隨著科學(xué)的進(jìn)步，很多曾經(jīng)被認(rèn)為亙古不變的認(rèn)知被一個(gè)個(gè)推翻。現(xiàn)在，輪到了時(shí)間和空間。理論物理學(xué)家說，它們并非宇宙中最本質(zhì)的東西，而來自更深層次的“無”中。
談?wù)摃r(shí)間、空間的第一位物理學(xué)家是近代物理學(xué)的奠基人牛頓。
他說，時(shí)間和空間皆是絕對的、神創(chuàng)的。不過，這一說法早被現(xiàn)代科學(xué)的兩大支柱——相對論和量子論——所否定。大爆炸宇宙論說，宇宙從奇點(diǎn)中涌出，它不僅創(chuàng)生了能量與物質(zhì)，也創(chuàng)生了時(shí)間和空間。
但是，關(guān)于時(shí)間和空間的特性，迄今還在探討之中。這兩者皆為存在的基礎(chǔ)嗎？或者皆不是？抑或，其中一個(gè)首先從某種東西中涌出？總之，我們迄今尚沒有一個(gè)可靠的結(jié)論。我們要在物理學(xué)中取得更大進(jìn)展，就必須獲得一個(gè)對“存在”真正有效的理論，它必須徹底了解時(shí)間、空間的特性。加利福尼亞大學(xué)的理論物理學(xué)家波奇斯基說：“為此，我們必須走向物理學(xué)的核心，當(dāng)我們找到有關(guān)描述宇宙中萬事萬物的方程時(shí)，最基本的量就會(huì)從中顯現(xiàn)?！?/p>
其實(shí)，時(shí)間性質(zhì)的分量遠(yuǎn)不止此，我們同樣碰到了宇宙如何誕生的問題。理論物理學(xué)家說，宇宙創(chuàng)生于奇點(diǎn)，他們用三個(gè)參數(shù)來描述這一過程，即光速C、牛頓引力常數(shù)G和普拉克常數(shù)h。宇宙學(xué)家認(rèn)為，光速C和普朗克長度皆為時(shí)間和空間的極限單元，即不可分割的最小單元。那么在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，怎么能有物理過程呢？此后所發(fā)生的宇宙性事件，不論是暴脹還是粒子湮滅，不都成了無源之水嗎？理論物理學(xué)家說，也許量子引力理論能解釋最初瞬間的過程。
其實(shí)，物理學(xué)家一直在追求大一統(tǒng)理論，也就是將支撐現(xiàn)代文明的科學(xué)基礎(chǔ)——相對論和量子論——結(jié)合起來?？墒沁@兩者無論在形式上還是內(nèi)容上都大相徑庭。愛因斯坦的相對論述及引力，在描述大尺度宇宙中成效顯著；而量子論描述全部自然力（電磁力、強(qiáng)核力、弱核力和引力），并給出了一幅微觀世界無比完整的圖像。
當(dāng)1905年愛因斯坦提出相對論時(shí)，他把時(shí)間和空間纏在一起，稱為時(shí)空。
運(yùn)動(dòng)著的測量者，其測量時(shí)空的結(jié)果也不相同，正如“這里”并不意味著同一地方。“現(xiàn)在”的意義也如此。加利福尼亞技術(shù)學(xué)院的理論物理學(xué)家卡魯說：“我們說的現(xiàn)在，沒有任何方法可使之轉(zhuǎn)移到阿爾法半人馬座上的一個(gè)人，使他也稱為現(xiàn)在?！?br>
1916年廣義相對論誕生，該理論認(rèn)為，大質(zhì)量客體彎曲時(shí)空，尺的長度和時(shí)鐘的走時(shí)，皆跟測量的引力場強(qiáng)度有關(guān)。
而在量子論中，事物顯得更奇怪。例如，一個(gè)電子動(dòng)態(tài)可以用一種波函數(shù)描述，后者是一種處在抽象空間中的數(shù)學(xué)形式。我們可以說出波函數(shù)如何在時(shí)間中演化，即從一個(gè)態(tài)演化到另一態(tài)。但在這幅圖景中，時(shí)間本身并非空間的組成部分。至于空間，其性質(zhì)依賴于所測量的對象。一顆繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子，其波函數(shù)將含有物理性空間的性質(zhì)，諸如電子至原子核的距離。
所有這些矛盾目前正在被揭開。科學(xué)界力求把這兩大理論相結(jié)合，以找到一個(gè)能在所有尺度上描述存在的偉大理論。
有雄心的嘗試之一是弦理論。該理論認(rèn)為，時(shí)空含有十維（一維時(shí)間），額外之維皆小到無法測量的程度。1997年，理論物理學(xué)家馬特賽那將極為復(fù)雜的弦論十維表達(dá)式（含引力）簡化成場處理的四維表達(dá)式，也含有引力。
在做如此變換時(shí)，一維的時(shí)間仍未改變，但空間變成一個(gè)在四維世界中的點(diǎn)。卡魯說：“這個(gè)例子，十分清楚地表明了空間不是基本的存在，它依賴于你所描述的世界。”
