撰文 Rachel
翻譯 王微曉
審校 胡家僖
如果某一天太陽突然爆炸，將會發(fā)生什么？阿爾伯特·愛因斯坦自1905年發(fā)現(xiàn)狹義相對論及其著名公式E=mc^2的不久后，就一直對上述問題感到困惑。因為太陽距離地球非常遠，太陽光需要經(jīng)過8分鐘才能到達地球，所以我們不會立刻知曉爆炸的發(fā)生。在這耀眼奪目的8分鐘里，我們完全不會意識到那件恐怖的事情已然發(fā)生。
那么引力呢？它的傳遞速度也同光一樣嗎？在太陽的引力作用下，地球以橢圓軌道圍繞著太陽運動。而如果太陽（或者說作用于地球的引力）消失了，地球就會沿直線脫離原軌道。那么地球是在太陽消失后立即脫離，還是8分鐘后才脫離？這正是愛因斯坦感到困惑的問題。
20世紀初，已有近250年歷史的牛頓引力理論仍被認為是現(xiàn)代科學的基石。牛頓的引力理論可謂是極其成功，不但解釋了行星及衛(wèi)星的運動，并且還準確地預言了彗星的回訪。
根據(jù)牛頓理論，地球應該會立即發(fā)覺太陽的消失。然而，愛因斯坦在狹義相對論中已經(jīng)指出，光速是宇宙中速度的極限，任何事物的運動速度都不能超過光速（光在真空中的傳播速度c≈3.0×10^8m/s），引力也不能除外。而且，因為爆炸發(fā)出的光要經(jīng)過8分鐘才到達地球，引力的變化也必須經(jīng)過至少8分鐘才能被地球發(fā)覺。
愛因斯坦對于該謎題的解答完全顛覆了我們對于宇宙的認知。直至1915年，人們都還認為空間是一個靜止的舞臺，物理定律置身其上，我們可以添些恒星或者行星進去，然后它們就會在這個舞臺上按照固有的運動方式翩翩起舞。但是愛因斯坦革命性的想法認為空間并非靜止不動，它是動態(tài)的，會對正在發(fā)生的事物有所響應。如果在空間中放置重的物體，比方說一顆類似地球的行星，那么行星周圍的空間就會發(fā)生些許變化，而當另外一個物體（比如月亮）靠近這顆行星時，它會感受到空間的凹陷，從而像彈球在碗中滾動那樣圍繞行星運動。這就是引力的本質(zhì)。
除此之外，諸如地球一樣重物的存在不僅僅影響空間，也會影響時間。愛因斯坦意識到空間和時間并不是分離存在的，而是我們謂之時空（space-time）的不同層面而已。星系的軌道和螺旋結(jié)構(gòu)就是宇宙的時空結(jié)構(gòu)會與物質(zhì)交相輝映的結(jié)果。恒星和行星的運動能夠引起尾跡之處時空的彎曲，也會引起其他恒星和行星的運動，同樣地，它們周圍的時空也會彎曲，以此類推。一言以蔽之，引力是時空彎曲的體現(xiàn)——這就是愛因斯坦的偉大洞見。
愛因斯坦在1915年發(fā)表了上述理論發(fā)現(xiàn)，稱之為廣義相對論。如今我們知道廣義相對論是關(guān)于引力的理論，并且認為它是正確的，因為該理論做出了很多重要的預言，而牛頓理論卻沒有做到。其中一項預言是光能夠被引力彎曲。人們于1919年的日食過程中觀測到了這一現(xiàn)象，提供了證實愛因斯坦理論的有力證據(jù)，一下子成了新聞頭條，也標志著愛因斯坦開始走進大眾視野。
原文鏈接：
https://plus.maths.org/content/maths-minute-einsteins-general-theory-relativity
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