人類的眼睛：廣義相對論誕生之後

2013年1月29日，德國柏林勃蘭登堡門下舉辦「毀壞的多樣性——柏林1933至1945」露天圖片展，紀念被納粹政權迫害的各界人士，左一為愛因斯坦的照片

廣義相對論的成功，極大改變了物理學家的形象，也改變了物理學本身。

物理學始終是一門基於實證的科學，即使是建立了經典力學的牛頓，在進行數學推演的同時也時刻關注著天文學的觀測結果並與自己的演算結果進行比較。為了解釋光的構成，牛頓利用一個三稜鏡就讓一束白光分解為各種彩色，這體現出他作為實驗物理學家講求親自進行實驗驗證的一面。但是在人類的所有科學理論中，此前沒有其它任何一個理論能夠像廣義相對論一樣，如同藝術品一般，純粹的體現出人類抽象思維能力的美感。廣義相對論遠遠地走在了實驗觀測的前面，正是因為如此，愛因斯坦使理論物理學家由他開始成為了一種特殊的行業，理論物理學家的工作是進行抽象思維，他們的工具是數學，這也使理論物理學成為唯一一門理論可以領先於實踐的學科，物理學的面目被永遠的改變了。

物理學的改變使一門全新學科的誕生成為了可能，那就是宇宙學。不僅是因為廣義相對論對於宇宙的描述使研究宇宙本身成為一門獨立的學科，在另一方面，宇宙學是一門理論遠多於實踐的學科。對於至今尚未衝出太陽系，對自己行星的衛星和其它行星都知之甚少的人類來說，對動輒幾千光年之外的遙遠天體進行直接觀測的手段並不多，建立各種模型和理論是宇宙學家們的主要工作，而後再去與觀測結果進行對比，從花樣百出的假設中選擇出可能正確的幾個繼續加以檢驗。

愛因斯坦在柏林住過的別墅外景（上圖）與內景（下圖）

廣義相對論是人類進行宇宙學探索的基礎理論，它使人類了解宇宙成為了可能，可以說廣義相對論是人類度過蒙昧的嬰兒時期之後，看向宇宙的一雙眼睛。此時人類驚奇的發現，之前那個由上帝創造的，冷冰冰一成不變的宇宙不見了，代之以一個有開端，有未來，充滿了各種奇特天體和各種可能的神奇的宇宙。由廣義相對論所推導出的各種奇特的結論，有的已經被證實，有的至今還沒有發現切實的證據。宇宙觀測是檢驗廣義相對論的最佳手段，而廣義相對論是進行宇宙學觀測的最重要的依仗。

引力可以使光線彎曲，這個觀測結果讓人們明白，在宇宙中物質可以起到透鏡的作用，人們看到的天體與它們實際的位置有所偏差，也可能使天體看上去更加明亮。只有可慮到這種現象，並且加以修正，人們才可能探測宇宙中的物質分布。實際上，早在1912年，愛因斯坦就預測到了引力透鏡（gravitational lensing）現象，但他當時認為人類也許永遠都不會觀測到這種現象。實際上，人類直到1979年才第一次觀測到了這種現象。目前人類發現的宇宙中最大的引力透鏡之一，距離地球大約有40億光年的距離。這個被宇宙學家稱為「Abell2744」的主要由恆星，星際塵埃和暗物質構成的引力透鏡由四個星系相互碰撞而成，總質量相當於兩千億個太陽。宇宙學家們在地球上通過這個透鏡回望過去，可以看到130億年前宇宙誕生之初，那些最終形成了星系的種子。在這個引力，質量，時間和空間交互作用形成的宇宙中，引力透鏡成為了人類回望宇宙發展歷史的放大鏡。

1931年5月23日，牛津大學授予在牛津講學的愛因斯坦（左二）名譽博士學位

愛因斯坦最初對於廣義相對論所能夠推導出的一些結論並不十分信服，其中最著名的一個例子就是黑洞。愛因斯坦發表了廣義相對論之後一個月，德國物理學家卡爾.史瓦西（Karl Schwarzschild）就開始計算廣義相對論方程的精確解，他得出結論，對於任何質量來說，都存在著一個「臨界半徑」，他相信這是在一定空間內可以容納多少質量的極限。在1939年，愛因斯坦得出結論，質量無法被壓縮在它的「史瓦西半徑」以內。也就在同一年，美國物理學家羅伯特.奧本海默（Robert Oppenheimer）和他的學生哈特蘭.斯奈德（Hartland Snyder ）得出了不同的結論，他們在《物理評論》雜誌發表文章，根據廣義相對論的計算結果顯示，極大的質量可能因為自身的引力發生塌縮，進入到史瓦西半徑之內，但是它們會從人們的視線中消失，只剩下引力場的作用。

1939年，愛因斯坦（右）和丘吉爾在丘吉爾家族位於肯特郡的查特韋莊園見面

奧本海默與斯奈德的結論一開始並沒有得到太多重視，但是在二十世紀60年代，一些天文學觀測的結果顯示，在宇宙中確實存在這種引力塌縮所產生的神奇天體。這種會吞噬一切的略顯恐怖的神奇天體得到了觀測證實，這也成為廣義相對論的又一次勝利。現在宇宙學家們相信，在銀河系內大約存在著一億個由燃燒殆盡的死亡恆星發生引力塌縮而形成的黑洞。而在銀河系的中心，有一個名為Sagittarius A*的超巨型黑洞，它的質量相當於400萬個太陽的質量。正是這類超巨型黑洞和瀰漫在星系中的暗物質維繫住整個星系。廣義相對論開始顯示出愛因斯坦沒有預料到的巨大潛力，當人類睜開眼睛，就看到了一個生動的宇宙。