3月，《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》，在這篇論文中，愛因斯坦提出了光的波粒二象性，也就是說，電磁波即是一種波，也是一種粒子，取決于你從什么角度來觀測(cè)它。實(shí)際上，就連宏觀的物體，比如你和我，都具有波粒二象性。愛因斯坦憑借這篇論文，獲得了1922年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

4月，《分子大小的新測(cè)定法》，這篇論文測(cè)定了分子的大小。

5月，《熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜液體中懸浮粒子的運(yùn)動(dòng)》，這篇論文，愛因斯坦論證了原子的存在。

6月，《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，這也就是狹義相對(duì)論的誕生。

9月，《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎》，這篇論文補(bǔ)充了狹義相對(duì)論的一個(gè)結(jié)論，并推算出了一個(gè)公式，即目前為止眾人皆知的質(zhì)能方程，E=mc2。

你能說，1905年不是一個(gè)奇跡年嗎？

愛因斯坦可以說是憑借一己之力，奠定和推動(dòng)了相對(duì)論，雖然他也是量子力學(xué)的奠基人之一，但他后來是不接受量子力學(xué)的推論的。而且，量子力學(xué)陣營中的大咖有很多，愛因斯坦只是其中之一，而回到相對(duì)論領(lǐng)域，有且僅有他一人。

很多人一提起相對(duì)論，都敬而遠(yuǎn)之，覺得太高深，太可怕了，實(shí)際上，相對(duì)論一點(diǎn)都不難理解，也很有趣，你完全可以閉上眼睛，在腦海中構(gòu)思一個(gè)又一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不需要去買個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器做實(shí)驗(yàn)，就能理解相對(duì)論的精髓。

每當(dāng)我在夜深人靜，去思考相對(duì)論和量子力學(xué)時(shí)，我都會(huì)感覺好神奇，我驚訝于，我們?nèi)司烤故且粋€(gè)什么樣的物種，我們恐怕是這個(gè)星球上唯一一個(gè)孜孜不倦地去思考、去探索自身存在的物種了吧，正如亞里士多德所言：“哲學(xué)起源于驚奇與閑暇。”

沒錯(cuò)，無論是相對(duì)論還是量子力學(xué)，其中都有一定的哲學(xué)味道。每一個(gè)生活在21世紀(jì)的人，都應(yīng)該去感受一下相對(duì)論和量子力學(xué)的美，它真的真的很美，美到讓你覺得，此生生而為人，原來是那么的幸運(yùn)。

現(xiàn)在，讓我們來模擬一個(gè)場(chǎng)景，你站在一個(gè)空曠的草地上，而我呢，在距離你一百米處朝你射出一支箭，假設(shè)這支箭的速度是一百米每秒，那它射到你身上的時(shí)候，你肯定會(huì)感覺到痛，假設(shè)你和古希臘的神一樣，你擁有不死之身，但還是會(huì)感覺到痛。

你從身上拔出了箭，輕蔑地對(duì)我說：“哼！這算什么？敢不敢再快一點(diǎn)？”

為什么要快呢？因?yàn)橐粋€(gè)物體運(yùn)動(dòng)得速度越快，那么它的動(dòng)能就越多，射到你身上的時(shí)候，你也就會(huì)感覺到越痛。你就像是水滸里面的英雄好漢一樣，以自虐地口吻要求我對(duì)你再狠一點(diǎn)。

我的臂力有限，弓的材料也是不變的，我射出來的箭，一百米每秒的速度是極限了，這個(gè)時(shí)候，面對(duì)你如此變態(tài)的請(qǐng)求，我也不知該如何是好。

想了一會(huì)，我突然想到了一個(gè)辦法，我從別處牽過來一匹馬，我騎上了馬，在距離你兩百米處開始沖刺，到距離你一百米的時(shí)候射出箭，這支箭的速度就會(huì)附帶上馬的速度，朝你射過來，假設(shè)馬的速度是五十米每秒，那么射出來的箭就是100+50=150米/秒，顯然，你會(huì)感覺到更痛。

以上，都沒什么問題吧？馬的速度與箭的速度是在同一條水平線上且方向相同，則從馬上射出來的箭的速度是箭本身的速度加上馬的速度，這是最基本的物理學(xué)常識(shí)了，想必初中生也能想明白。

