爱因斯坦狭义相对论解释了时间、空间以及光的性质,阐述了万物的运动速度极限是光速,但是却引出了另外一个问题:以光速为物体运动极限的概念与牛顿17世纪后期提出了引力理论是不相容的,因为引力可以瞬间在两个大大质量星体直接传播。换句话说,引力的速度是应该超过光速的。经过多年研究,爱因斯坦提出了广义相对论。在这个理论中,他又一次革新了我们对空间、时间的观念,他证明它们是卷曲着的,而引力就是那个卷曲的波澜。
1642年,牛顿出生于英国的林肯郡,毫无疑问,他是一位科学天才,他对宇宙有无数的发现,其中最为著名的就是万有引力定律。今天我们知道,我们能稳稳地站在地球上而不会漂浮在太空中,就是地球引力的作用。这样简单的常识,在300多年前,没有人知道苹果会落下的原理和行星围绕着太阳公转的原理是一样的。
牛顿认为两个物体之间的引力大小取决于两个因素:组成每个物体的物质总量和物体间的距离。物体质量越大,引力也就也大,反之越小。并且给出了精确计算引力的方程式,称之为:引力定律。直到20世纪初,引力定律一直被公认为不容辩驳的真理。
但是爱因斯坦的狭义相对论提出了光速是一切宇宙万物的运动速度的最大值。但是按照引力定律,两个物体之间的引力和距离是存在关系的。可以试想太阳突然爆炸之后,原理1.5亿千米的地球会立刻脱离太阳的运动轨道,但是光从太阳到地球需要8分钟,也就是说,引力的速度超过了光速,这显然和爱因斯坦的狭义相对论是矛盾的。
在牛顿提出引力的同时,他并没有解释引力到底是什么,也没有说明引力究竟是怎么发生作用的。两个物体相隔亿万里,他们凭什么发生关系的呢?
1907年的一天,爱因斯坦坐在瑞士的一间办公室里,经过曲折坎坷的思维活动,他终于意识到这个问题的答案。狭义相对论通过相对性原理确立了不同观察者的观点都是平等的。物理学定律对一切匀速运动的观察者都是一样的。但是对于那些加速运动者呢?爱因斯坦发现利用了空间和时间的弯曲来讲加速度和引力联系在了一起。让我们看看他是如何做到的。
爱因斯坦通过一系列实验首先证明了所有加速度运动时,空间都是弯曲的,而且时间也是卷曲的。而且爱因斯坦发现,引力其实就是时间和空间的弯曲。这就是广义相对论的思想精髓。什么意思呢?当没有任何物体或者能量时,空间应该在二维平面上是平直的。但是在这个二维平面上,如果有一个很大质量的物体时,这个物体就会让这个平面凹陷,类似于一个球落入一张网上一样。地球绕着太阳转,仿佛有一个绳子将地球和太阳连接在一起。其实就是地球卷入了太阳将空间凹陷的轨道中,我们称这样的现象叫做引力的作用。所以,导致地球和太阳之间的引力的神秘力量,是因为太阳的存在,导致了空间的弯曲。因此爱因斯坦的广义相对论将空间的弯曲结合在了一起解释了引力的作用,阐述了引力的动因是宇宙的结构。
所以按照这一理论,如果太阳爆炸了,由于引力的作用,我们地球还是需要8分钟才知道太阳爆炸的事实。