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1905年，爱因斯坦完成了狭义相对论，但是对其结果并不太满意，原因是爱因斯坦无法将牛顿提出的“万有引力”纳入狭义相对论的框架之中。 牛顿认为，无论两个物体之间的距离多么远，万有引力都能够瞬间传播（就是说引力的速度无限大），这一点与爱因斯坦的狭义相对论相矛盾，狭义相对论认为任何信息的传播速度，都无法超过光速（光速是宇宙中最快的速度）。 于是爱因斯坦开始尝试将引力纳入狭义相对论中，在1915~1916年成功的发表了广义相对论，狭义相对论的“狭义”就是表示无法纳入引力等，只适合特殊情况，广义相对论则将这一理论改善和普及，使其适用于任何情况。 牛顿万有引力定律认为：任何两个物体之间都存在相互吸引的力，且万有引力的大小与物体的质量和距离有关。 但是，万有引力为什么存在，万有引力定律对此没做任何解释，广义相对论则指出：引力是由时空（时间与空间）弯曲产生的，这种弯曲将使的从它旁边经过的任何物体，即使是光线也要改变路径，也就是“时空弯曲”。 时空弯曲会引起很多的神奇现象，比如“引力透镜效应”：遥远星系等发出的光在靠近地球一侧天体，在地球的引力的作用下会发生弯曲，看上去会产生变形，或者更加明亮，这一现象具有聚光的作用，因此有时候能够看到在通常情况下无法看到的遥远星系。 爱因斯坦在广义相对论中，认为引力是因为时空弯曲所产生的，也就是说，引力不仅能导致空间弯曲，还能改变时间的快慢。 比如一道光线经过一颗大质量星体附近时，大质量星体所造成的时空弯曲，使得这道光线的行进发生弯曲，而光速是恒定不变的，光线弯曲意味着光线内侧的距离变短，内侧距离变短意味着内侧的时间也必须变慢，实际上引力越大的地方时间流逝的越慢。 1960年，美国物理学家罗伯特.庞德和格伦.里贝卡通国实验首次验证了广义相对论说的时间差：在22.6米的高度差内，每秒有0.00000000000000024秒的时间差。 2010年，美国立标准技术研究所的研究团队成功测量出33厘米高度差内的时间差，每年仅为7000亿分之一秒。 在现代生活中，GPS（全球卫星定位系统）已经是日常生活中，必不可少的工具了，GPS卫星的飞行速度大约为每小时1.4万千米（每秒大约4000米），根据狭义相对论，GPS卫星上的时钟每天大约比地面时钟慢120微秒。 由于GPS卫星距离地面大约两万千米的高空中，受到地球的引力比地面小，根据广义相对论，GPS卫星上的时钟每天大约比地面时钟快150微秒。 综合结果是，GPS卫星的时钟，每天大约比地面上的时钟快30微秒，换算为距离，相当于大约10千米，因此，为了得到准确的定位，消除相对论效应所导致的时间差，就必须事先对GPS内的时钟加以修正。 广义相对论认为，当时空弯曲无限大时，会形成一个连光都会被吞噬，而无法逃脱的区域，1967年，美国物理学家约翰.惠勒将这一天体命名为“黑洞”，在黑洞的表面，时间是停止的。 广义相对论认为，黑洞和中子星（几乎全部由中子组成的密度极高的天体）等超高密度物体运动时，会导致的“空间波动”会像水面泛起的波纹那样向四周扩散，被称为“引力波”。 黑洞或者中子星合并时，会发出强烈的引力波，引力波会导致空间波动，波动的大小因距离而不同。 在地球到太阳这么长的距离内，一般引力波所导致的空间波动只有一个原子大小，很难被直接探测到，引力波被称为“爱因斯坦最后的预言”。 2016年2月11日，美国引力波探测站LIGO直接探测到了时空波动~引力波。 引力波源在大麦云所在方向，距离地球大约13亿光年，分析结果表明，这次探测到的引力波，是由两个互相缠绕的黑洞逐渐靠近，最后碰撞合并到一起所产生的。 发生碰撞的两个黑洞的质量，分别是太阳质量的36倍和29倍，合并后的黑洞的质量是太阳的62倍，就是说，两个黑洞在合并成为一个黑洞的过程中，损失了3个太阳的质量。 根据质能转换公式，E=mc2（平方），损失的那3个太阳的质量转化为巨大的能量，以引力波的形式被释放到宇宙空间，这次探测到的空间波动为1毫米的1万亿分之1的100万分之1（10的负16次方毫米）。 在广义相对论诞生之前，我们的宇宙是如何诞生的，这个问题，几乎没有人从科学角度讨论这个问题，甚至爱因斯坦也认为宇宙是没有起点的。 但是，广义相对论表明，空间并非是不变化的，具有质量的物体会导致周围的空间弯曲，1922年，前苏宇宙物理学家亚历山大.弗里德曼将广义相对论应用于整个宇宙，从而推导出整个宇宙空间可以膨胀或者收缩。 基于宇宙空间能够变化这一观点，才诞生了真正意义上的“宇宙学”，人类才开始探索宇宙的诞生、演化和未来。 欢迎您继续与本系列文章一起，探索宇宙的终极秘密。。 |
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