可是，你被射了一箭后，仍舊不滿足，還希望我再快一點(diǎn)，再用力一點(diǎn)，我隨之換了一匹又一匹馬，馬的速度也在增加，一直到五百米每秒的時(shí)候，你還是不滿足，覺得不夠痛快。我現(xiàn)在只能內(nèi)心祈禱，祈求上帝能夠賜予我一匹更快的馬和更快的箭。

突然，天降大雷，上帝顯靈了，他滿足了我的要求，給了我一支光箭和一匹光馬，什么意思呢？就是箭射出來的速度是光速，即30萬公里每秒，馬奔跑的速度也是光速。

我騎上了光馬，對(duì)你射出了光箭，這支箭對(duì)你來說，速度是兩倍的光速嗎？（光馬與光速是無限接近光速，其極限是光速）

如果按照之前我們對(duì)于速度疊加的理解，那么這支箭就是兩倍的光速，即60萬公里每秒。

這個(gè)問題我們先放一邊，再按照這個(gè)思路繼續(xù)思想下去。上帝的出現(xiàn)，不僅給了我光馬和光箭，他還剝奪了你的不死之身，因?yàn)樗X得你太煩了。

這個(gè)時(shí)候，我騎上光馬，對(duì)你射出了光箭，這支箭擊中你的時(shí)候，你就死了，這沒什么問題吧。

假設(shè)你的視力很好，可以捕捉到光子的運(yùn)動(dòng)，可是對(duì)你來講，你是莫名其妙死掉的，為什么呢？因?yàn)槟愀揪涂床坏轿因T在馬上，右手松開弓弦的那一刻。

當(dāng)你看到我手松開弓弦的時(shí)候，你就知道，我要射箭了，那么你也就有了一個(gè)心理準(zhǔn)備，接下來你的胸口被箭擊中，也是你預(yù)料之中的事情?？墒?，如果我騎著光馬對(duì)你射光箭，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很有意思的一幕。你根本就看不到我手松開弓弦的那一刻，你就死了，因?yàn)楣庾诱丈湓谖沂炙砷_弓弦的這一幕，然后傳遞到你的眼里，是光速，而光箭對(duì)于你來說是兩倍的光速，也就是說，你死得不明不白，甚至，你明明看到我手還沒松開呢，弓箭就在我手里好好待著呢，你胸口就莫名受到了一擊，然后你就死了。

于是，你上了天堂之后，百思不得其解，你來到上帝面前，要討個(gè)說法，為什么你死得如此不明不白，簡直就是含恨而死。

上帝靜靜地聽著你的不滿，沒有說話，這時(shí)，從他身后出現(xiàn)了一個(gè)人，當(dāng)你看到他的時(shí)候，你愣了一下，隨后準(zhǔn)備拔腿就跑?？墒牵钅阋庀氩坏降氖?，你的腿就像灌了鉛一樣，直直僵在了原地，動(dòng)彈不得。

愛因斯坦走到了你面前，摸了摸你的頭，跟你說：“可憐的孩子，又是一個(gè)被應(yīng)試教育摧殘的人。”

此刻，你的頭腦完全一片空白，你想起了高中時(shí)代刷不完的試題，你一想起那個(gè)牛頓就頭疼不已，更別說愛因斯坦了。

愛因斯坦理解你心中的恐懼與焦慮，他似乎是一個(gè)話癆，也不管你愿不愿意聽，就滔滔不絕講述起來：“其實(shí)，我早年的時(shí)候也特別討厭這種強(qiáng)迫的教育，我尤其反感軍隊(duì)，我渴望自由。我高中是在德國慕尼黑上的，你知道嗎？當(dāng)時(shí)在德國的高中，基本實(shí)行的都是軍事化管理，這我怎么受得了，所以我就離開了，甚至，我連德國國籍身份都扔了?！?/strong>

