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撰文 Rachel 翻译 王微晓 审校 胡家僖
如果某一天太阳突然爆炸，将会发生什么？阿尔伯特·爱因斯坦自1905年发现狭义相对论及其著名公式E=mc^2的不久后，就一直对上述问题感到困惑。因为太阳距离地球非常远，太阳光需要经过8分钟才能到达地球，所以我们不会立刻知晓爆炸的发生。在这耀眼夺目的8分钟里，我们完全不会意识到那件恐怖的事情已然发生。 那么引力呢？它的传递速度也同光一样吗？在太阳的引力作用下，地球以椭圆轨道围绕着太阳运动。而如果太阳（或者说作用于地球的引力）消失了，地球就会沿直线脱离原轨道。那么地球是在太阳消失后立即脱离，还是8分钟后才脱离？这正是爱因斯坦感到困惑的问题。 20世纪初，已有近250年历史的牛顿引力理论仍被认为是现代科学的基石。牛顿的引力理论可谓是极其成功，不但解释了行星及卫星的运动，并且还准确地预言了彗星的回访。 根据牛顿理论，地球应该会立即发觉太阳的消失。然而，爱因斯坦在狭义相对论中已经指出，光速是宇宙中速度的极限，任何事物的运动速度都不能超过光速（光在真空中的传播速度c≈3.0×10^8m/s），引力也不能除外。而且，因为爆炸发出的光要经过8分钟才到达地球，引力的变化也必须经过至少8分钟才能被地球发觉。
爱因斯坦对于该谜题的解答完全颠覆了我们对于宇宙的认知。直至1915年，人们都还认为空间是一个静止的舞台，物理定律置身其上，我们可以添些恒星或者行星进去，然后它们就会在这个舞台上按照固有的运动方式翩翩起舞。但是爱因斯坦革命性的想法认为空间并非静止不动，它是动态的，会对正在发生的事物有所响应。如果在空间中放置重的物体，比方说一颗类似地球的行星，那么行星周围的空间就会发生些许变化，而当另外一个物体（比如月亮）靠近这颗行星时，它会感受到空间的凹陷，从而像弹球在碗中滚动那样围绕行星运动。这就是引力的本质。 除此之外，诸如地球一样重物的存在不仅仅影响空间，也会影响时间。爱因斯坦意识到空间和时间并不是分离存在的，而是我们谓之时空（space-time）的不同层面而已。星系的轨道和螺旋结构就是宇宙的时空结构会与物质交相辉映的结果。恒星和行星的运动能够引起尾迹之处时空的弯曲，也会引起其他恒星和行星的运动，同样地，它们周围的时空也会弯曲，以此类推。一言以蔽之，引力是时空弯曲的体现——这就是爱因斯坦的伟大洞见。 爱因斯坦在1915年发表了上述理论发现，称之为广义相对论。如今我们知道广义相对论是关于引力的理论，并且认为它是正确的，因为该理论做出了很多重要的预言，而牛顿理论却没有做到。其中一项预言是光能够被引力弯曲。人们于1919年的日食过程中观测到了这一现象，提供了证实爱因斯坦理论的有力证据，一下子成了新闻头条，也标志着爱因斯坦开始走进大众视野。 原文链接： https://plus./content/maths-minute-einsteins-general-theory-relativity 转载请先联系newmedia@huanqiukexue.com |
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