人類思想類：從會思考的猿到愛因思坦的廣義相對論

大約在距今7萬年到3萬年前，可能因為某次偶然的基因突變，改變了智人的大腦內部連接方式，讓他們能讓前所未有的方式來思考，用完全新式的語言來溝通。

好奇心始終驅使著他們，好奇地看著能看到的一切，不明白為嘛會有這麼多稀奇古怪的東西。

他們憑經驗，能判斷和預測很多事情。比方說，烏雲來了可能會下雨，老虎來了可能會吃人，月亮既然從西邊落下去了，那麼太陽就可能從東邊升起來。

但他們不知道這一切是為了什麼。

於是，他們向天空看去，相信那裡，有巨牛無比的神仙在管理著萬事萬物，這些神仙勤勞勇敢，事必親躬，業務包括斗轉星移、鶯飛草長、以及我們的吃喝拉撒睡。

有一天，祖先發現，不管神仙咋樣，萬物該咋樣還咋樣。

於是，一些祖先的頭腦逐漸清醒起來。

泰勒斯（Thales）上看下看左看右看，說，水是萬物之本。

畢達哥拉斯（Pythagoras）表示嚴重不同意，他認為，自己摯愛的數才是萬物之本。

留基伯（Leukippos）和德謨克利特（Demokritos）相互對視了下，搖搖頭，你們都不對，原子才是萬物之本。

老子騎在青牛上掐指一算，哪有什麼萬物之本，無，才是一切的開始。

蘇格拉底（Socrates）一聽急了，無中生有可不行，咱們還是先搞搞清楚怎麼思考，再去思考吧！

墨子已經搞清楚怎麼思考了，他在研究力學、光學、數學之餘，還思考了時空問題。但是，千學萬學，不如孔子研究的帝王心理學。墨子被無視。

柏拉圖（Plato）用純粹的理性去尋找萬物的真相，這是一條新路子。而他的學生亞里士多德把這條路走到了極致，他認為，萬物依靠自己的本性運行，而我們僅憑思考，就能搞清楚這個本性。

亞里士多德（Aristotélēs）憑著智慧的腦袋瓜，取得了很多成就，當然，也犯了很多錯誤。但是，他的形式邏輯學，成為人類開疆拓土的超級武器。

歐幾里得（Euclid）把這一超級武器耍到了極致，用十條傻瓜式的公理和公設，構築了人類智慧的一個巔峰：《幾何原本》。方法和成就都令人嘆為觀止。

阿基米德（Archimedes）忠實踐行了理論聯繫實踐的宗旨，以史上最著名的一次裸奔，向人類昭示了：力學的魅力，絲毫不亞於行為藝術。

曠世全才達·芬奇（Leonardo Da Vinci）扯破了中世紀漫長的夜空，引領了偉大的文藝復興，使科學方法進一步推向實踐。

人類認識事物的方法，從直覺走向經驗，從經驗走向歸納，從歸納走向理性、邏輯，乃至於公理演繹、數學、觀測、實踐的完美結合。

每一個台階，都要跋涉漫漫長路；每一個台階，都讓我們上升到前所未有的高度。

而每一個高度，都讓我們看到不一樣的世界。

往前看，一片幽深；往回看，一路稚嫩。

看得越遠，感覺世界越大，我們知道的越少。

我們的知覺太有限，就像朝鐵窗外張望的囚徒，渴望振翅沖向藍天。

時間是嘛？空間是嘛？物質又是嘛？

還有，我們在哪兒？

有人說，我們的大地是平的，漂在水上，或者馱在龜背上。天是一個圓圓的蓋子。

亞里士多德告訴我們，大地其實是個球。

托勒密（Ptolemy）製造了史上最精密的宇宙模型，日月星辰都繞著老亞說的那個地球轉來轉去。

教會表示大力支持。

老亞還說，一輕一重兩個球，重的落地比較快。

一切似乎很美很和諧。

但哥白尼（Mikolaj Kopernik）破壞了這個大好局面，他說模型正中間那個東西放錯了，它應該是太陽，而不是地球。

伽利略（Galileo Galilei）也來湊熱鬧，說老亞太主觀，要不咱就試試看，到底誰先落地。這一試，老亞的粉絲明白了，不聯繫實際，腦袋瓜再聰明，也有不靈的時候。

伽利略還搞了個望遠鏡，親眼看到木星的四個衛星圍著木星轉，不像托勒密說的那樣非得圍著地球轉。略哥還搞來一條船，告訴大夥，力學定律在所有勻速直線運動的參考系都是相同的，這叫伽利略相對性原理。