“后來我就去瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院上大學(xué)，沒想到里面的物理系竟然不教麥克斯韋的電動(dòng)力學(xué)，這讓我失望透頂，我就自學(xué)去了。甚至，我都看不上那里的物理老師，各個(gè)迂腐至極，教授們也都看不起我，覺得我是一個(gè)不服管教的人，更可氣的是，他們竟然讓我別學(xué)物理了，去學(xué)醫(yī)學(xué)，這對(duì)我來說是天大的恥辱啊?！?/span>

你聽了愛因斯坦的一番獨(dú)白，似乎并沒有像一開始那么怕他了，而后，他接著說：“不要緊張，我不是來給你強(qiáng)行灌輸知識(shí)的，請(qǐng)你暫時(shí)先忘掉對(duì)書本的恐懼，請(qǐng)你回憶一下，你小時(shí)候是不是也經(jīng)常思考呢？思考的樂趣，你為什么在長大成人之后就丟掉了呢？”

隨后，愛因斯坦遞給了你一封信，你稍微瞄了一眼，發(fā)現(xiàn)都是文字，沒有任何數(shù)學(xué)公式，你頓時(shí)松了一口氣：

我從很早的時(shí)候就開始思考，如果我運(yùn)動(dòng)的速度可以達(dá)到光速，那我會(huì)看到什么，光在我眼里就是靜止的嗎？

這個(gè)問題一直困擾了我很久，你還記得余襄子在上一系列講的20世紀(jì)物理學(xué)界的兩大烏云吧，其中一個(gè)就是邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)，人們將其稱為最成功的失敗實(shí)驗(yàn)。

麥克斯韋預(yù)言了電磁波，并且預(yù)言光就是電磁波，這一點(diǎn)得到了赫茲的實(shí)驗(yàn)證明。人們?cè)谥熬椭溃馐怯兴俣鹊?，并非是無限的，并且已經(jīng)得出了光速約等于三十萬公里每秒。那么問題就來了，這個(gè)速度是相對(duì)于誰而言的？

就比如我在草地上以十米每秒的速度奔跑，你也在草地上，那么我相對(duì)于你的速度就是十米每秒；如果我坐上了一列火車，火車的速度是一百米每秒，而我在火車上，順著火車運(yùn)動(dòng)的方向以十米每秒的速度奔跑，那我相對(duì)于你而言，速度就是一百一十米每秒。

因此談到速度，我們就要先弄明白，這個(gè)速度是相對(duì)于誰而言的。光速也不例外，一開始，人們認(rèn)為光速是相對(duì)于光源而言的，比如太陽光的速度，是相對(duì)于太陽而言。但是很快，這個(gè)結(jié)論就與人們的觀測(cè)不相符。

比如在遙遠(yuǎn)的外太空，有兩顆恒星相互旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)一顆恒星向著我們地球運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，另一顆恒星就背對(duì)著我們地球運(yùn)動(dòng)，這兩顆恒星的光抵達(dá)地球的時(shí)候，我們觀測(cè)到的光速應(yīng)該是不一樣的。但是，人們通過觀測(cè)卻發(fā)現(xiàn)這類雙子星，各自的光到達(dá)地球的時(shí)候，光速是一樣的，這就推翻了光速是相對(duì)于光源的假設(shè)。

那么，是否在這個(gè)宇宙中，有一種介質(zhì)，平均地分布在宇宙的各個(gè)空間中，我們看不見摸不著，光速就是相對(duì)于這個(gè)介質(zhì)而言的，這個(gè)介質(zhì)被人們稱之為以太。

人們假設(shè)，地球就處于這樣的一個(gè)被以太所充斥的空間中。如果是這樣的話，那我們從不同方向射出去的光，速度應(yīng)該是不一樣的。但是邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)卻測(cè)量出光速在不同方向上并沒有任何差別。

你還記得我之前提出來的那個(gè)問題嗎？如果我以光速運(yùn)動(dòng)，那么光在我眼里是靜止的嗎？

首先我們得搞明白，光是如何傳播的。光就是電磁波，根據(jù)麥克斯韋方程組，我們可以得知，振蕩的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，而振蕩的電場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，以此類推，電磁波就是在一個(gè)個(gè)新的電場(chǎng)與新的磁場(chǎng)的交替中傳播。這也就是說，電磁波的傳播壓根就和波源的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)。

