你現(xiàn)在抬起頭，看見的太陽，是8分20秒前的太陽。

如果此刻太陽突然消失，你根本不會知道，至少要再等8分20秒才會察覺。這不是哲學(xué)玄想，而是物理現(xiàn)實，而且它只是愛因斯坦顛覆我們常識的第一步。

在牛頓的世界觀里，時間像一條勻速流淌的河流，空間是一張固定不變的底圖，"現(xiàn)在"這一刻對所有人都是同一個"現(xiàn)在"。這套直覺在日常生活里運(yùn)轉(zhuǎn)得相當(dāng)順暢，所以大多數(shù)人從未質(zhì)疑過它。

但它是錯的。

信號不是瞬間抵達(dá)的，所以你看到的永遠(yuǎn)是過去

一個用來估算閃電/雷聲距離的常用方法是，計算看到閃電后聽到雷聲所需的時間（以秒為單位）。每延遲三秒，大約對應(yīng)著1公里（約0.6英里）的距離：這是由于光速和聲速之間存在巨大差異造成的。圖片來源：Ken Lund/flickr

理解這一切，要從一個最樸素的事實出發(fā)：任何物理信號的傳播速度都是有限的。

真空中的光速是299,792,458米每秒，這是宇宙中任何信號所能達(dá)到的最高速度，沒有例外。這個速度聽起來快得令人咋舌，但放在宇宙尺度上，它慢得令人沮喪。

當(dāng)平靜的水體受到擾動時，例如向其中投入一塊石頭，這些擾動產(chǎn)生的信號就會以一定的速度向外傳播，遠(yuǎn)離信號源。這個速度取決于信號本身的特性和介質(zhì)的性質(zhì)。無論是水波、聲波、光波還是引力波，所有波的傳播速度都是有限的。圖片來源：Negro Elkha / Adobe Stock

這意味著你永遠(yuǎn)無法觀察到宇宙中任何地方"此刻"正在發(fā)生的事情，你只能看到信號從那個地方出發(fā)時所攜帶的信息。距離你1公里的閃電，你看到的是它3.3微秒前的樣子；你夜里仰望的月亮，是1.3秒前的月亮；你每天沐浴其中的陽光，出發(fā)于8分20秒之前。

當(dāng)你把目光投向更遠(yuǎn)處，這種"時間延遲"就變得驚人。距離地球約40光年之外有一顆行星，上面如果此刻正有生命在發(fā)出無線電信號，我們要40年后才能收到。我們用望遠(yuǎn)鏡看到的那些遙遠(yuǎn)星系，有些發(fā)出光的時候，地球上甚至還沒有恐龍。

光錐就是一個例子，它是所有可能到達(dá)和離開時空某一點(diǎn)的光線的三維曲面。你在空間中移動得越多，你在時間中移動得就越少，反之亦然。只有包含在你過去光錐內(nèi)的事物才能影響你今天；只有包含在你未來光錐內(nèi)的事物才能在未來被你感知。這展示的是平坦的閔可夫斯基空間，而不是廣義相對論中的彎曲空間。圖片來源：MissMJ/Wikimedia Commons

物理學(xué)家用"光錐"這個概念來描述這一限制，它劃定了哪些事件的信息能夠到達(dá)你，哪些永遠(yuǎn)無法到達(dá)。你過去光錐之內(nèi)的事件，才是真正能夠影響你此刻狀態(tài)的事件；你未來光錐之外的事件，你此生永遠(yuǎn)無緣感知。

宇宙不是一個實時直播，它是一部時差各異的多軌錄像。

愛因斯坦的更深一刀：連時間本身也會彎曲

21世紀(jì)初，我們已經(jīng)成功地繪制出了太陽系附近幾乎所有恒星的三維空間分布圖。距離我們最近的恒星并不總是與我們可見的恒星排列在同一條直線上，因為可見的恒星是由距離和自身亮度共同決定的，但所有太陽系外的恒星都比我們太陽系內(nèi)的任何恒星都要遙遠(yuǎn)得多。比鄰星/半人馬座α星系統(tǒng)是一個三合星系統(tǒng)，目前擁有距離太陽最近的三顆恒星；巴納德星是距離太陽第四近的恒星系統(tǒng)，也是距離我們最近的單星系統(tǒng)。圖片來源：安德魯·Z·科爾文

然而，信號傳播的延遲，只是故事的開場白。愛因斯坦的相對論走得更遠(yuǎn)，它告訴我們：時間和空間本身就不是固定的背景，而是隨著運(yùn)動狀態(tài)和引力環(huán)境的不同而發(fā)生改變的量。