哥白尼、伽利略說了真話，教會很不爽。於是他倆一個終身監視，一個被終身監禁。哥白尼的粉絲布魯諾（Giordano Bruno）更慘，因為宣揚偶像的學說被燒死。

人類正在迷茫之際，第谷（Tycho Brahe）和開普勒（Johannes Kepler）開始了那段奇妙的合作。

開普勒繼承地心說粉絲第谷老師的遺志，把日心說發揚光大，他給天空的星星們制定了法律。

星星很聽話，人類很驚訝。

因為大家不知道星星為嘛這般聽話。

一隻蘋果砸醒了人類史上最偉大的腦袋。

牛頓（Isaac Newton）摸了摸頭說，那是因為萬物之間有引力！

其實笛卡爾（Rene Descartes）、布里阿德（Bulliadus）、惠更斯（Christiaan Huygens）、胡克（Robert Hooke）這些大牛也在猜引力的事，但他們只是猜，那個引力有多大？怎麼統治萬物，誰也算不出來。

牛爺算出來了。

他還順便鑄成了史上最偉大的科學利劍——微積分，它被無數大大小小的科學家當成最趁手的兵器，披荊斬棘，所向披靡。

牛頓一鼓作氣，出了一本人類史上最偉大的書，告訴人們，力啊、運動啊、質量啊、時間啊、空間啊這些東西都是怎麼檔子事兒。

人類恍然大悟，噌噌進步，一腳踏進工業文明。如果說，此前的人類發展是在爬行，那麼現在，人類開始直立行走了。

牛爺還研究了光。

其實不止牛爺研究光，很多人都在研究光。

莫洛利克觀察彩虹堪稱史上最牛，他看出了7種顏色。

開普勒用實驗搞定了小孔成像原理，但是折射定律卻怎麼也搞不定。

擅長測量的斯涅耳搞掂了這件事。人們總結出幾條簡潔的光學定律。

但是國家幹部、史上最牛業餘數學家費馬（Pierre de Fermat）還嫌麻煩，他用一句話把這幾條定律搞掂：光走最短路徑。

正當大家玩得很happy之際，那邊打了起來。為了一個在大清看來閑得蛋疼的問題：光到底是波還是粒？

古人云，光是粒。

笛卡爾說，光可能是粒，還可能是波。

格里馬爾迪（Grimaldi,Francesco Maria）把一根小棍棍伸進光束，看著衍射說，光是波。

從此光學界分成波粒兩派。

波義耳（Robert Boyle）吹了個肥皂泡，雙方都嚴正聲明：這是我方證據。

胡克說，別吵了，光就是波，看我的證明！

牛爺那時還年輕，他說，我也有證明，光是粒。胡克立即嚴重鄙視之。二人從此針尖對麥芒。

波粒互毆，打了個平手，關鍵時刻，惠更斯插了一腳，用先進的理論武裝了波軍頭腳。胡惠聯手，一時間，粒軍形勢急轉直下。

但是牛爺為了全面摧毀胡克理論，在胡惠死後，祭起牛頓環，用他的力學理論為粒軍開了個大掛，所向披靡，波軍全面潰敗。

危急時刻，托馬斯·楊（Thomas Young）挺身而出，千里走單騎。奇人楊出馬，粒軍鴨梨山大。

拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）為了結束這場噩夢，下戰書，布軍陣，欲使波粒試比高。

馬呂斯（Etienne Louis Malus）用一塊冰洲石擋住了波軍的去路。

而玩轉了考古的奇人楊重裝歸來，拋出橫波理論，把這塊魔法石收歸己有。

粒軍安排了一場論文賽，發動大決戰。陣前，粒軍名將如雲，既是裁判員又是運動員。

眼看對峙就要變成圍捕，卻不料，波軍陣前殺出一匹黑馬，菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）單刀赴會，一套橫波理論耍得滴水不漏，嫻熟霸氣，勢不可擋。

粒軍大將泊松（Simeon-Denis Poisson）敏銳地發現一個破綻，領軍殺入，卻不料，這是個釣餌，後以上鉤者名之：「泊松亮斑」。

白門樓變成了長坂坡。菲涅耳一戰成名。

多年以後，波粒二軍才發現，原來他們是在同根相煎，遂握手言和，敲定了光的波粒二象性。

兩軍對壘期間，羅默（Romer）、布拉得雷（Bradley）、斐佐（Fizeau）、傅科（Foucault）等牛人做了一件牛事：測光速。

卡文迪許（Henry Cavendish）、庫侖（Coulomb）、伽伐尼（Galvani）、伏打（Volta）、奧斯特（Oersted）、歐姆（Ohm）、安培（Ampère）玩電磁玩出了名堂，他們發現電和磁的關係越來越密切，還鼓搗出一些公式。

