廣義相對(duì)論雖然是一個(gè)復(fù)雜的理論,但它的美卻在于簡(jiǎn)單的基本前提:質(zhì)量和能量能夠扭曲時(shí)空;扭曲的時(shí)空又反過(guò)來(lái)決定質(zhì)量和能量的運(yùn)動(dòng)。

在這里,我們將質(zhì)量和能量放在一起討論,是因?yàn)樗鼈儗?shí)際上是同一事物的不同化身;一個(gè)靜止物體(例如石頭)的能量就是它的質(zhì)量;一個(gè)移動(dòng)物體的能量就是其質(zhì)量和動(dòng)能的總和。對(duì)于沒(méi)有質(zhì)量的光來(lái)講,其總能量只包含單純的動(dòng)能。另外,能量還可以在各種形式間相互轉(zhuǎn)化。

在成功地經(jīng)受住了各種實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)的考驗(yàn)之后,廣義相對(duì)論的關(guān)鍵思想已經(jīng)為我們所掌握,包括:

●質(zhì)量和能量會(huì)扭曲時(shí)空。

●扭曲時(shí)空中的物體將沿“最短路徑”運(yùn)動(dòng)。

●在扭曲的空間中,最短路徑不再是一條直線。

●光總是沿著最短路徑傳播,因此光在空間中將沿彎曲的路徑前進(jìn)。

除此之外,廣義相對(duì)論也給出了一些有關(guān)宇宙整體的新奇論斷。由于空間和時(shí)間會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量和能量的存在而發(fā)生變化,所以整個(gè)宇宙(即全部時(shí)空)也會(huì)受到其所包含的質(zhì)量和能量的影響。簡(jiǎn)而言之,廣義相對(duì)論認(rèn)為:

●宇宙在整體上將是膨脹或收縮的。

●宇宙的演化歷史——它隨時(shí)間膨脹或收縮的過(guò)程——取決于它的成分。

以上是對(duì)一個(gè)非常困難的主題給出的一個(gè)簡(jiǎn)短的摘要,它也許會(huì)讓你覺(jué)得有點(diǎn)不知所云。接下來(lái),我們不妨順著愛(ài)因斯坦的邏輯,嘗試去一步步地理解這些結(jié)論。和愛(ài)因斯坦相同,我們首先嘗試去理解光以及光在真空中的傳播過(guò)程。這個(gè)練習(xí)所給出的結(jié)果,就是大名鼎鼎的狹義相對(duì)論——在后面的討論中,我們會(huì)看到這一理論將從物理字典中刪去“同時(shí)”這個(gè)詞。之所以稱(chēng)之為“狹義”,是因?yàn)檫@只是相對(duì)論理論的簡(jiǎn)化版本,愛(ài)因斯坦在這一版本中完全忽略了會(huì)使事情復(fù)雜化的引力作用。(物理學(xué)家們熱衷于在理論發(fā)展的初期,將困難的部分略去,然后再逐漸加入。)在加入對(duì)引力的描述后,這一理論的擴(kuò)展版自然地被稱(chēng)為廣義相對(duì)論。這個(gè)完整的理論,正是我們了解宇宙的關(guān)鍵一環(huán)。