在时空中也被定义为一种坐标，在第1章我们已经讨论过这一点，但结
果反映的是我们的个人选择，并不是宇宙的本质特征。在相对论
中，“同时发生的遥远事件”这个概念毫无意义[73]。
图15 光锥取代了牛顿时空中恒定时间的时刻。有质量的粒子的世界线必须从某事件的过去光
锥之内抵达该事件，也只能在未来光锥之内离开——类时路径。类空路径运动比光速快，因此
并不允许
在画如图15那样的时空图时，有一种非常强烈的诱惑让你想画下一
根垂直的坐标轴标为“时间”，再画一根（或两根）水平的轴标为“空
间”。但我们这张时空图中并没有这样的轴线，这完全是有意为之在相
对论当中，时空的整个意义就是，它并不能完全拆分为“时间”和“空
间”。牛顿时空可以分解为时间和空间，而光锥标出了每起事件可到达
的过去和未来的界线，但光锥并不是直接施加在牛顿分解之上，而是整
个取代了牛顿时空的结构。可以沿着每一根单独的世界线测量时间，但
时间并不是整个时空的固有特征。
如果没有强调一下时间和空间还有一个区别就直接翻篇，那可有点
儿不负责任。这个区别就是，时间只有一个维度，而空间有三个[74]。
至于为什么会这样，我们还没怎么搞清楚。也就是说，我们对基础物理
学的理解还没有得到有效发展，没有足够的信心宣称，有没有什么原因
使得时间的维度不能超过一个，或者如果时间维度为零是否有影响。我
们知道的只是，如果时间的维度不止一个，生活也许会变得相当艰难。
只有这么一个维度的时候，（沿着类时路径运动的）物理对象没得选
择，只能沿着这个特定方向运动。如果不止一个，就没有什么能强迫我
们在时间上只能前进了。比如说，我们可以画圈圈。这种情况下是否能
构建一个不自相矛盾的物理学理论体系，这个问题还没有答案；但至
少，情况会很不一样。
爱因斯坦最著名的方程
爱因斯坦1905年的重要论文是《论运动物体的电动力学》，文中阐
述了狭义相对论的原理，发表于当时德国顶尖的科学杂志《物理学纪
事》，占了30页。不久，他又发表了一篇两页的文章，题为《物体的惯
性同它所含的能量有关吗？》[75]。这篇文章意在指出他长期工作的直
接且很有趣的成果：静止物体的能量与其质量成正比。（此处质量和惯
性可互换使用。）这个思想背后无疑就是历史上最著名的方程：
E=mc2
我们来好好想想这个方程，因为人们经常会误解。因子c2当然是指
光速的平方。物理学家会想，啊哈，肯定涉及相对论，随便什么时候只
要看到方程里有光速他们就会这么想。因子m是我们讨论的物体的质
量。你可能会在别的地方读到“相对质量”，当物体运动时，相对质量会
增加。但这并不是考虑问题最有效的方式；最好把m一劳永逸地当成是
物体静止时拥有的质量。最后，说E是“能量”并不确切，这个方程中的E
具体是指静止物体的能量。如果物体在运动，其能量肯定会更高。
所以，爱因斯坦的著名方程告诉我们，物体静止时的能量等于其质
量乘以光速的平方。请注意，这个人畜无害的词语“物体”非常重要。这
个世界上不是什么东西都能算成物体的！例如我们已经讲到的暗能量，
对宇宙的加速膨胀罪莫大焉。暗能量似乎不是粒子或其他物体的集合，
但它润物无声地充满了整个时空。所以就暗能量而言，E=mc2并不适
用。同样，有的物体（比如光子）从来不会静止，始终在以光速运动。
这种情况下，方程又一次没派上用场。
地球人都知道这个方程的实际意义：就算是很小的质量也等价于巨
大的能量。（用常见的单位来表示，光速是个非常大的数字。）能量有
很多种形式，狭义相对论告诉我们的就是，质量是能量可以采取的形式
之一。但不同形式的能量可以来回转换，这种转换过程时时都在发生。
E=mc2有效的地方并不局限于核物理学或宇宙学之类的深奥领域，而是
对任何静止物体都适用，无论是在火星上还是在自家客厅里。如果我们
拿一张纸点燃，让产生的光子带着能量逃走，那么剩下的灰烬跟原来那
张纸加上燃烧消耗掉的氧气相比，质量会稍微小一点（无论你多么小心
翼翼确保收集到了所有灰烬）。E=mc2不只是跟原子弹有关，也是我们
周围能量相互作用的深层特征。
