仰望“不知今夕何夕”的天空令人困惑，但更令人困惑的是，对光速的进一步研究竟对人们习以为常的绝对时间产生了挑战。“1887年，阿尔贝特·麦克尔逊（后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华·莫雷在克里夫兰进行了非常仔细的实验。他们将在地球运动方向以及垂直于此方向的光速进行比较，使他们大为惊奇的是，他们发现这两个光速完全一样！”（《时间简史》第二章）。也就是说，不管观察者是沿着光的传播方向，还是垂直于光的传播方向，他们所测量到的光速是一样的。于是我们有必要进行一番有关运动、距离以及速度的思考。以下的这个例子并不太恰当，不完全符合相对论，但是对于解释相对时间还是有帮助的。
        假设有两个人张三和李四，张三乘坐在一列高速运行的火车上，而李四则站在铁轨旁。这时，张三在火车上沿火车前进方向扔出一个球，球在火车上距张三20米处落到地板上。对于他们来说，张三将球扔出到落到地板上所用的时间在两个人看来是完全一样的，而张三认为球在他前方运行了20米，而李四的看法则不同，他认为球运行了20米加上火车在这时间里所运行的距离10米，总共30米。如此一来球的运行速度对两个人来说是不一样的，李四看到的球的运行速度要比张三看到的要快一些。现在我们把球换成光，比如张三拿着一个手电筒沿火车运行方向打开，情况方生了变化。根据上面所提到的1887年的观测结果，张三和李四所测量到的光速是完全一样的！但是从上面球的例子可以得知，李四所看到的光所走过的距离要比张三看到要远一些，李四不仅看到了火车上的张三所看到的光所走过的那段距离，而且还要加上火车在这时间里所运行的距离。但是张三和李四所测量到的光速是完全一样的，这样一来，就意味着上面所讲的那个事件（张三拿着一个手电筒使光沿火车运行方向传送一段距离），在他们两个人看来用了不同的时间。也就是说同一个事件对李四来说所用的时间比对张三来说所用的时间要长一些。注意，这是同一个事件，当它完成的时刻，在张三和李四看来是同时完成的，而李四从事件开始到结束所得到的时间比张三所得到的要长一些，那就是说站在铁轨旁的李四的表比火车上的张三的表要走得慢一些。两个在以不同速度运动的参照系上的人对时间有了不同的看法。光速的绝对恒定动摇了绝对时间的合理性。
        1905年，当时还并不出名的爱因斯坦劝人们放弃绝对时间观念，因为这样一来，光速绝对恒定的事实就有了被解释的基础。随后，爱因斯坦发表了他的著名学说相对论，相对论基于绝对光速的假设，也就是：不管观察者运动多快，他们应测量到一样的光速。正如《时间简史》第二章所描述的：“这简单的观念有一些非凡的结论。可能最著名者莫过于质量和能量的等价，这可用爱因斯坦著名的方程E＝mc2来表达（这儿E是能量，m是质量，c是光速），以及没有任何东西能运动得比光还快的定律。由于能量和质量的等价，物体由于它的运动所具的能量应该加到它的质量上面去。……相对论限制任何正常的物体永远以低于光速的速度运动。只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动。”然而，在这个理论中有一个矛盾难以解决，那就是引力必须以无限快的速度来传播，而相对论限制任何东西运动得比光还快。1915年，爱因斯坦继而发表了广义相对论，很好地解决了这个矛盾。在广义相对论中，空间不再是均匀、平坦的，空间中的质量和能量将引起它周围的空间弯曲，越大的质量所引发的弯曲越大。有如地球一样的行星并不是依靠引力来围绕着恒星运行的，而是在由恒星引发的弯曲了的空间中作直线运行。

 

        就如同一个人沿着笔直的公路开车，他的运行线路在地面上看是一条直线，而在太空中看他的运行线路是一段弧线，因为他是在地球的球面上运行的。空间弯曲的理论是非凡的，远远地超过了人们的想象。为了证明这个理论的正确，人们需要在日食的时候观测穿过太阳附近的星光。因为如果空间是弯曲的话，那么穿过太阳附近的星光光线将随着太阳周围空间的弯曲而弯曲，而在地球上的人所看到的将是那颗恒星离开了它原来的位置。终于，在1919年，一个英国的探险队从西非观测日食，并观测到了光线的偏折。广义相对论的预言成功地被现实所验证，同时，广义相对论还很好地解释了诸如水星的运行轨道等牛顿力学所解释不了的现象。在人们为广义相对论的成果欢欣鼓舞的时候，可能忽略它所带来的一个观念上的重大变化。这个变化并不亚于当年牛顿万有引力的发现对人们观念的冲击，那就是绝对时间在相对论中被终结了！
        也许人们还来不及想象丢失了绝对时间以后所面临的问题，二十世纪所发生的事件实在是令人目不暇接。在人们忙着理解什么是相对论的时候，物理学在微观领域研究中所发现的一些结果更加另人不可思议。前面文中提到的光的波粒二重性的发现使人们陷入了光到底是什么的思考。1926年，德国物理学家海森堡从光的波粒二重性入手，进而推导出著名的不确定性原理。尽管对于不确定性原理的争议不断，但它对我们的意义并不逊于相对论的发现。不确定性原理说：对于微观粒子，人们不可能同时确定它的位置和速度。换句话说，当粒子足够小时，你不可能逮住这个粒子。要逮住这个粒子，就如同刘姥姥用银筷子去夹鹌鹑蛋，就是夹不住。以下的话已经讲了近一百年了，旦还有必要继续讲下去：不确定性原理是物质的客观规律，不是测量技术和主观能力问题。不确定性原理是人们在探索微观世界时所遇到的一个界限，正如《时间简史》第四章中霍金所说的那样：“这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法，也不依赖于粒子的种类。海森堡不确定性原理是世界的一个基本的不可回避的性质。”当人们在相对论中看到了最快不能超过光速这一对物体运动速度的限制之后，在微观世界，人们遇到了由不确定性原理界定的另一条界限！
        在这之后，物理学家依据不确定性原理创建了描述微观世界的理论，量子力学。而量子力学指导了人们在微观领域的应用科学的探索，以量子力学为基础的微电子应用正在以惊人的速度改变着我们的生活方式。
        对穿过太阳附近的光线的测量验证了相对论，验证了光速的绝对恒定，而且不可能有超过光速运行的物体。而以量子力学为基础的微电子的成功运用，验证了由不确定性原理界定的界限，验证了物质不可能无限可分。这两条限制不仅今天存在，而且永远有效、永远不会消失，它们是组成我们这个宇宙的基本原则。
        好啦，到现在万事俱备，轮到霍金上场了。