科学论道八：

对相对论效应的重新解读

作者：zrming

要对“钟慢尺缩”效应进行解读，首先要对时间、空间的概念进行解析。我们生活在时间与空间之中，可是要对时间和空间来下个精确的定义，却几乎是不可能的。公元前二世纪的《淮南子》一书曾对时空作了一个不是定义的定义：“上下四方谓之宇、往古来今谓之宙。”

宇，即是上下四方的空间；宙，即是过去未来的时间。每个思维正常的人当然明白什么是上下四方，什么是古往今来，但是，这只是时空的描述，并不是时空的本质。我们也许会认为钟表上秒针“滴答滴答”着转动的，就是时间，也可能认为春去秋来，花开花落的就是时间。但这一切，只不过是时间的表象而已。那么，时间、空间的本质含义到底是什么呢？

看看我们用来记时的单位就会明白，时间只是对运动和变化的量度。我们把地球绕太阳公转一圈所需的时间定义为一年，把地球自转一圈所需的时间定义为一天。再把一天24等分，每一份定义为一小时。同样的，继续等分下去，可以得到一分钟和一秒钟的时间概念。我们生存的这个宇宙，大到天体、星系，小到原子、分子，无不处在不停歇的运动当中。为了描述和量度这些运动，时间概念自然应运而生。

归根结底，时间只是运动和变化的量度，或者说是一种人为的约定。我们可以假设，世界上所有的事物，包括星球、日月、空气、分子、原子等等一切的一切突然停滞，此时还会有时间概念吗？有人会说，就算这一切停滞了，我们还有思维啊，还是会产生时间观念啊！这样的说法即对也不对，如果我们还有思维，的确还会有时间观念，但是我们的思维是不是一种运动呢？

从物理层面上来看，思维与运动是相关的。

现代脑神经科学发现，人脑思维的时候脑神经会产生相当于一节5号电池百万分之一的微小电波。这一现象说明，构成神经细胞的原子的外层电子发生了吸收或放出能量的现象，而这种能量以能量的最小单位光子（或虚光子）的形式出现。也就是说，人的思维与电子吸收或释放光量子的行为相关。

一般成年人在平静的清醒状态时，大脑脑电波主要表现为α波（读作阿尔法波），这种波的频率约为8－13赫兹，即一秒中发生8－13次振荡。如果在睡眠时，思维较不活跃，脑电波的频率会逐渐下降，一般深度睡眠时的频率约为每秒钟4次左右。也就是说，我们在睡眠时意识仍然在运作，只不过比清醒时大大减少，约为清醒时的1/3左右。

以上是从科学的观点来分析，如果从佛家的角度来看，运动不仅是与思维相关而已，运动本身就是无明分别而产生的幻象。设想，我们能感知到运动，归根结底，是因为我们感知到了差异，这种感知到差异的性质，就是佛家所说的分别。

例如，我们判断一个小球发生了移动，一定是因为我们识别出其位置发生了变化，前一位置与后一位置必须能够相区别，如果前后位置无法区分，我们将无从判断运动是否发生。这种能够被区分的性质，就是佛家所说的分别。产生了分别，运动的概念随即产生。有了运动的概念，时间和空间的概念也同时产生。

有相续的分别，就产生了先后的时间概念，而分别的结果，就产生了空间的概念。从佛学上来看，所谓的“人”其实是一种境界，由于大家是“人”，所以大家的分别识速度相同，所以大家会有相同的时间和空间概念，也即是说，对于“人”这个境界来说，光速是恒定的。但是，如果境界改变，分别识的快慢也会有变化，相应的，“光速”、“时间”、“空间”等概念也会相应的变化。

比如说，从佛家的观点来看，人通过禅修可以控制自己的分别识速度，使自己的分别识变慢。所以，当人进入深入的禅定状态中时，对于修习禅定的“人”来说，时间会变慢。在《金刚般若研习报告》第17卷中，记载了当代禅学大师虚云老和尚的一则故事：

虚云老和尚是当代禅宗的祖师，有相当的禅定功夫。他常常打坐，一坐就是十天半个月，出定后觉得才几分钟。我们知道虚云老和尚生活很清苦，有一年过年时，他在自己的小茅篷里煮芋头，一边煮，一边打坐。有人到茅篷来看老和尚，向他拜年，看到他入定，就拿引磬在他耳朵边敲，请老和尚出定。

