第二章 空間與時間 【18】

20世紀前，物理學的基本理論就是牛頓力學，牛頓對宇宙的看法是：所有的天體都是靜止的，空間無限大。

當時物理界還普遍認為宇宙空間充滿了一種叫做「以太」的連續物質，它是一種靜止的、無質量的、絕對剛性的物質；光與電磁波就像空氣中的聲波一樣，是「以太」中的波。

愛因斯坦認為「以太」在宇宙中根本就不存在；而且也沒有「絕對時間」「絕對空間」。

隨著物質運動、空間、時間、質量、能量全都在變化並且變化的程度是隨速度的加快而增大。狹義相對論說空間和時間二者之間是可以互相轉化的。而廣義相對論則進一步引入了萬有引力來和時間、空間建立起關係，指出它和物質的質量分佈有關；質量造成了空間的彎曲，質量越大時空也就彎曲得越利害；這實際上已經改變了通常人們的那種認為時間總是不斷向前的觀點。

愛因斯坦說引力與其它力不一樣，他賦予了它幾何性質的概念：它只是空間——時間不是平坦的這一事實的結果。質量與能量的分佈不勻使空間——時間彎曲了。他又說地球沿著彎曲軌道繞太陽公轉並非是什麼萬有引力的作用，而是它只能順著彎曲空間的測地線——曲面上的兩點間的最短距離行進。由於在相對論中質量總是正值，這就決定了時空只能像球體一樣向自身彎曲，它反映出引力是吸引的與時空的正曲率正好吻合。

空間的物質使空間彎曲了，而彎曲的空間也反過來決定了空間粒子的曲線運動。也就是說引力已經是一種幾何性質的東西，這樣它也就只能是相對論特有的，愛因斯坦明確指出它與其它屬於量子力學的力是完全不同的。由於量子化的廣義相對論不能重整化，因而也就無法依照解釋電磁力的方法來解釋萬有引力。量子化與相對論互不自洽，這是量子力學中最大的缺陷。就此相對論只屬於大尺度宏觀宇宙範疇研究所用；量子理論劃歸於研究微觀粒子世界了，本章所說的空間——時間就歸相對論了。

引力的幾何曲面解釋告訴我們，就是光線也必須沿著空間——時間的測地線走，而並不是一般人們所認為的光線是直線的概念。關於這點愛因斯坦在廣義相對論中預言，太陽附近的時空曲率使得從遙遠恆星來的光線在通過太陽附近時被彎折。幾年以後，在一支英國探險隊1919年遠征西非觀測了日食現象后完全證實了該預言，曾引起了全球的轟動。

光線會在引力場中發生彎曲，使人們聯想到透鏡中光線的偏析，從而有人提出過引力透鏡的理論，說的是，在一個質量足夠大的物體後面的光源所發出的光線，從這個物體周圍經過後，能像經過透鏡一樣在該物體前面成像。引力透鏡現象引導人們去設法觀測大質量天體後面的未知光源。

在這個問題上，廣義相對論不同於狹義相對論之處，不僅僅畸曲了空間——時間，並且將空間——時間本身就作為一個動力源，從而能夠影響物體的運動；反過來物體在運動過程中也時刻在影響著空間——時間的曲率的不斷改變。

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