法拉第（Michael Faraday）玩得最爽，在實驗中捉住了電磁感應，發電機降臨人間，人類對蒸汽時代的新鮮勁兒還沒過去，就驚喜地跨進電氣時代。剛剛學會直立行走的我們開始跑步前進了。

法拉第還發現了電場、磁場，圖解了電力線和磁力線，提出了最重要的科學概念之一：力場。

遺憾的是，法拉第數學成績不太好，研究不能繼續深入。

各科成績都很優異麥克斯韋（James Clerk Maxwell）加入了這場遊戲，他把眾多大玩家的經驗融會貫通，單槍匹馬在電磁學世界攻堅克難，開疆擴土，收伏光、電、磁三大門派，一統江湖，建立了以人類最美方程組——麥克斯韋方程組為標誌的電磁王國。

麥克斯韋方程不僅中看，而且中用，在電磁世界言無不信，攻無不克，它毫不猶豫地預言了一個精靈——電磁波。

看著大家將信將疑的眼神，赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）挺身而出，捉住了這個看不見摸不著的精靈。電磁波無處不在、神通廣大，開啟了人類文明的新紀元，剛跑沒幾步的我們，騎上了歡樂的自行車。幸福來得太快了！

麥爺的電磁王國與牛爺的力學王朝共同支撐著人類的科學世界。

但是，他倆鬧起了矛盾。

麥爺說，電磁波的速度——也就是光速——是「固定」的。

牛爺一聽急了：要麼你找出它相對於什麼固定，要麼你推翻我再說。

這可了不得，他倆不和諧，科學的天就要塌！離開了科學，人類還不如猴子呢！

為了拯救世界，讓兩位大神團結友愛共創美好未來，有人和稀泥說，光速相對於以太固定。

邁克爾遜（Albert Michelson）和莫雷（Edward Morley）興緻勃勃地搞了個MM實驗，然後一頭霧水地宣布：沒有以太。

不管光源怎麼動，也不管觀測者怎麼動，任何參考系測任何參考系，測得的光速都TMD固定的！

整個物理界凌亂了。

見多識廣的白鬍子老頭開爾文勛爵（Lord Kelvin）說，雖然我們見過很多烏雲，但這是最苦逼的兩朵。其中一朵，說的就是光速不變。

其實在MM實驗時，馬赫（Ernst Mach）就看牛頓力學不爽，給牛頓體系挑了很多刺，還把牛爺用來證明絕對時空觀的那隻水桶搶過來，用來證明自己的相對時空觀。

牛頓王朝遭到空前挑戰。

為了解決高速運動的問題，福格特（Vogt）、拉莫爾（Larmor）、亥維賽（Heaviside）先後鼓搗出一些奇怪的公式，這些公式的關鍵因子很相似，好像運動都和c有著扯不清的關係。

斐茲傑惹（FitzGerald）和洛倫茲（Hendrik Antoon Lorentz）提出了長度收縮假設，洛倫茲還用這個假設推導出了變換式，用來解決MM實驗的數學障礙。

史上最後一個數學全才龐加萊（Jules Henri Poincaré）把式子完善了下，賜名「洛倫茲變換式」，嘴裡嘀咕道：物理世界要改天換地了。

速度讓經典物理後院起了火，這邊專家正忙著闢謠呢，那邊發來賀電說質量叛逃了！

羅蘭（H.A. Rowland）、湯姆遜（J.J.Thomson）、亥維賽、西爾（Searle）、維恩（W.C. Wien）、考夫曼（Kaufmann）、亞伯拉罕（Abraham）等著名群眾紛紛舉報，牛爺認定忠貞不變的質量，其實說變就變，這不，他不僅是叛逃，而且還是和速度一起私奔！哈瑟羅爾（Hasen?hrl）等人還驚奇地發現，能量這傢伙也靠不住。佛祖啊，上帝在搞什麼？這正是：

騮馬新跨白玉鞍，將登太行雪滿山。

不識廬山真面目，拔劍四顧心茫然！

阿門陀佛！同志們集體暈菜了。

但是愛因斯坦（Albert Einstein）沒暈菜，這個瑞士專利局的三級技術員說，只要我們舉起手來，放下絕對時間觀念，那就一切都好商量。他說，光速無論如何也不變，是吧？那正好，咱拿它當公設；物理定律在勻速直線運動系都一樣，沒問題吧？咱也拿它當公設。他用這兩個簡單的公設推來導去，導出一堆驚天秘密：

質量可以隨運動變化，速度越快，質量越大。

時間可以隨運動變化。速度越快，時間越慢。

空間可以隨運動變化。速度越快，距離越短（距離是空間尺度哦）。

任何有質量的物質或信息都不可能超過光速!

