来源：科技眼

19 世纪英国作家查理斯·兰姆曾写道：“世间万物没有任何东西像时间和空间那样使我困惑。然而，因为我从来不去思考时间和空间，所以它们带给我的烦恼比任何其他东西都少。”我们的绝大多数人都不会去忧虑时间和空间，但却很想知道时间和空间是什么，它们从何而来。

早在17世纪，人们很少把时间和空间联系在一起，都以为时间和空间是相互分离的。时间在牛顿经典模型中是一根无限的“线”，或是两端无限延伸的“铁轨”，从无限的过去向无限的将来永远流失。时间被认为是永恒的，它独立存在于宇宙中发生的事物。而空间有可能是在几千年前以多少和现状相同的形态创生的，或者本来就有的。空间的最明显之处是它无限地向外延伸，是无边无际的。

20 世纪初，爱因斯坦研究发现，光速是恒定的，时间、空间与物质密切相关，时间与物质运动速度成反比。在此基础上，他提出的广义相对论，开创性地把时间和空间合并形成所谓的时空，认为空间和时间总是相互缠绕在一起的，而当空间诞生之后，时间也就诞生了。时间和空间的存在不仅不能独立于宇宙，而且它们之间也不 能相互独立，时空是弯曲的，是有形状的。时空曲率越大，时间随之变慢。至于时间和空间具体是什么以及什么时候产生的，这是科学家一直在探索的奥秘。

普遍接受的观点认为，空间和时间是在奇点大爆炸以后产生的。空间是大爆炸之后不断膨胀形成的，时间也是在大爆炸以后不断延续出现的。量子力学 理论认为，在大爆炸之前，没有空间，也没有时间，一切都处于量子状态。在 奇点大爆炸之前，奇点几乎是一个没有任何空间的无限小的点。真正的空间概念是从大爆炸之后才开始产生的。

科学家认为，在大爆炸之前，宇宙只是一个奇点，甚至都算不上物质。大爆炸之后，才产生了真正意义上的物质，而空间就是依赖于物质产生的，有了物质才有了一个可以衡量的边界和大小。空间就是随着物质的出现应运而生的。因此，空间是在奇点大爆炸之后产生的。

现代宇宙学理论认为，宇宙大爆炸“之前”没有时间可言，时间是奇点大爆炸的瞬间产生的。那么这个“一瞬间”是多少呢？科学家通过精密计算，这个瞬间就是10-43 秒的时间，这就是布朗克时间。这是迄今为止人类已知的最小时间单位，而且再也没有比这更短的时间存在了。

也就是说，在大爆炸之后的10-43 秒，时间便产生了（霍金，1988）。科学家通过对空间进行测量和计算，得出了宇宙的年龄为138 亿岁，这就是公认的宇宙的年龄数据。

在现实生活中，我们对于时间的理解似乎更有道理、更为透彻，甚至最有发言权。我们觉得时间是绝对的，是独立于事物而存在的。但按照爱因斯坦的 广义相对论，整个四维世界是由传统上的长、宽、高三个维度，加上时间维度结合而成的，这就导致在不同地方的时间往往存在差异的现象。

因此，我们普通人对时空的理解与科学家的思考角度是不同的。科学家对时空的理解是这样的：空间和时间紧密相连，时间依赖空间而存在。时间并不是以一种绝对的形式存在，每一个物体都有自己的时间维度，它们依赖于自己 所处的空间以及所进行的运动（布森特，2007）。

科学家试图用最简单的描述，来表达基于广义相对论的时空关系：在一条平坦的毛毯上放一个大铁球，那么在毯子的中间会出现下陷，这种下陷就类似于太阳在时空中产生的作用，大铁球会让毯子伸展和弯曲。

这时候，如果我们拿着一个小铁球从毯子上滚过去，小铁球在开始的时候会试图按照直线运动原理做运动，可是一旦它接近大铁球所在的地方，就会慢慢地滚向凹陷之中。对于整个时空来说，这就是引力的作用，而时间和空间在这个时候都是弯曲的，而两者之间也总是相互关联的，而不会独立存在（布森特，2007）。

为了更好地理解这种表述，美国科普作家比尔·布森特做了一个奇怪的假设。把三胞胎分别安放在高山顶上、地球表面、地下深洞中，如果排除一切外在因素（气候、食物、疾病、灾难等）的影响，那么变老得最快的应该是高山顶上的孩子，老得最慢的应该是地下深洞中的孩子，而地球表面上的孩子的 变化则介于两者之间。

听上去有点不可思议吧，但就广义相对论而言，这是一种正常的自然现象。因为在接近地球甚至更大质量的物质（体）时，时间会过得稍慢一些，这是由光能量及其频率、引力关系所致（爱因斯坦，1905）。

此外，科学家于1962 年还尝试地做了一个非常有趣的实验，他们分别在水塔的顶、底两端放置了精确的钟表。最后发现，过了一段时间之后，水塔底端的钟表所走得时间更慢一些。这似乎间接地佐证了“三胞胎孩子”假设神奇的合理性。

诸如此类，科学家的这些发现很神奇吧？从这些发现你想到了什么？得到 了哪些启示呢？比如，在选择购买新房的时候，你是为了照顾高空景观觉得楼 层越高的房子越好呢，还是为了图方便觉得下面几层的楼房好呢？相信你会从 中找到自己满意的答案。