雖然目前比鄰星系統(tǒng)是距離地球最近的恒星系統(tǒng)，但它們并非一直如此，而且在未來的某些時候也會不再是。事實上，如果我們愿意等待更長的時間，將會有恒星比比鄰星系統(tǒng)更接近地球。這是因為所有恒星都相對于銀河系中心和太陽進(jìn)行三維運(yùn)動，因此它們會隨著時間的推移，根據(jù)相對速度，時而遠(yuǎn)離我們，時而靠近我們。圖片來源：SternFuchs/維基共享資源

狹義相對論指出，當(dāng)一個物體相對于觀察者高速運(yùn)動時，它的時間流逝會變慢。這不是儀器誤差，也不是哲學(xué)比喻，而是可以精確測量的物理效應(yīng)。GPS衛(wèi)星以每小時約14000公里的速度繞地球運(yùn)行，如果不對狹義相對論的時間膨脹效應(yīng)進(jìn)行修正，GPS系統(tǒng)每天累積的定位誤差將超過10公里，根本無法使用。

這張全球地圖展示了構(gòu)成事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）網(wǎng)絡(luò)的各個射電天文臺，該網(wǎng)絡(luò)用于拍攝銀河系中心黑洞人馬座A*的圖像。圖中黃色高亮顯示的望遠(yuǎn)鏡是2017年觀測人馬座A*期間EHT網(wǎng)絡(luò)的一部分。這些望遠(yuǎn)鏡包括阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）、阿塔卡馬探路者實驗（APEX）、IRAM 30米望遠(yuǎn)鏡、詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡（JCMT）、大型毫米波望遠(yuǎn)鏡（LMT）、亞毫米波陣列（SMA）、亞毫米波望遠(yuǎn)鏡（SMT）和南極望遠(yuǎn)鏡（SPT）。它們同時觀測了同一個黑洞，而同步這些獨(dú)立測量數(shù)據(jù)的能力是重建黑洞圖像的關(guān)鍵。圖片來源：ESO/M. Kornmesser

廣義相對論則進(jìn)一步告訴我們，引力會扭曲時空結(jié)構(gòu)，越靠近大質(zhì)量天體，時間流逝越慢。地球表面的人，時間流逝比軌道上的衛(wèi)星略慢，差值非常微小，但精密的原子鐘已經(jīng)反復(fù)測量并證實了這一點(diǎn)。

這張圖展示了目前已確認(rèn)的星系 MoM-z14 的近紅外相機(jī)（NIRCam，上圖）和近紅外光譜儀（NIRSpec，下圖）數(shù)據(jù)。截至 2025 年 5 月，MoM-z14 是已知最遙遠(yuǎn)的星系。由于宇宙膨脹，其光線在 1.5 微米及以下波長范圍內(nèi)完全不可見。下圖所示的光譜中可以看到各種電離原子的發(fā)射特征，以及顯著且強(qiáng)烈的萊曼斷裂特征。圖片來源：RP Naidu 等人，《開放天體物理學(xué)雜志》（已投稿）/arXiv:2505.11263，2025 年

在宇宙尺度上，這些效應(yīng)的疊加使得"何時"和"何地"的問題變得極為復(fù)雜。宇宙自大爆炸以來持續(xù)膨脹，星系之間的距離并不是固定的，而是隨著空間本身的擴(kuò)張而增大。這意味著你想問"那個星系距離我們多遠(yuǎn)"，首先要回答：你指的是它發(fā)出光時的距離，光傳播過程中的某個中間距離，還是此刻它所在位置與我們之間的距離？

這三個答案是三個不同的數(shù)字，而且都可以是正確的，只是回答了不同定義下的問題。

宇宙學(xué)家因此發(fā)展出了一整套專屬工具：共動距離、光度距離、角直徑距離、宇宙時，這些概念各有用途，專門應(yīng)對愛因斯坦宇宙中時空彎曲和膨脹所帶來的復(fù)雜性。

這一切，都源于愛因斯坦在1905年和1915年先后提出的相對論對牛頓體系的徹底改寫。"此時此地"不再是一個可以被所有觀察者共享的普世概念，它是相對于每一個獨(dú)特的觀察者、每一種運(yùn)動狀態(tài)、每一個引力環(huán)境而言的。

所以，當(dāng)你下次在晴朗的夜晚仰望星空，記得這件事：你看到的那些繁星，有的已經(jīng)在數(shù)百年前死去，有的距離我們?nèi)绱酥h(yuǎn)，它們發(fā)出的光要再過數(shù)百萬年才能抵達(dá)地球。

你看到的宇宙，不是宇宙現(xiàn)在的樣子，而是宇宙各個過去時刻疊加在一起的一幅拼圖。愛因斯坦告訴我們，這不是觀測技術(shù)的局限，而是宇宙運(yùn)轉(zhuǎn)方式的根本特征。

信息來源：https://bigthink.com/starts-with-a-bang/einstein-revolutionized-where-when/