能量和質量是一體的！

時間和空間也是一體的！

閔可夫斯基（H. Minkowski）老師見小愛同學玩得有板有眼，深以為然，一時技癢難挨，用優美的數學把這些思想表達了出來，四維時空橫穿六合，縱貫古今。

這個理論叫做狹義相對論。它所發掘的這些秘密，只有在高速運動，也就是近光速運動下，才能顯現出來。

低速運動下，它的結論和牛頓力學保持高度一致。所以，牛頓力學只是狹義相對論在低速下的一級近似。

至此，牛爺和麥爺的爭端，總算是得到了解決，物理世界的天，好歹是沒塌下來。

狹義相對論顛覆了牛頓時空觀，用全新的時空關係、質速關係、質能關係，向人們揭示出一個全新的世界。

它成功地解釋了為什麼光速對所有觀察者都是一樣的，還成功地描述了當物體以接近於光速運動時會發生什麼。這給當時陷入尷尬的理論物理學界開啟了一扇光明之窗。

儘管多數人並不理解它，但它與實驗、觀測相符的那樣好，由不得你不信。

然而，即使與觀測相符，也不是全盤通吃的。

因為它還存在一個很大的問題：它和牛頓引力理論不相協調。

為什麼一定要和牛頓引力理論相協調呢？

因為描述自然、宇宙問題，是離不開引力的。而那時，在引力理論方面，牛頓引力論依然是最牛的——與觀測最相符。

狹義相對論在解釋運動、時空關係等方面更靠譜，而牛頓理論在解釋引力方面更靠譜。

什麼意思呢，打個不太恰當的比方，人家牛頓理論是套裝，雖然上身很緊，扣子都系不上，但好歹穿上也能出門；你狹義相對論雖然大方合體，雍容華貴，但是只有上衣，沒有褲子，想出門還得混搭牛頓引力論的褲子。

所以呢，如果狹義相對論與牛頓引力理論相協調，它們就可以相洽為一個「統一的理論」，大家都能站住腳，混搭成功，皆大歡喜；如果狹義相對論與牛頓引力理論不相協調，也就是說愛裝和牛褲不搭，那就必須建立這樣一套引力理論：它與牛頓引力論有一拼、與狹義相對論有基情。這樣，狹義相對論才能站住腳，而牛頓理論就退居二線，甘當新理論的「一級近似」，發揮餘熱。

