本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛黎明时分，当光线照进的洞穴时，远古的祖先醒来体验了一种似曾相识的感觉。有人灵光一现，意识到了自然界固有的周期性——太阳再次升起。几千年前的这一天，人类对时间的永恒追求开始了。如今我们知道黑夜和白天是地球自转，春夏秋冬组成的一年和地球公转有关，月份和月球有关。手机时间网络同步，网络时间和原子钟同步。时间非常精确，地球上所有人的时间流速都是相等的，即使有钱你的时间也不会比任何人快上一分半秒。随着科技的日益发展，我们发现地球的公转周期正在逐渐的改变，恐龙时代的地球自转速度比今天要快，月球不停地利用潮汐力再帮地球自转“踩刹车”。如果地球自转一圈不再是24小时，而是22小时，10小时会怎么样？显然天体的运动周期不能再用作计时标准了。那么时间到底是什么？是一个固有的自然物理法则的实体，还是一个虚构的、人类创造的。经典物理亚里士多德认为时间是运动的属性，是变化的尺度。对他来说，时间不是自己存在的。他把时间称为“连续运动的计数”或“前后变化的次数”。他认为，由于时间本质上是对变化的衡量。由此人们开始逐渐有了速度的概念，即物体运动变化快慢。何为快，何为慢？你坐在小车高速行驶，小车认为你是静止的。你说慢，马路和路人觉得你和小车很快。因此就涉及到了观察者，或者说参考系，速度是相对的，对于不同观察者来说速度不同，即相对性。伽利略把相对性发挥到了极致与牛顿定律统称为经典物理。那么速度是相对的，时间是相对的吗？我们先假设一下，如果时间是绝对的，独立的存在的，一往无前向前流逝的，均匀的。那么就像牛顿在《原理》中写到的：绝对的、真实的、数学的时间，从它本身的性质来说，是平稳地流逝得，与任何外在的事物都没有关系，因此与时间的任何变化或测量方式(如时、日、月、年)都没有关系.那么时间就和空间的三维不存在关联，是一个独立的维度。在绝对时间观中，宇宙空间中此时此刻发生的所有事情都是同时发生的。那么思考一个问题：1万光年外的一个星球上，有人此刻打开了一瓶可乐，你在地球上也打开了一瓶可乐，你们互相通过遥远的距离，或者说望远镜看着对方，你打开的瞬间，他打开了吗？这个问题在如今很好解释，如果在你俩中间，也就是5000光年距离中有一个人，同时看着你俩，你俩打开汽水瓶的事情是同时发生的，因为光携带着你俩的信息同时传到了它的眼中。对于你来说，此刻你打开汽水瓶和他打开汽水瓶并不是同时发生的，你需要等待1万年，光才能把他开打汽水瓶的信息传达到地球，而对于他来说也是如此。如果按牛顿的理解，光需要具备一个条件：光速是没有上限，你打开汽水瓶，光可以秒传到宇宙中所有的角落。这样的事情显然不可能，因为光速并非无限，因此它打破了同时性。不过，不仅仅是如此！相对论我们再说长短，身高，宽窄，我们用的是尺度进行度量，有的用英里、有的公里，不过我们能统一它们，或者说换算它们，因为我们定制了一个统一的标准。1厘米，1米的长度是定死的，甚至是质量等各种单位都一样。我们可以说宇宙有一颗半径10公里，重达100吨的陨石朝我们飞奔而来，在外星人看来，他们也会说10公里半径、重100吨（星球间的单位换算之后意义是一样的，就好像我们用人民币、英国人用英镑）的陨石飞向地球。但是如果问到速度，答案会完全不一样。比如：他们的星球和陨石的速度一致，方向相同，那么陨石对于他们来说就是静止的，对于地球来说则是运动的。如果我们要统一时间，我们也需要一个固有的、永恒不变的量。假设宇宙存在中心，中心上有一个相对于宇宙绝对静止的小石头，那么宇宙中所有的速度都可以以它为参照物，那么任何物体运动变化就会有一个绝对速度。然而并没有这个小石块，宇宙引力错综复杂，暗物质、暗能量添砖加瓦，深入到微观世界小石头的分子、原子、原子中的电子、其他基本粒子都在运动。1905年，爱因斯坦提出了一种作为参考标准的“小石头”，即光的速度——光速C。一束光在宇宙中穿梭，如论是外星人、还是地球人看来它的速度都是一个定制，不会因为外星星球飞的快，光速就显得快（慢）。即使开着小车以无限接近于光速追着一道光，光也会以C的速度离小车而去，而路边的人看来光也是C，因此你们看到的光速都是一致的，这就是宇宙间速度的“标杆”，就像尺度的标准，即光速不变原理。我们带着光速不变原理，再来思考一下同时性：一个观察者坐在高速行驶的火车车厢的中间，而另一个观察者站在轨道边。火车车厢中央发出一道闪光，对于火车上的观察者来说，火车车厢的前部和后部与光源的距离是相同的。无论火车跑得多快，因为光速不变原理，光线会同时到达火车车厢的前部和后部。对于站在轨道边的观察者来说，火车车厢的后部正朝着发出闪光的地方移动(追赶)，而火车车厢的前部正远离闪光。由于光的速度是有限的，而且因为光速不变原理，对所有观察者来说在各个方向上速度都是相同的，所以光到达后部的距离要比到达前部的距离要短。因此，这些闪光会在不同的时间击中火车车厢的末端和前端。对车厢内的观察者来光前后同步达到，对外面的观察者来说不是同步的事件。最后对于以不同速度运动的观察者来说，这种观测时间上的差异被称为时间膨胀，这一切都是由“光速不变原理”造成的，它就像宇宙中的一把时间的“标尺”，告诉了我们时间也是相对的，并且时间和空间不可分割，光速不变原理联系起了时间与空间，因为说到时间就要提到这把时间的“标尺”，光速是一种物理量，而光本身和时间并没有什么必然的联系，并且光会在引力场中弯曲。}