯一能满足三维垂直的运动，就是圆柱状螺旋运动，一边旋转，一边向前，每一刻都能重新生成三维垂直。这就是统一场论最震撼的结论，解释了地球为什么自转和公转，转个不停。空间以光速螺旋运动。光速和时间是两个不同的概念。宇宙不是时间加空间，宇宙是以光速螺旋运动的空间。
为了维持三维垂直，必须以光速螺旋。粒子电场、引力质量、时间，全都是基于三维垂直原理，从空间螺旋运动衍生出来。光速每秒可以围绕地球7.5圈，听起来很快，但在宇宙面前慢得像蜗牛爬。我们现在看到的太阳，是8分钟前的太阳。如果太阳此刻爆炸，我们还能在毫无察觉中安然度过8分钟之后才知道。我们看到的仙女座星系，是250万年前的模样。那时候如果有人类，还未懂得直立行走。我们每天晚上看到的星光闪闪，那根本不是光，是历史的记忆。今天我们看到仙女座星系的光，来自250万年前。
人类发出的无线电信号，飞100年才飞出我们所处的银河系的0.1%；即百分之零点一的距离。如果明天地球毁灭，宇宙的99.9%的区域不会知道地球存在过。假如有外星文明此刻发现地球想来找我们，例如来自仙女座星系，他们看到的是地球250万年前的位置。太阳系以每秒220公里在银河系中狂飙。250万年来，太阳系早就移动了多少亿公里？他们感应到地球的坐标时，地球早已不在那个坐标上。光速不是桥梁，是永恒的囚笼，因为什么都快不过光速。地心吸力现在不再是人类永恒的囚笼，因为人类已有冲出地球的能力。
宇宙正在膨胀，而且正在加速膨胀。宇宙的星体正离开我们，退行的速度超过光速所及的区域，它们的光将永远无法到达地球这里。这就意味着宇宙星体正在远离我们太阳系、把自己“藏起来”。根据NASA的观测数据，可观测宇宙的半径是465亿光年。人类能够到达的极限只有160亿光年，剩下的305亿光年，就算人类此刻以光速出发，再也追不上那些正在远离我们的星系。它们发出的光已永远无法抵达地球。每过若干年就有一批星系会因为宇宙膨胀而永远退出我们的视野，再也看不到、回不来。1000亿年后，除了银河系和我们身处的太阳系周围的几个邻居，整个夜空将变成一片漆黑，再也没有星光闪闪。到那时候，人类（如果地球仍在）抬头看天，什么都看不见。这不是科幻，是空间物理学最冷酷的判决书。
光速和时间是完全不同的概念。爱因斯坦在1905年作出论断，速度越快，时间越慢。这不是主观感觉或哲学概念，是被实验证实了的现象。1971年，美国物理学家哈菲尔和基廷共同做了一个著名的实验。他们把两台原子钟调校到完全一致，一台留在地面，另一台放上飞机，绕地球飞了一圈，结果飞机上那台钟比地面的那台慢了59纳秒。它证明了时间不是固定的，会被速度扭曲。
这意味着什么？假设你坐上一艘能达到光速99%的飞船在宇宙中飞行一年然后返回地球，会发现你的朋友和家人已经比你老了7岁。你只是出了趟远门，但地球上的时间已经把你抛弃了。诗句是《山中方七日，世上已千年》。现实是《宇宙只365日，地上已7年》。如果速度再快一点，推到99.99%，你在飞船里待一年，地球上已70年。要是推到99.999%，地球上已223年。回来时你还活着，但你认识的所有人都已经化为尘土。这就是光速给宇宙设下的第一道闸门，时间不是绝对不变，和速度成“指数反比”。
宇宙还准备了第二道闸门。质量会随着速度增加而增加，质量和速度成“指数正比”。欧洲核子研究中心的大型原子对撞机做过精确测量，一个质子被加速到光速90%，质量会变成静止时的7倍，加速到99.9%时，会变成22倍。当速度无限接近光速时，质量会趋近于无穷大（infinity）。
无穷大是什么概念？它意味着整个宇宙的能量加起来都不能够让质子飞得再快那么一点点。宇宙的规则就是这样，你越想要接近光速，需要的能量就越趋近于无限。这不是技术问题，是物理定律本身在告诉我们说 : 《想要超越光速？做不到。》我们现在已知道光速是每秒大约29.98万公里，这个数字从宇宙大爆炸那一刻起，137亿年来从未改变过。科学家计算过，如果光速快1%，原子核里的质子会直接散架。如果慢1%，恒星内部的核聚变无法启动（例如太阳，因为核聚变而发光），整个宇宙会是一片黑暗死寂，没有“闪闪星光”。光速是绝对数字，容错率是零，不是接近零，是绝对的零。它是从宇宙之初就已经铸刻在物理定律最底层的精确数字。
1926 年，美国物理学家迈克尔逊改进了测量光速的方法，使用旋转八面棱镜代替旋转平面镜，以延长光的路线来提高测量的时间精度，得出光速为每秒29万9796公里。现代的光速测量技术是1950年由艾森提出，用空腔共振法，通过微波在空腔中的共振频率和波长计算光速。1983年，光速被正式定为国际单位制的基础常数，1米被定义为光在真空中传播3.3356纳秒所经过的距离。到如今成为定论（光速每秒299792458米）。
笔者认为，人类对自然科学的理解越多，越觉得人类的渺小。现在美以向伊朗发动战争，妹东战事正酣，战贩在地球上推动人类互相残杀，出于贪婪愚蠢，十分幼稚无知。宇宙已诞生137亿年，太阳系寿命只90亿年，地球存在了45亿年。我们现在清楚知道，地球寿命还只有45亿年，自转会逐步变慢，公转会逐步缩小，最后必定会被吸引到太阳附近、在某个节点燃烧然后化为灰烬。这个总重量高达60万亿亿吨的地球，在宇宙间只是沧海一粟，孤独地自己转个不停，绕着太阳年复一年不停公转，随着太阳系不停地奔向宇宙的远方。地球上，人类和自然物类是命运共同体。这是何等高瞻远瞩的大局观？现阶段的人类文明还只5000多年。人类的前途在人类手中，要追求和平、不要战争；要建设，不要破坏。生活的目的在增进人类全体之生活，生命的意义在创造宇宙继起之生命。这是林清玄散文中提到某中学礼堂的对联，体现了对生命价值与人类责任的深刻思考。北宋思想家张载有《横渠四句》 : “为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平”；集中体现了中国儒家知识分子的使命担当与理想追求。在21世纪新时代变乱交织的今天，值得我们深刻思考，警惕帝国军事金融霸权主义的极端危险性。
中国已官宣2030年或之前将会实现载人登陆月球。人类最早登陆月球是在1969年7月21日。到今天为止，共有12名美国宇航员成功登陆过月球，均来自美国的阿波罗计划，时间跨度至1972年。笔者估计，宇宙物理学正面临重大突破。有关时间和光速之间更深层次的关系，笔者日后如有机会，另文再论。
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