根據牛頓理論，物體間的引力，其大小與距離關係密切，但它們的傳遞與距離無關，如果移動一個物體，另一物體所受的力就會立即改變。

這就是說，引力的傳遞速度是無限的（超距作用），這與狹義相對論的光障限制相矛盾。

假如太陽突然消失，牛爺認為，地球立馬就得脫軌，而小愛認為，地球至少得８分鐘後才能有反應，８分鐘以內，它還是繞著原來的軌道公轉。

看，分歧不是一般的大。

愛因斯坦還發現，除了與牛頓理論鬧矛盾之外，狹義相對論自身還存在一個較大的BUG，說起這個BUG的根源，還是在於它沒有徹底解決引力和參考系問題。

還記得三位大師的相對性原理吧？

伽利略：力學定律在任何慣性系中都相同。

龐加萊：運動定律在任何慣性系中都相同。

愛因斯坦：物理定律在任何慣性系中都相同。

瞧瞧，都是「慣性系」。也就是說，三位大師的理論只適用於一種特殊情況：勻速直線運動，也就是慣性系。

如果速度、方向發生了改變（非慣性系），他們的理論——當然包括狹義相對論就不成立了。

在慣性系中，狹義相對論所向披靡，不僅能夠解釋低速運動，還能夠解釋牛頓理論無法解釋的高速運動。

但是，狹義相對論沒有解決加速度的問題，而在自然界里，受錯綜複雜的各種力的相互影響，物體運動都有加速度，基本上不存在什麼直線運動，所以很難找到真正的慣性系。

是不是開始迷糊了？

思考，還是思考，只有思考！

思想是自由的，然而，它難以飛躍我們自身經驗認識的壁壘，衝出去，就是另一番天地！但，這要思想的翅膀夠硬才行！

一個思想實驗，可以連續做幾天，幾個月，甚至一年、兩年……

愛因斯坦說，一個封閉箱中的觀察者，不管用什麼方法，也無法確定他究竟是靜止於一個引力場中，還是處在沒有引力場的加速運動中。

加速度運動和引力是等效的。

等效原理是廣義相對論的第一個基本原理，也是整個廣義相對論的核心。

引力與慣性力、加速度等效。加速度，是矢量速度，沿著運動方向變化。

而狹義相對論適用的慣性系，是勻速直線的，速度是不變的。

那麼，在矢量變速中，狹義相對論是不是不成立了？

由於有了加速度，速度不斷發生變化，所以即使是分解成再小的一段距離，它也是有變化的。那麼，我們只好把它分解到「最小」，只看加速度運動區域的一個點，在這個點上，物體運動的速度和方向都只有一個，也就是所謂「勻速直線」。

所以，在加速運動的一個點上，狹義相對論成立！

在時空區域中，一個點內的引力場，可以將其等同於慣性參考系去描述，而狹義相對論在這個「局域慣性參考系」中完全成立。

有了這個思想，狹義相對論就成了這個新理論的一部分。這就是「強等效原理」。

上面說到的那個等效原理，當然只能叫「弱等效原理」了。

還記得狹義相對性原理吧：物理定律在所有慣性系中都相同。

有了等效原理，愛因斯坦把相對性原理又推進了一步：物理定律在一切參考系中都相同。

這就是「廣義相對性原理」。那麼，原來的那個相對性原理，只好叫做「狹義相對性原理」了。

這是一個質的飛躍，物理定律從此不受參考系的制約，無論你是直線的、勻速的，還是曲線的、加速的，都沒關係，到愛因斯坦這兒，都一樣。

但愛因斯坦清楚，得到一個基本原理，只是拿到一隻雞蛋，想靠它辦養雞場，早著呢。

繼續做思想實驗。

牛郎織女坐在電梯內。

電梯在向上加速。

電梯外，遙遠的太陽，光芒何止萬丈，射向電梯的那道光，方向與電梯運動方向垂直。

電梯內，牛郎織女感受著向下的「引力」，起舞弄清影，好似在人間！

「可是，牛郎哥，我們明明知道自己沒在人間，而是在太空里啊！」七仙女看著立即就要我耕田來你織布的牛郎，有點犯迷糊。

「咦，牆上有個蓋板，咱打開看看外面，不就心裡有底了？」牛郎說開就開，可打開一看，蓋板後面沒窗，更沒門，是一條橫縫，正對著遠方的太陽。

一道陽光迫不及待地闖了進來，在對面的牆上投射出一道光條。細心的七仙女發現，這個光條比它剛剛通過的橫縫低一點點，也就是說，陽光透過橫縫後，向下彎曲著投射到對面牆上！

聽起來是奇聞，說起來是笑談。一統光電磁帝國的麥克斯韋說過，光是走直線的，這是個久經眾多牛人考驗、無數常人見證的真理。在我們人類印象中，自從盤古開天闢地以前，光就始終直來直去，愛誰誰，誰見它彎過呢？

可就是現在，我們眼巴巴地看著它彎了。

不僅彎了，它還彎得那樣自然、淡定、優雅，那樣理直氣壯、天經地義和毋庸置疑。

似乎它從來就不曾直過。

世事難料啊！

其實想想也不奇怪，我們知道，光是不受任何參考系速度影響的，光穿過橫縫，向對面牆射去的時間裡，電梯正在向上加速運動，而光卻沒有跟著向上作加速運動，所以它到達對面牆的落點就偏下了。

可是，為什麼不是斜線，而是彎曲呢？

又來一個思想實驗，乒乓球和光子同是火車上跳動，為嘛軌跡不一樣？乒乓球向上跳逐漸減慢、向下落逐漸加快，上下用的都是加速度，所以畫弧線；而上下跳動的光子，速度不變，又是在勻速直線運動的愛車上，所以它劃的是斜線。