問題來了，當(dāng)我以光速運(yùn)動(dòng)，如果光是靜止的，那么我就會(huì)看到一個(gè)在振蕩，頻繁產(chǎn)生新磁場(chǎng)和新電場(chǎng)的波，卻不傳播。這就好比，你朝著靜止的水面扔出一塊石頭，石頭擊中水面的中央，會(huì)形成水波，并傳遞出去，這個(gè)時(shí)候，你對(duì)著水波大喊一聲：“現(xiàn)在我要奔跑啦，奔跑的速度和水波的速度是一樣，所以你們就上下震動(dòng)好了，別向外擴(kuò)散了，因?yàn)槟銈冊(cè)谖已劾锸庆o止的?！?/strong>

想想看，這是多么荒謬的一個(gè)場(chǎng)景，我實(shí)在是不敢繼續(xù)想下去了。

越來越多的困惑在我腦海中盤旋，讓我很多時(shí)候都睡不著覺。后來我就在想，有沒有可能是我們的前提假設(shè)錯(cuò)了？

我們一直以為光速是會(huì)變的，不同方向上的光速，在不同介質(zhì)中的光速都是會(huì)變的，所以我們才得出了一些荒謬的結(jié)論，如果我們將前提假設(shè)換一下呢，假設(shè)光速是不變的呢？

如果我們假定光速是不變的，那么邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)也就不奇怪了。

我們也可以從另一個(gè)思考角度出場(chǎng)，也能得出同樣的結(jié)論，即光速不變。

不知你還記得余襄子在很早之前寫伽利略時(shí)候的情形嗎？就是那個(gè)伽利略變化，簡而言之就是，在任何慣性系中，力學(xué)規(guī)律始終保持不變。無論你是在一輛勻速直線運(yùn)動(dòng)的火車上做力學(xué)實(shí)驗(yàn)，還是在一輛靜止的火車上做力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是一樣的，是不變的。換句話講，你根本就無法判斷你究竟是在一輛勻速直線運(yùn)動(dòng)的火車上還是在一輛靜止的火車上。

這就是伽利略的相對(duì)性原理。

我就在想，是否可以將這個(gè)相對(duì)性原理再擴(kuò)展一下呢？不僅是力學(xué)規(guī)律不變，有沒有可能連電磁學(xué)規(guī)律和熱力學(xué)規(guī)律都不變呢？

我們先假設(shè)在任何慣性系中，電磁學(xué)的規(guī)律會(huì)發(fā)生變化，即在不同的慣性系下，普遍的物理規(guī)律是不同的。不知你是否想到了那個(gè)古希臘的芝諾，沒錯(cuò)，我用的就是他創(chuàng)造出來的辯論法，先假設(shè)前提條件是對(duì)的，然后我們按照這個(gè)假設(shè)出來的前提進(jìn)行推導(dǎo)，如果推導(dǎo)出了一些荒謬的結(jié)論，那么我們就可以得出，前提假設(shè)是錯(cuò)的。

言歸正傳，如果我們按照前面的那個(gè)假設(shè)，也就是說，我們做任何電磁學(xué)的實(shí)驗(yàn)，都要考慮方向性。因?yàn)榈厍蚓褪且粋€(gè)高速旋轉(zhuǎn)的物體，試著想一想，赫茲在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，還要考慮實(shí)驗(yàn)室的朝向問題，如果有人跟你說，實(shí)驗(yàn)室的朝向?qū)Q定電磁實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，你一定覺得這人八成腦子搭錯(cuò)了吧。甚至，在地球赤道做電磁實(shí)驗(yàn)與在兩極做電磁實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是不相同的，因?yàn)榈厍虻男D(zhuǎn)速度在這兩塊地方是不一樣的。

所以，我們只有假定，在任何慣性系下，不僅力學(xué)規(guī)律不變，所有的物理規(guī)律都不變。根據(jù)這樣的想法，我們自然就會(huì)得出，光速恒定不變。如果不是這樣的話，那我就可以通過電磁實(shí)驗(yàn)來告訴你，我所處的火車相對(duì)于地面，究竟是勻速直線運(yùn)動(dòng)的還是靜止的。

