爱因斯坦的广义相对论到底是什么？

爱因斯坦的广义相对论到底是什么？

爱因斯坦的广义相对论研究的是物体相对周围被加速的情况，尤其是那些在过去来看被认为是“引力”作用而引起的加速。 广义相对论将引力解释为时空的弯曲。物体在被其他物体的质量弯曲的空间中只是沿着“最容易的”路径运动，按照这个理论， 行星围绕恒星运行的轨道，彗星走过的双曲线路径，并不是因为引力的“作用”，而是恒星质量引起空间的扭曲使然。

爱因斯坦受到他后来称之为“我一生中最幸福的思考，如果一个人自由下落，他将感知不到自己的质量”的启发。其重要的思想就是关于空间和时间的一—在他的狭义相对论中，二者已经被关联起来了，并非平直的，而是弯曲的，被存在的物质所弯曲。爱因斯坦认识到这个曲率将导致一种被称为引力的现象。牛顿认为引力是物体之间相互吸引的力，虽然他的方程很完美，但是他经常会小心翼翼地说，自己并不知道这作用于遥远物体之间的奇怪的力到底是什么。广义相对论解决了这个问题。其实并没有力，物体只是简单地沿着时空中最短的路径运动而已。

在平整的表面，最短的路径是直线，也称测地线。在地球这样的球面上，测地线则是圆上的一段圆弧。但在复杂的弯时空中，物体所遵循的测地线也许是椭圆或双曲线，或是牛顿引力理论所描述的任何路径。其实根本没有所谓的引力：就像美国物理学家约翰·惠勒总结的那样，“空间告诉物质如何运动，物质告诉空间如何弯曲”。

实际上，一旦爱因斯坦掌握了描述他四维曲面的微妙的数学工具后，相对论就像17世纪的牛顿方程式一样，使一切都变得清楚了，除了一些极端的情况外。这些情况包括质量极大的事物，在那里时空弯曲严重，牛顿方程式不能成立。爱因斯坦意识到这种差异在水星轨道上就能观测到。天文学家对那颗距离太阳很近的小小的行星进行了长期观测，发现它的轨道一直在变化，这种运动在经典的引力理论中无法解释。但是在相对论看来，这种由于在太阳附近而产生的额外的空间弯曲，正好将水星的轨道扭曲成目前的样子。

几年后，爱因斯坦将广义相对论的场方程扩展应用到宇宙学中，令他沮丧的是，方程预言了一个动态的宇宙，宇宙必须是膨胀或收缩的，而不可能是科学界普遍认为的静态的。于是爱因斯坦引入了一个他称为“宇宙常数”的力， 来使他的方程能够得到静态宇宙的结果。“这是我一生中犯下的最大的错误”，他后来回忆道。 这之后不久，天文学家发现了宇宙确实在膨胀，相对论自始至终都是正确的。