出定后看到有人来，老和尚就说：“你们来得正好，我刚刚煮芋头，大家一起吃。”结果一看，芋头都长毛了。他们说：“年早就过了。”老和尚说：“不会吧！我觉得才十几分钟。”他在定中感觉十几分钟，实际上过了二十多天。虚云老和尚常常一入定就是很多天，类似这样的事情很多。

以上故事所描述的情况，其实任何一位修习禅定的人都能够切身体会得到。在禅定中所体会到的时间变慢，是确确实实的变慢，并不是因错觉而引起的。在禅定中，人的所有机能都以变慢的时间来运作，因此，即使十天半月不吃东西，一样不会觉得饿，身体也不会有任何损伤。

不同的境界会有不一样的时空概念，这在佛经和一些民间传说中都有论及。民间常有“天上一日，人间百年”的说法。而在佛经中，这样的记载非常多，比如在佛经中记载，忉利天的一天相当于人间的一百年，而兜率天的一天相当于人间的四百年。从佛学的角度来看，时间的相对性是太平常不过了。

对于禅定中发生的时间变慢现象，我们还可以从科学的角度来进行分析。

前面介绍过，人脑在思维的时候，会产生放电现象，这就是脑电波形成的原因。意识的活动越激烈，脑电波的频率就越高，也就是说，电子释放或吸收光子的频度越大。在自然情况下，每份光子的速度和能量都是恒定的，电子与光子之间反应的频度就与电子的运动速度直接相关。

而电子的运动速度主要表现在电子围绕原子核的绕核运动上，当电子的绕核运动速度快，吸收或放出光子的频度也大。而电子的绕核运动速度，直接表征了时间的快慢。在一个系统中，如果整个系统内电子的绕核运动速度都变慢，那么这个系统的时间相对来说就会变慢。

如果我们拿一个正常运转的时钟放在这样的系统中，由于组成时钟的所有原子的电子绕核运动速度都变慢，在宏观上看来，时钟的指针运转也会变慢，因此反映为时间的变慢。但这种变慢，只有在两个系统的对比下才能看得出来。假如有人和时钟一起呆在这样的系统中，由于人体自身的系统也在变慢，意识的活动和反应与时钟的变慢节奏相一致，所以在这样的系统中，人并不能感知到时间是变慢的。

当我们有了这样的认知，相对论中的一些佯谬也就可以得到合理的解释了。我们首先来看“钟慢尺缩”效应。相对论告诉我们，当一个系统相对另一个系统高速运动时，高速运动的系统中，会发生时间变慢，空间缩小的现象。人们对此现象提出了多种解释，然而并没有从根本上解决问题。

对此，首先要说明的是，相对论的“钟慢”效应已经被许多实验所证实。如，在太空中运行的卫星，需要依据相对论原理来调整时间，否则卫星里的时间会与地面时间发生偏差。所以，对于把“钟慢尺缩”效应解释为观测效应或计算结果的说法，可以认定是错误的。那么，“钟慢尺缩”是如何发生的呢？

假设一个系统在以接近光速运动，这个系统中的原子、原子核、核外电子同样要以接近光速的速度运动。我们知道，电子总是在原子核外作绕核的圆周运动。当原子核在以接近光速运动时，电子依然要作绕核运动，但由于电子的运动速度受到光速这一绝对速度的限制，因此，在电子同样跟随原子核在高速运动的同时，绕核运动的速度必然减慢。

在整个系统中，电子的绕核运动变慢，宏观的表现就是系统的时间变慢。假设电子与原子核同样以光速运动，那么电子的绕核运动就将停滞，整个系统的时间也就停滞了。因此，当系统在高速运动时，电子的绕核运动速度会变慢，从而引起了“钟慢效应”，这一效应是真实发生的效应，并不是所谓的观测效应。

同样的原理，也可以解释“尺缩效应”发生的机制。

我们知道，电子具有的能量越大，电子的轨道半径也越大。当电子的绕核运动速度变慢时，说明电子的能量变小了，相对而言，电子的轨道半径也会变小。当整个系统的电子轨道都变小的时候，宏观上就表现为空间的缩小。

所以同样一把尺子，如果放在这样的系统中，相对于静止系统来说，其尺度一定是缩小的。可以设想，如果电子与原子核同样以光速运动，那么电子与原子核间的绕核运动停滞，事实上，电子与原子核的概念都将不存在，空间的概念也就随之瓦解。这就是“尺缩效应”形成的机制。