根據(jù)光速不變這個(gè)原理，我們可以得出一些有違常識(shí)的事情。比如，運(yùn)動(dòng)的物體，時(shí)間會(huì)變慢，不僅如此，運(yùn)動(dòng)的物體，其長度也會(huì)縮小，其重量也會(huì)增加。

一直以來，我們都相信牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，認(rèn)為時(shí)間是客觀存在的，不隨任何人意志的轉(zhuǎn)移而變化，實(shí)際上，時(shí)間是會(huì)變的，不變的是光速。

我們來假設(shè)一下，比如你在地面上，我坐在一列高速行駛的火車上，我手里拿了一個(gè)手電筒，對(duì)著火車的天花板打開了開關(guān)，手電筒亮了，光子飛出去了，撞擊到了火車的天花板上。對(duì)我而言，光行進(jìn)的路線就是一條垂直向上的直線，對(duì)你而言，光行進(jìn)的路線跟我看到的就不一樣，而是一條斜線，且其長度大于我所看到的直線。

根據(jù)勾股定理，我們可以得出這樣一個(gè)公式，很抱歉出現(xiàn)了一個(gè)公式，但這個(gè)公式不難理解。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火車運(yùn)動(dòng)的速度很小的時(shí)候，這個(gè)值約等于1，這就相當(dāng)于伽利略變化式，而當(dāng)火車的速度不斷增加時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間會(huì)趨近于無窮大，什么意思呢？就是時(shí)間變慢了。

需要注意的是，這個(gè)時(shí)間變慢的效果，我自己是感受不出來的，在一列高速運(yùn)動(dòng)的火車上，我該干嘛還干嘛，呼氣用一秒鐘，吸氣也用一秒鐘，而你在火車外看到的我，就會(huì)感覺我在慢動(dòng)作做事，我呼氣用了兩秒鐘，吸氣也用了兩秒鐘。

這就好比我拍了一段視頻，視頻中的我是以正常時(shí)間運(yùn)動(dòng)的，而這個(gè)視頻到了你手中，你按下了0.5倍速播放，那你所看到視頻中的我，運(yùn)動(dòng)就會(huì)慢下來，但實(shí)際上，我拍視頻的時(shí)候還是用正常速度拍的。

按照這樣的思路，我們也可以得出，不僅時(shí)間是相對(duì)的，就連空間也是相對(duì)的。比如說一個(gè)鐵棍在運(yùn)動(dòng)，那么它在運(yùn)動(dòng)方向上的長度就會(huì)縮小，根據(jù)動(dòng)量守恒，其質(zhì)量也會(huì)增加。

但是，千萬不要以為相對(duì)論會(huì)讓你變得更長壽，時(shí)間變慢，并不意味著你擁有了更多時(shí)間，這只是不同坐標(biāo)系對(duì)比的結(jié)果。假如你坐上了一輛高速飛行的飛船，離開了地球，在地球上的我看你，是覺得你的時(shí)間變慢了，但你自己不會(huì)這么覺得，再假如你在外面浪了一圈回來后，發(fā)現(xiàn)地球已經(jīng)過去了100年，而你自己飛船上的鐘表顯示，你只過了60年，這40年的時(shí)間差距，不是你多出來的，而是不同坐標(biāo)系觀測(cè)的結(jié)果不同。假如你一年可以看十本書，那么你在外面浪的時(shí)間，也只能看600本書，而不是1000本書。

但是，這會(huì)帶來一個(gè)悖論，也就是雙生子佯謬，比如你有一個(gè)雙胞胎兄弟，你倆的歲數(shù)都一樣，在20歲的時(shí)候，你突然想去外太空旅游，于是你駕駛著一架高速的飛船走了。等你回來后，你發(fā)現(xiàn)在地球上的兄弟已經(jīng)長白頭發(fā)了，而你卻依舊是一個(gè)中年油膩大叔。這點(diǎn)根據(jù)狹義相對(duì)論，就可以推導(dǎo)出來。