現在，電梯在做加速運動，而光速是不變的，所以它相對於做加速運動的電梯，划出了一條奇異的弧線。

這很好理解。

可是，一想到加速度帶來的慣性力和引力等效，就得到一個奇怪的結論：引力應該也可以使光彎曲！

然而，根據久經考驗、戰無不勝的麥克斯韋方程，光線必須是直線，或者說，光不會拐彎抹角，寧「折」不彎，那麼，它的「彎曲」該如何實現呢？

愛因斯坦說出了他的答案：是空間彎曲了。

那麼空間又怎麼會彎曲呢？

是引力。愛因斯坦推論道，空間被引力場彎曲，順便彎曲了光線。引力場又來自哪兒呢？源於物質。這就是說，物質的存在會影響空間幾何！

物質存在於空間之中，同時影響空間，使空間幾何發生變化。

再來一個思想實驗。

一個大大的圓盤狀飛行器懸浮在眼前。它叫愛因斯坦圓盤，簡稱愛盤。

織女MM到愛盤中央待命，也就是圓心位置；牛郎GG到愛盤邊的內壁上待命。

這個實驗很簡單，就一個字：轉。

當愛盤以圓心為軸，轉動起來時，牛郎GG和織女MM會有什麼不同的感覺呢？

愛盤緩緩轉動起來，逐漸加速。

站在圓心的織女說：好無聊哦，就是轉，沒有任何變化啊！

站在愛盤邊的牛郎說，哇，很神奇啊，我感到自己被一股力拉向盤外，幸虧盤沿內壁擋住了我，不然就飄向太空了！這股力越來越大。嗯，現在我站在內壁上，不覺得愛盤在轉，只感覺到引力，現在感覺身體重量正常了！

愛盤開始勻速轉動。牛郎感覺很踏實，就像回到地球上一樣。

我們剛才看雜耍得知，這是因為，圓盤轉圈兒，做圓周運動，也就是加速運動，產生的離心力等效於引力。

這個不新鮮，沒意思，反正閑著也是閑著，再對下表吧。

牛郎織女心有靈犀，「同時」報時，但數字不同：織女報的時間與你同步，而牛郎報的時間比你慢。

嗯，這個也不新鮮，愛盤轉動，織女在盤心，等於沒動，與懸浮在盤邊的你同處一個參考系，屬於靜系，所以報時與你相同；牛郎在盤邊做加速運動，屬於動系，所以時間流動比你和織女慢。

是不新鮮。

等等，好像有哪兒不對勁。

對牛郎來說，他並沒有感覺到什麼運動，而只是感覺到引力，所以對牛郎來說，是引力讓時間流動變慢——時間膨脹了！

加速度等效於引力，不僅力效應等效，運動效應也等效！加速運動能使時間變慢，引力也能！

織女一聽，哦，這麼好玩兒啊？嘴噘起老高，「我不在盤心玩了，我也要去牛郎GG那兒！」

好吧，你去吧，不過，每走兩步，你就得報一次時。美女一噘嘴，你一向是有求必應。但這次，你是正中下懷，因為咱倆剛好要了解一下，從盤心到盤邊，時間變慢的幅度是如何變化的，所以順水推舟答應了織女的要求。

