第14章 即時通信（第3/6頁）

在伽利略的相對論中，兩個物體互相靠近的速度可以相加。比如，兩輛車做相向運動，每輛車的速度都是每小時50英裏，那麽從一輛車的角度看另一輛車，速度都是每小時100英裏，也就是兩輛車的速度之和。同樣，如果兩輛車以相同的速度同向運動，那麽從一輛車的角度看，另一輛車是靜止的。如果兩輛車沿同一路徑做同向運動，人可以輕松地從一輛車邁到另一輛車上去。

依照伽利略的相對論，在一個運動的人眼裏，光速要麽加快、要麽減慢，這取決於觀察者的運動方向。但是，愛因斯坦意識到這是不對的。光和其他所有東西都不同。不管我們以什麽速度向著光或者背著光運動，光速在真空中都是每秒299 792 458米。在分析光的運動時，相對論需要做出修改才能解釋光的特殊本質。當愛因斯坦為合理地處理光速問題進行計算時，他發現了一些奇怪的物理現象。這裏讓我們最感興趣的一個例子就是，在高速運動的宇宙飛船上時間會過得比較慢。

我們通常認為相對論非常復雜，解釋它的方程式肯定也繁復無比。對於廣義相對論來說確實如此，特別是計算重力的公式，就連愛因斯坦也需要數學家的幫助。但是，狹義相對論的計算公式則非常簡單。如果宇宙飛船上的時間為t，那麽地球上的時間就是t/(1–v2/c2)½（v是飛船的速度，c是光速）。飛船的速度越快，公式中的分母就越接近於零，地球經過的時間就越接近於無窮大。這至多是高中數學的運算水平。

我們甚至不需要計算就能知道光的運動對時間可能造成的影響，一個簡單的思想實驗可以讓一切清晰明了。假想一艘宇宙飛船正高速飛離地球，現在發揮想象力（在思想實驗中，我們需要想象力的參與），我們可以從地球上看到飛船內部。飛船裏有一個與眾不同的鐘表，這個鐘表由兩面鏡子構成，一面鏡子在飛船的天花板上，另一面鏡子在飛船的地板上。光束在兩面鏡子間來回反射，每反射一次，鐘表的秒針就往前走一格。事實上，勻速運動的光就是鐘表的計量單位。

現在，讓我們想象飛船正在以極快的速度遠離地球。假設在我們從地球上開始觀察飛船內部的那一刻，光剛好從天花板上的那面鏡子折射下來。在光到達地板上的鏡子的過程中，飛船仍在向前運動。所以，從地球的角度觀察，光並不是像在飛船內的人觀察到的那樣做垂直運動，而是走了一條更長的斜線：光反射的方向和飛船運動方向的矢量疊加。

基礎幾何學告訴我們，從地球角度觀察到的光反射斜線比從飛船內部觀察到的光線距離更長。如果光的運動遵循伽利略的相對論——比如，我們觀察的是飛船內從天花板射到地板上的一枚子彈——這一切就不是問題了，我們把子彈的速度和飛船的速度加起來即可。從地球的角度觀察，子彈的運動速度是飛船內子彈的運動速度和飛船速度的加總。子彈看起來飛得更快了，這可以解釋為什麽從地球的角度看子彈飛過的距離更遠。但是，光和子彈是不同的。

根據愛因斯坦的理論，光速是恒定的，不管光周圍的環境如何。所以對飛船上的人和地球上的人來說，兩面鏡子之間的光速是相同的。但對於地球上的人來說，光的運動距離更長。那麽，肯定有某個因素對飛船和地球來說是不一樣的，那就是時間。飛船上的時間必須變得更慢，只有這樣，從地球的角度觀察，光的運動距離才能比在飛船上觀察到的距離長。

飛船飛行的時間越長，飛船和地球的時間差就越大。如今離地球最遠並依然和地球保持通信的飛船是旅行者1號，旅行者1號的飛行速度遠不及光速，但是它的飛行時間已經足夠長，所以這艘飛船和地球有了1.1秒的時差。故事講到現在，一切都在情理之中。現在讓我們再往思想實驗中加一些東西，假設飛船上有一台安塞波或狄拉克發射器，這意味著我們可以即時將信號發送給飛船。由於從地球的角度看，這艘飛船上的時間比我們的時間慢一點兒，所以它會在我們發送信息之前就接收到信息，時間就這樣倒流了。

從飛船上的人的角度看，他們也會覺得地球上的時間比飛船上的時間慢。所以，如果他們用即時通信的方式往地球發送信息，信息也會在被發出前就到達地球，時光倒流再次發生。類似這樣的時光倒流需要建造一個自動的即時通信器，然後讓它以非常高的速度遠離地球飛行一段時間。一旦制造完成，這個即時通信器就成為信息的時光傳送機。

現在，讓我們用一些實際數字使以上的例子變得更具體。假設飛船的運動速度（v）是0.9倍的光速。飛船上的鐘已經工作一年時間了。依據狹義相對論計算飛船上的時間和地球上的時間的比率，也就是