但是，換一個(gè)角度想，運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，當(dāng)你相對(duì)地球和地球上的兄弟高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，地球何嘗不是在以高速相對(duì)于你而運(yùn)動(dòng)。我們也可以看成，你并沒有高速運(yùn)動(dòng)，而是地球帶著除你以外的地球人以高速離開了你，而后又回來了，難道不應(yīng)該是地球上的人的壽命比你更短嗎？為什么不是你在地球上的兄弟比你更年輕呢？

這個(gè)問題的確讓人們頭疼了很久，其實(shí)，這個(gè)問題的答案是，你和地球所在的坐標(biāo)系并不是等價(jià)的。地球可以近似為一個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系，而你呢，你離開地球的速度并不是勻速的，而是先加速，而后勻速，再減速，掉頭，加速，勻速，減速，回到地球，你所經(jīng)歷的并非是勻速直線運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)然，這些效應(yīng)是在速度足夠大，甚至接近光速的時(shí)候才有明顯的效果，如今我們的飛機(jī)在天上飛，在飛機(jī)上的空姐的時(shí)間在你看來的確是變慢了，但是這完全可以忽略不計(jì)，一輩子也差不了一秒。

可能你會(huì)覺得這些離你太遙遠(yuǎn)，甚至都是信口開河，胡說八道，但是，相對(duì)論的時(shí)鐘變慢效應(yīng)已經(jīng)得到了實(shí)驗(yàn)實(shí)證。比如20世紀(jì)后半葉，就有一種精度很高的原子鐘，人們先是將兩個(gè)原子鐘的時(shí)間對(duì)好，然后一個(gè)放在地面上不動(dòng)，一個(gè)則帶到飛機(jī)上飛行，雖然這兩者的時(shí)間差異非常微小，但這個(gè)差異卻是真實(shí)存在的。

不知你想過沒有，因?yàn)楣馑偈呛愣ǖ?，而且光具有速度，所以我們并非“同時(shí)”，什么意思呢？就比如我站在你面前，跟你說一句話，聲波與光的傳播都需要時(shí)間，因此，當(dāng)我的話傳到你耳邊的時(shí)候，那并非現(xiàn)在的我所說的話，而是過去的我所說的。同樣的，你所看到的我，也并非現(xiàn)在的我，而是過去的我。因此，我在你面前，永遠(yuǎn)是過去的我。

再者，你的思考也需要時(shí)間，因此，你腦海中出現(xiàn)的念想，也并非現(xiàn)在的你所想的，而是過去的你所想的。可以說，我們一直都活在過去之中。

這么一想，大有一種看破紅塵的感覺，似乎，這個(gè)宇宙也就這么回事兒。

根據(jù)狹義相對(duì)論，后來我又推導(dǎo)出了那個(gè)著名的質(zhì)能方程，實(shí)際上，質(zhì)量和能量也是一回事。

也許，這個(gè)宇宙的萬事萬物，最終都是一回事兒，哪有什么彼此，有的僅僅只是同一東西的不同形式，這個(gè)時(shí)候，我多么想唱一首歌，愛你就等于愛自己。

到現(xiàn)在為止，你應(yīng)該能明白過來，你在臨死前，究竟有沒有看到余襄子的手離開了弓弦吧。因?yàn)楣馑俨蛔?，所以你是看到了，弓箭射出來的速度接近光速，因此它從被射出，到擊在你身上所用的時(shí)間，被拉長了。是的，其實(shí)你是可以清晰地看到弓箭運(yùn)動(dòng)的軌跡，它運(yùn)動(dòng)地就像蝸牛一樣慢，因?yàn)樗\(yùn)動(dòng)的時(shí)間被無限拉長，且其本身的長度也被縮減。

今天就跟你講狹義相對(duì)論，至于廣義相對(duì)論，你就再等十年吧，不過我敢保證，比起狹義相對(duì)論，廣義相對(duì)論會(huì)更顛覆你的三觀，而且還會(huì)更精彩。

之前講了狹義相對(duì)論，現(xiàn)在，又輪到我們偉大的愛因斯坦出場(chǎng)了。很多人認(rèn)為，拋開數(shù)學(xué)計(jì)算，狹義相對(duì)論要比廣義相對(duì)論好理解，然而，我怎么感覺廣義相對(duì)論更難一點(diǎn)，那個(gè)引力與加速度等效就讓我想了很久。

