廣義相對(duì)論百年：牛頓力學(xué)怎樣被愛(ài)因斯坦推翻

100年前，愛(ài)因斯坦發(fā)表了用幾何語(yǔ)言描述的引力理論——廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論闡明了物體的質(zhì)量使時(shí)空（時(shí)間和空間）扭曲，扭曲的時(shí)空產(chǎn)生了使物體互相吸引的引力的道理。那么，這一偉大理論是怎樣誕生的呢？

1915年11月25日，一位天才物理學(xué)家提出了一個(gè)顛覆人類(lèi)常識(shí)的大理論——廣義相對(duì)論。簡(jiǎn)單地說(shuō)，廣義相對(duì)論就是這樣一條理論：任何一個(gè)物體的重量（質(zhì)量）都能引起時(shí)空的扭曲，產(chǎn)生引力。

那么，天才物理學(xué)家阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein，1879～1955）是如何建立這個(gè)偉大理論的呢？

改變物理學(xué)的“狹義相對(duì)論”

在廣義相對(duì)論誕生大約10年前，1905年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了“狹義相對(duì)論”。狹義相對(duì)論極大地改變了當(dāng)時(shí)物理學(xué)對(duì)時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)。

英國(guó)物理學(xué)家艾薩克·牛頓（Isaac Newton，1642～1727）確立的物理學(xué)基礎(chǔ)—牛頓力學(xué)認(rèn)為，空間的間隔（物體的長(zhǎng)度）和時(shí)間的流逝是絕對(duì)的，從任何時(shí)間點(diǎn)、對(duì)任何觀察者來(lái)說(shuō)都是一樣的。即，1米的尺，任何時(shí)候、任何人看都是一樣長(zhǎng)的；1秒，任何時(shí)候、在宇宙的任何地方經(jīng)過(guò)的都是1秒。

但是，狹義相對(duì)論認(rèn)為，物體的長(zhǎng)度和時(shí)間的流逝，是隨著不同的狀況變化的。運(yùn)動(dòng)越快的物體長(zhǎng)度越短，時(shí)間流逝得越慢。

取代牛頓力學(xué)的“廣義相對(duì)論”

狹義相對(duì)論和牛頓力學(xué)之間有很大的矛盾。根據(jù)狹義相對(duì)論，自然界的最高速度是真空中的光速，每秒為30萬(wàn)千米。而牛頓力學(xué)認(rèn)為，所有物體之間，都有與之成正比例的“萬(wàn)有引力”互相吸引（萬(wàn)有引力定律）。并且無(wú)論兩個(gè)物體離開(kāi)多遠(yuǎn)，這個(gè)萬(wàn)有引力的相互作用都不需要花時(shí)間。也就是說(shuō)，力的傳遞速度比光速還要快。

實(shí)際上，已經(jīng)觀測(cè)到用牛頓力學(xué)解釋不了的自然現(xiàn)象。牛頓力學(xué)的毀滅就在眼前。

因而愛(ài)因斯坦就想，能不能把引力和相對(duì)論結(jié)合起來(lái)。在重組相對(duì)論的過(guò)程中，他采用了自己的老師、德國(guó)數(shù)學(xué)家赫爾曼·閔可夫斯基（Hermann Minkowski，1864～1909）提出的時(shí)空理論，把時(shí)間和空間結(jié)合在一起。這樣，就提出了前所未有的、物體的質(zhì)量使得周?chē)�的時(shí)空發(fā)生扭曲的新概念。為了研究扭曲時(shí)空，需要曲面數(shù)學(xué)。因此他接受了共同研究者、數(shù)學(xué)家馬塞爾·格羅斯曼（Marcell Grossmann，1878～1936）的提議，不用歐幾里得幾何學(xué)（Euclidean geometry，在平面和非扭曲空間上研究圖形的數(shù)學(xué)），而是用研究曲面上圖形的黎曼幾何（Riemannian geometry）進(jìn)行研究。

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