广义相对论

随着人类认识范围的扩大和深入，牛顿力学开始显得捉襟见肘。就拿万有引力来说，太阳与地球相距有1.4亿千米之遥，这中间是一片真空，那么，太阳是靠什么来吸引地球的呢？牛顿本人没有解决这个问题，后来人们就把这种超越空间的引力作用称为“超距作用”。这种提法多少有点回避矛盾的味道，它把太阳对地球的引力作用变成不用花费时间，也无需中间媒介传递的神秘东西。

科学大师爱因斯坦

这回又是爱因斯坦在推动科学的发展了。1916年，在提出狭义相对论之后11年，爱因斯坦提出了他的“广义相对论”。这是一种全新的引力理论。爱因斯坦在重新审视了万有引力定律之后，引进了“引力场”的概念。太阳吸引地球是通过太阳四周的引力场作用于地球的，就像磁铁周围存在着磁场，磁铁通过磁场来吸引铁钉之类的铁磁物质一样。物质越密集的地方（例如太阳四周），引力场越强，作用在这个地方的引力越大。最令人难以理解的是，引力场的存在改变了空间的性质。在牛顿的引力理论中，空间是平直的；在爱因斯坦的引力理论（广义相对论）中，空间是弯曲的，而且物质越密集的地方，空间弯曲得越是厉害。不仅如此，引力场的存在改变了时间的均匀流逝，引力越强的地方，时间流逝得越慢。为了便于读者理解空间弯曲是怎么回事，我们来打一个比方（仅仅是比方而已）。假定有一张均匀的橡皮薄膜，被四处均匀地用力张开。在橡皮中间放一粒小而重的铅弹，它将在这橡皮中间造成一个凹陷。如果我们事先在橡皮上画上方格子的话，这时就可以看出，在铅弹周围原来平直的方格子变得弯曲了。如果在凹陷处的边缘放一个塑料小球（质量比铅弹小得多），就可以看到它会沿着凹陷处转圈，并逐渐掉进凹陷中去。这形象地表现出质量小的物体受到质量大的物体的吸引。

由于广义相对论所揭示的这些空间与时间的特征，与我们日常所见的大相径庭，因此，这一理论提出后相信者寥寥无几。但检验科学理论是否正确的唯一标准是科学实验，广义相对论终于迎来了它的胜利。

狭义相对论与广义相对论

爱因斯坦1905年提出的相对论是针对惯性系的。后来，爱因斯坦把相对论推广到非惯性系上，于1916年又提出了广义相对论。这样，原先的针对惯性系的相对论就被称为狭义相对论。

广义相对论的基本原理有两个：一是广义相对性原理，即自然定律在任何参考系中都有相同的数学形式；另一是等效原理，即小范围内的万有引力同某一加速系统中的惯性力相互等效。