应该说，尺缩效应也是真实的效应，但与钟慢效应不同的是，尺缩效应无法测量。我们设想，在一个高速飞行的宇宙飞船中，作为观测主体的人，自身的尺度在与飞船内的尺子和整个飞船的空间在同步“缩小”，由于这种同步性，观测主体无法感知到空间的变化，因此也就不会认为尺子或空间在缩小。

当飞船返回地面，飞船系统又和地面系统保持一致，尺子仍然回复原来的长度，地面上的观测者同样无法判断尺子是否曾经发生过“尺缩”的现象。因此，尽管“尺缩效应”是真实效应，却是无法观测到的真实效应。

这种同步“缩小”却无法观测到的现象，与19世纪的科学家彭加勒提出过的一个思想实验所说的道理是一样的。这个被命名为“夜间倍增”的思想实验说的是，假如在夜间，大家都睡着的时候，所有的东西都增大了一倍，醒来的时候，人们能够感觉得到吗？结论是，我们无法察觉。同样的道理，若是我们处在一个“倍缩”的空间中，我们自己也是无法感觉到这种差别的，尤其是当光速也在“倍缩”时。

在相对论中，没有提到“光速”也会变化，但我们从佛学的角度看，高速运动的系统中，不仅会出现“钟慢尺缩”效应，同时也会出现光速变慢的效应。这是因为，在一个高速运动的系统中，人的意识会相对变慢，而分别识的速度对应于光速，所以在这样的系统中，光速自然也会变慢。

我们再看看前面提到的关于相对论的一些佯谬，看看从新的视角出发，能不能得出较圆满的解释。首先看光速绝对性的佯谬，在前面提到的未来警匪太空枪战的故事里，警察发射的激光束，在匪徒看来，会以怎样的速度从匪徒的窗前飞过呢？

如果以运动的相对性原理出发，警察发射的激光束，仅比接近光速飞行的飞船快一点，那么在匪徒的眼里，激光应该以非常缓慢的速度从眼前飘过。但依据相对论的光速绝对性原理，光在任何参照系的运动速度都是恒定的，所以光依然以绝对光速从匪徒的眼前飞过。两个原理似乎给出了相互矛盾的结论，那么，问题出在哪呢？

在这个故事中，警察与匪徒的飞船都在以接近光速的高速度在飞行，在警匪各自的系统中，系统内的电子绕核运动都发生了变慢的现象，警察与匪徒的身体、脑电波的频率、以及意识同样发生了变慢的情况。前已论述，分别识生灭的速度对应于现象世界中的光速，在高速运动中的警察和匪徒由于意识活动变慢，相当于分别识变慢，因此，在警察和匪徒眼里的光速也就变慢了。

当激光束从匪徒眼前飞过时，激光的确仅以较慢的速度超过匪徒的飞船，但由于匪徒的意识活动变慢，在匪徒看来，激光仍然是以“光速”在运动，只不过匪徒眼里的光速，已经不是在静止时，或者说，在匪徒的分别识没有变慢以前时的光速了。

这种警匪在太空发生高速追击的情况，我们可以想象为是发生于一部被慢放的三维电影中。对于警察与匪徒来说，他们自己意识不到一切节奏已经变慢，只有系统外，或者说，在三维电影外的人才能够判断出，这个系统内的一切已经变慢了。

在警察与匪徒看来，一切都没有变化，时间、空间、光速等等一切都和静止时是一样的。如果要检验一切都曾经变慢，正如前面所说，可以用警匪系统内的钟表变慢来加以验证。但是，对于空间缩小以及光速变慢这两个效应是无法被测量到的。

从以上分析我们可以发现，原本考验人们逻辑思维的光速不变原理，其实应该理解为是光速相对不变原理。即光速是相对于某一个系统内部而言的光速不变。从佛学的观点看来，光速不变是相对于观测者而言的。

对于不同的观测者，可以有不同的时间、空间、光速等概念。而对同一个观测者来说，不同的运动状态以及不同的禅修状态，都可以体验到不一样的时间与空间。只有基于这样的理解，相对论中的光速不变原理与运动的相对性原理之间才不会有矛盾，同时基于这种矛盾的佯谬也可以得到合乎逻辑的解释。