織女從盤心向牛郎走去——與其說是走去，不如說是被甩過去，因為離開圓心向外沿走，就有了離心力，越向外，離心力越大，幸好織女是神仙，掌控力強，居然保持勻速向外移動！

隨著織女的報時，咱倆發現，離盤心越遠，時間變慢的幅度越大。

這很正常，因為離盤心越遠，轉動的速度也就越快，引力就越大，時間當然就越慢了！

那，咱倆把織女報時變慢的幅度記在坐標上，每次報時的變慢幅度標記成一個點，用線連起來，會是什麼樣子呢？

哇，原來是一條美麗的曲線！

我們可以這樣理解：隨著引力的變化，時間彎曲了。

引力可以使時間彎曲！

你說不可能？時間怎麼會彎曲？

你不會是忘了吧，時間和空間是一體的啊！怎麼就不能彎曲呢？

那，空間彎曲，有證據嗎？你疑惑道。

別急嘛，實驗尚未成功，同志仍需努力。我說道。接著做試驗！

你倆才「同志」呢。織女嗔道。

好吧。現在，需要七仙女大顯神通了！你是天庭的著名裁縫……

人家現在都叫服裝設計師。織女瞪眼。

嗯，你是天庭的著名服裝設計師，量體神尺應是隨身攜帶，可否一展神通，幫俺們量量這愛盤的尺寸？

這好辦！說到織女的特長，她興奮起來。量哪兒的尺寸？

量一下愛盤的半徑。我說道。

好辦。織女話音未落，玉臂輕揚，眼見一道白光，卻是軟尺順衣袖飛出，尺頭直落盤心，尺身筆直地貼在盤面，延伸到盤邊。

半徑是r。織女話音剛落，白光一閃，衣袂飛揚間，尺已收回袖中。

酷！

神仙辦事效率就是高啊！我由衷贊道。不過，七仙女啊，你尺子收得太早，咱還沒量盤的周長呢！

剛展示了才藝的織女不屑道，有了半徑，周長還用量么？周長=2πr啊！當我白痴啊！

是嗎？你確定一定以及肯定？世事無常啊，還是量量比較放心。我說道。

唉，不和你這個文盲計較了，量完看你還有什麼話說。織女說著，縱身懸停在空中，玉臂輕舒，白光再現，神尺精準地繞盤沿一周，盤動尺不動，那個刻度靜靜地展示在織女眼前。這手法，嘆為觀止啊，咱倆等著觀賞織女報完數以後收尺的Posse。

然而，織女似乎石化了，她遲遲沒有聲音，尺也不收了。

咱倆仔細觀瞧，卻見織女瞠目結舌：怎麼不等於2πr，居然比2πr短？！

不必懷疑精度，這是神尺。

牛郎見老婆演砸了，尷尬地打圓場：咳咳，嗯嗯，腫么回事？圓周率不靈了？

狹義相對論有一個已經被證明的預言：物體會沿著它運動的方向變短。那麼，這個圓盤做圓周運動，其圓周就會變短，沿著圓心所做的圓，越靠外，速度越快，圓周變短的比例就越大。你神采飛揚地搶答道。

牛郎織女和我用傾慕的目光看著你。

那麼，作為一個圓盤，它在半徑不變的情況下，周長是怎麼做到變短的呢？！

答案是：空間彎曲。具體什麼情況呢？

我們所說的圓周率π，即圓周與直徑之比，只在平面幾何中有效。

也就是說，你在平面上畫個圓，再畫出它的直徑，這個圓周長與其直徑之比，就是π（3.1415926535……無限不循環ing）。

但是，如果我們把這個圓畫在球面上，比方說畫在足球上，再畫出它的直徑，你就會發現，圓周變短了，直徑變長了，圓周與直徑之比，就會小於π。

不信？我們可以這樣極端地想：在地球上畫圓，以南極為中心，沿赤道畫一個圓，在地球表面畫出它的直徑，應該是過南極的一條經線，兩端到赤道截止，其長度是地球周長的一半，現在，這個圓的周長和半徑之比就是2，小於π，是吧？

那麼，有沒有大於π的情況呢？

有的。

見過馬鞍吧？就是相對的兩邊下垂、另兩邊翹起的面。在馬鞍曲面上畫圓，再畫出它的直徑，這個圓周與直徑之比，就大於π。

嗯，只要空間是彎曲的，圓周與直徑之比就不等於π，周長自然就不等於2πr了。

圓盤轉動，產生狹義相對論的尺縮效應，那是由於空間彎曲了。

原來，狹義相對論已經隱含了空間彎曲的結論！

好吧，剛才說時間彎曲，現在又說空間彎曲，那麼，到底是誰彎曲了呢？

時空彎曲了。

「時空一體」這四個字可不是隨便說說的。時與空不是親密關係，比如夫妻，可以拆成夫與妻。我們說過，時空是一體的，就相當於老婆，我們不能把她拆成兩部分，一部分叫老，另一部分叫婆。

因此，我們可以這樣理解，從深層次上講，時脹和尺縮效應，其實是時空彎曲這件事表現的兩個方面。就好比閃電和雷聲，實際上是電流在空氣中傳導所製造的兩個表象。

至此，廣義相對論的基本原理就敘述完畢了。我們小小地回顧一下：

1．弱等效原理：引力質量=慣性質量。加速度與引力等效。

2．廣義相對性原理：物理定律在一切參考系中都相同。

根據以上原理：

3．加速度可使光線彎曲，那麼引力也可以使光線彎曲。

4．圓周運動實際上是加速運動。

5．由「光線彎曲」推出：空間彎曲。「圓周率失效」也可以推出空間彎曲。

6．引力源於質量，也就是說，質量可使空間彎曲。

8．引力越大、時間越慢、空間越彎曲。

上面的都很簡單，下面這條我們也應該不難理解：

9．強等效原理：在時空中，一個點內的引力場，我們可以把它當做「局域的慣性參考系」。也就是說，可以用狹義相對論去描述引力場中的任何一點。

你會發現，廣義相對論的基本原理，原來如此簡單。至少，不像想像中那樣難以理解。為什麼？

那是因為，廣義相對論是關於引力和時空關係的理論。我們已經接受了狹義相對論，嶄新的時空觀在我們的頭腦中已經形成了概念，廣義相對論的基本原理是很新奇，但對我們來說，已經不難接受了。