而波奇斯基對上述變換持懷疑態(tài)度。他認(rèn)為，弦理論中的時(shí)空跟我們宇宙中的時(shí)空大不一樣，我們的時(shí)空在幾何學(xué)上幾乎是扁平的，而弦論中的時(shí)空僅適于更彎曲的時(shí)空，也即這兩者最初與光線平行，然后慢慢發(fā)散。波奇斯基還提出了一個(gè)嚴(yán)肅的反對理由，即黑洞的暗黑中心連信息都要吞食，對此，量子論是禁止的?？墒?，量子論認(rèn)為，在信息逃出黑洞時(shí)會(huì)在視界邊上遇到一個(gè)高能輻射墻。而廣義相對論的看法卻相反，它認(rèn)為，任何東西路過視界時(shí)都不會(huì)碰到障礙，只會(huì)微微彎曲時(shí)空。若想使量子論無損，又否定“火墻”，就得為時(shí)空添加一個(gè)前提，即沒有任何東西的速度可超過光速。吉丁說：“事實(shí)上，正是這一問題的存在說明我們在概念敘述上可能缺失了什么?！?/p>
另一種嘗試被稱為環(huán)量子引力理論。它出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代中期，當(dāng)時(shí)，阿西提卡在量子論的框架內(nèi)重寫了廣義相對論的方程。物理學(xué)家斯莫林和魯佛力運(yùn)用該方程，構(gòu)建了一個(gè)帶有平滑結(jié)構(gòu)的時(shí)空。在該理論的時(shí)空中，若進(jìn)入10厘米至33厘米這一尺度，你將看到引力場線的環(huán)線之經(jīng)緯。
環(huán)量子引力理論很難應(yīng)用，不過，它對時(shí)空的特性倒是頗有見解。
吉丁說：“在計(jì)算理論方程中，以普朗克長度為邊的空間首先出現(xiàn)，繼而跳出時(shí)間。在可觀測的物理特性之間，時(shí)間居后?！边@跟霍金等人的看法頗為相似?；艚鹫J(rèn)為，根據(jù)相對論，時(shí)間和空間具有明顯差別，但量子理論可使這兩者的不同性質(zhì)被抹掉。在越來越接近宇宙始點(diǎn)時(shí)，時(shí)間就越具有與空間維度類似的特性。這種轉(zhuǎn)變并非出于突然，而是通過測不準(zhǔn)原理使時(shí)間的特性變得越來越模糊——時(shí)間并非突然涌出，而是從空間中逐漸滲出。
此外，吉丁還觀測了時(shí)鐘在不同的場（如引力場和電磁場）中走時(shí)的變化，兩種情況有所不同。他認(rèn)為，時(shí)間和空間似乎是從更深層次的某種東西中涌出的，“但不知怎么的，空間好像首先涌出，而時(shí)間是從被觀察的不同物理系統(tǒng)間的關(guān)系中跳出的”。
可是，我們至今都不知道那個(gè)涌出時(shí)間和空間的、更深層次的東西究竟是什么。持有此看法的人并非吉丁一人。在弦理論的研究中，馬特賽那也有類似的直覺。他說，空間是自然發(fā)生的，而相對論說空間和時(shí)間是相互纏住的?！霸谠S多例子中我們看到，首先出現(xiàn)的是空間，而時(shí)間再滲入空間。無疑，時(shí)間也是必將出現(xiàn)的?！?/p>
根據(jù)吉丁的計(jì)算，空間的概念也能從不同的物理位置上涌現(xiàn)出來。他說，這種空間概念也能跟系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，就如時(shí)間那樣，所以兩者皆非最本源的東西。
波奇斯基也在思考相對論的光速不變說。在他看來，這給了時(shí)空一個(gè)參照系，光線總是在一個(gè)“空間—時(shí)間單元”中運(yùn)動(dòng)。若畫出一幅時(shí)間相對于空間的圖像，那么光線就是該圖上一條不變的對角線。
波奇斯基說：“光線射入的方向既不是時(shí)間，也不是空間，我們稱之為‘無（null）’，它處在空間和時(shí)間之邊。有些研究者有這樣的直覺：從某種意義上說，這些‘無’的存在，可能要比空間和時(shí)間更為根本?！?/p>
在我們追求一個(gè)更偉大的理論時(shí)，是否有什么思想或直覺，把我們導(dǎo)向某個(gè)地方？目前物理學(xué)中的僵局，有點(diǎn)類似20世紀(jì)早期，當(dāng)時(shí)愛因斯坦的相對論尚未出現(xiàn)。正是他，把時(shí)間和空間聯(lián)系在一起，成為時(shí)空。今天我們在前進(jìn)中似乎遇到一個(gè)類似的難題，有許多存在的途徑可導(dǎo)向不同時(shí)間和空間的世界，而我們迄今只有很少一點(diǎn)線索可資證實(shí)。也許只有更加天才的科學(xué)家，才能給我們答案。