我们运用以上原理来看基于相对性原理所引发的双生子佯谬。

双生子佯谬主要是基于运动的相对性原理，即，运动是相对的，如果我们采用不同的参考系，那么对运动就会有不同的看法。例如，哥哥乘坐飞船在外太空旅行，相对于弟弟是高速运动。但哥哥同样可以认为是弟弟在相对于自己在高速运动，这两种看法，依据运动的相对性原理，都是可以的。但实际上，当双生子相遇时，只可能出现一种结果，要么哥哥比弟弟大九岁，要么弟弟比哥哥大九岁，或者两人还是一样的年龄，也就是说，相对性原理在实际运用当中是要受到限制的。那么，实际上，是哪种情况会发生呢？

实际上，我们判断是谁在作高速运动，不需要用另一个参考系作对照。如前所分析，高速运动的参考系中，电子绕核运动会变慢，这种变慢是相对于该参考系之前的状态而言的变慢。以作太空旅行的哥哥为例，哥哥的运动状态由在地球时的静止，加速至高速运动状态，在这一过程中，在哥哥的系统内，所有的电子绕核运动都变慢了。因此在哥哥的系统中，实质性的发生了时间变慢现象，而这一现象的发生与选谁作为参照系毫无关系。系统时间的变慢只与系统本身的状态变化有关。同理，弟弟由于一直在地球，运动状态始终没有变化，所以，对于弟弟来说，时间没有发生变化。很显然，在弟弟经过十年的时间后，与哥哥在地球上再次相遇，会发现哥哥比自己年轻九岁。这一幕，会真实的发生，并不存在佯谬。但是，在哥哥看来，也并没有占到时间上的便宜。在哥哥的系统中，一切都是以变慢的时间在运行，包括飞船、哥哥的身体、脑电波以及哥哥的意识。

因此，在哥哥看来，的的确确是只过了一年的时间。从这点上可以看出，所谓的时间、空间等等，仅仅是电子的不同运动频率在我们意识当中的反映，这种微观的变化在宏观上就体现为不可思议的时间变化。从佛学的角度来看，一切的变化其实仅仅是分别识的变化，所谓的运动，也仅仅是分别识所形成的幻象。分别识速度越慢，相应的电子绕核运动速度即会变慢，从而引起一系列的相对论效应发生。因此，从究竟上来看，一切变化都是分别识的幻象而已。

运用以上的原理，所有的相对论佯谬都可以得到合理的解释。这些无法合理解释的现象之所以称为佯谬，事实上是因为我们主观的感觉与现象之间发生了不可调和的矛盾。这种矛盾的根源就在于，我们习惯于用数学上的技巧去理解这些现象，比如在考虑运动的相对性时，总是习惯于选取一个参考系作为标准，却从没想过，人的思想意识，本身就与运动状态息息相关。因此，对各种效应的解读，必须以观测者自身的状态作为标准。而实际上，只有以自身的状态作为参照，才可能对所有佯谬现象作出合理的解释。

综合以上从佛学角度对自然科学领域的一些认知，我们大致可以得到以下一些结论：

时间、空间以及光的概念都是基于运动的观念才形成，而运动的观念来源于观测者的分别心。也就是说，时间、空间以及光等所有现象都是基于分别心生灭所产生的幻象。

时间、空间以及光等所有现象都是以观测者为中心，在空间上以光速向外拓展，在时间上不断延伸。

时间、空间以及光等所有现象只是相对于观测者而言的现象，这些现象的变化也只是相对于观测者之前的状态而言的变化。比如，观测者的时间尺度所发生的改变，只是相对于观测者在改变前的状态而言的改变，与其它参考系的运动状态无关。

以上从佛学原理对相对论的解说，可能会使人误解时间、空间等概念与分别识是线性相关的。其实时空的确与分别识紧密相关，但不一定是线性相关，在一定的分别识层次，时空概念将完全不同于我们所感知到的这个现象世界，而这些都不是任何科学或逻辑思维可以推测的，只有我们亲自去实证佛的理论，了悟宇宙一切实相后，才可能明了这一切。

我们从佛学的一些观点出发，对相对论中难以理解的种种佯谬现象作出了合乎逻辑的解释，可以说，对比佛学与科学的尝试获得了初步的成功。但是，佛学与科学的这种相似性，会不会仅仅是一种偶然呢？我们不妨再看看道家理论中有没有相似的论述。

感恩阅读全文，敬请关注下期精彩内容。