小愛發現了等效原理、提出了廣義相對性原理，並且據此推出時空彎曲等一些聽起來是奇譚、但又相當有前途的結論，可以用來解決物理學衣褲不搭的尷尬。但新的煩惱出現了：用什麼手段來描述這一光輝思想？

當然是數學手段。

1915年到1917年，是愛因斯坦科學成就的第二個高峰。

1915年11月，愛因斯坦一連向普魯士科學院提交了4篇論文。

第一篇論文發表了新的引力場方程，既滿足了守恆定律，又遵從了「普遍協變」的要求，但有一個蛇足，加了一個對變換群的限制。

愛因斯坦！愛因斯坦面對這個方程，他面對的是多年後全世界的目光和期待！不必要的蛇足曾經在論文中浪費過兩個方程，他深知這一點，他還能夠微笑著面對他面前的這個蛇足？二十天以後，他會是怎樣的表情？

第三篇論文根據這個新方程，預言了光線經過太陽表面偏轉的角度，還推算出水星近日進動的角度，解決了困惑天文學60多年的一大難題。

第四篇論文《引力的場方程》，他放棄了第一篇論文里的那個蛇足，建立了真正普遍協變的引力場方程。

廣義相對論誕生了！

蛇足砍掉了，戰鬥結束了，愛因斯坦獲得了勝利！淘汰了所有懷疑的目光！他沒有再一次倒在數學面前，偉大的愛因斯坦，偉大的愛因斯坦精神！廣義相對論今天生日快樂！！愛因斯坦萬歲！！！

1916春天，愛因斯坦寫了一篇總結性的論文《廣義相對論的基礎》，塵埃基本落定。

他沒有辜負全人類的期望，這是一個絕對理論上的絕殺，絕對的死角。人類科學進入了新時期！勝利屬於愛因斯坦，屬於麥克斯韋，屬於牛頓，屬於伽利略，屬於普朗克，屬於哥白尼，屬於所愛真理愛科學的人！！！

1916年6月，愛因斯坦根據他的方程預言，一個力學體系變化時，必然發射出以光速傳播的引力波，提出了引力波理論。該預言在1979年得到了間接證明。

1916年8月，愛因斯坦在《論輻射的量子性》一文中，提出了受激輻射理論，成為激光的理論基礎。

1917年，愛因斯坦在《根據廣義相對論對宇宙所做的考察》一文中，推論宇宙在空間上是有限無邊的，這又是人類歷史的一個大膽創舉，宇宙學從此擺脫了純粹猜想的思辨，進入現代科學領域。

現代宇宙學誕生了！

1937年，在兩個助手合作下，他從廣義相對論的引力場方程推導出運動方程，進一步揭示了空間——時間、物質、運動之間的統一性，這是廣義相對論的重大發展，也是愛因斯坦在科學創造活動中所取得的最後一個重大成果。

廣義相對論是人類有史以來最偉大的思想成就之一，它統合了狹義相對論和牛頓的萬有引力定律，將引力描述成因物質與能量存在而彎曲的時空，取代了傳統對於引力是一種「力」的看法，它代表了現代物理學中引力理論研究的最高水平。

廣義相對論是典型的三無產品：無矛盾相逼，無觀測徵兆，無現實需要。但愛因斯坦僅憑對「萬物平權」這一簡潔的自然美、科學美的不懈追求，以一人之力建起一座巍峨的科學大廈，使人類對宇宙本質的認知向前狠狠地邁出了一大步。愛因斯坦說，如果我不發現狹義相對論，5年之內肯定有人發現它，如果我不發現廣義相對論，50年內也不能有人發現它。看來，他把時間估算得太保守了，從廣義相對論發表近百年的現在來看，別說是發現相對論，就是研究相對論，稱得上精通的也不多。

廣義相對論顛覆了人類的認知，在時間流逝、空間幾何、自由落體、光的傳播等問題上，提出了與經典物理和人類日常認知完全不同的看法。

廣義相對論得到了諸多當時看起來不可能，以後卻廣為接受的預言：引力場內的時間膨脹、光的引力紅移、引力時間延遲、黑洞、光線彎曲、引力透鏡、引力波、有限無邊宇宙、蟲洞、時間旅行等等。

http://bbs.tianya.cn/post-no05-211009-1.shtml

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