從狹義到廣義，看上去好像是文字上的一小步，但對(duì)于整個(gè)人類來講，卻是認(rèn)知的一大步。這一步，愛因斯坦花了足足十年，據(jù)說，在1915年愛因斯坦完成廣義相對(duì)論的所有內(nèi)容后，寫道：“讓我好好休息一陣子，我實(shí)在是太累了?！?/strong>

實(shí)際上，廣義相對(duì)論完全就是愛因斯坦一人的貢獻(xiàn)，當(dāng)時(shí)，其實(shí)已經(jīng)有很多學(xué)者摸到了狹義相對(duì)論的邊緣，洛倫茲距離相對(duì)論僅有一步之遙，就連另一個(gè)法國數(shù)學(xué)家龐加萊也已經(jīng)正確地闡述了相對(duì)性原理，并推測(cè)真空中的光速可能是一個(gè)常數(shù)。

換句話說，有沒有愛因斯坦，狹義相對(duì)論有很大幾率被其他人提出來，因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)于整個(gè)物理學(xué)家來講，邁克爾莫雷實(shí)驗(yàn)帶來了一場(chǎng)危機(jī)，每個(gè)人都能感受得到，也會(huì)想辦法去解決。但廣義相對(duì)論就不同了，它更像是橫空出世一樣，幾乎完全就是愛因斯坦一人潛心修煉的成果。

回顧一下狹義相對(duì)論，其根本就是建立在兩條原理：狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)?/strong>，這兩條原理都是在邏輯上必然導(dǎo)出的。狹義相對(duì)性原理，指的是，在所有慣性系下，物理規(guī)律都不變。

什么是慣性系呢？簡單理解一下，對(duì)所有運(yùn)動(dòng)的描述，都是相對(duì)于某個(gè)參考系的，如果一個(gè)運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止，那么我們就可以將這個(gè)參考系當(dāng)做慣性系。

伽利略就已經(jīng)得出，在任何慣性系中，勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止是一回事，也就是說，在任何慣性系中，力學(xué)規(guī)律完全不變。愛因斯坦在狹義相對(duì)論中指出，在任何慣性系中，不僅力學(xué)規(guī)律完全相同，就連電磁學(xué)、熱力學(xué)規(guī)律也一樣。

在任何慣性系下，任何物理學(xué)規(guī)律都不變，這就是狹義相對(duì)性原理。

然后，愛因斯坦就在想呀，這個(gè)能不能運(yùn)用到非慣性系中呢？

如果要這么想，首先要加入“引力”因素。

我們來假設(shè)一下，某一個(gè)極端分子在電梯里面放了一個(gè)定時(shí)炸彈，這個(gè)定時(shí)炸彈限時(shí)24小時(shí)后會(huì)爆炸，且威力驚人，會(huì)對(duì)方圓百里的人群造成傷害，而且，這個(gè)炸彈一旦感受到重力的變化超過一定閾值，就會(huì)立即爆炸。拆彈專家表示，這個(gè)彈拆不掉，但有一個(gè)辦法，就是讓電梯往上升，假設(shè)這個(gè)電梯是可以無限往上升的，那么只要讓它上升到一定高度，然后讓它爆炸，這樣至少不會(huì)傷害到周圍的人，這樣就可以了。

可是，當(dāng)你仔細(xì)想一想就會(huì)覺得這個(gè)讓電梯升到高空中的辦法有點(diǎn)不切實(shí)際，因?yàn)殡娞菀坏﹩?dòng)，炸彈就會(huì)爆炸。為啥？

因?yàn)殡娞輪?dòng)的時(shí)候必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)加速度，這個(gè)加速度會(huì)讓重力感受器受到一個(gè)如同重力增加的力。就比如，我們坐電梯的時(shí)候，當(dāng)電梯一啟動(dòng)，我們會(huì)有瞬間變重的感覺，也就是瞬間的超重，當(dāng)電梯加速到一定程度，勻速向上升的時(shí)候，我們才會(huì)感覺正常，而當(dāng)電梯減速的時(shí)候，我們又會(huì)有種失重的感覺。

那么可不可以人為精確地操控，讓電梯啟動(dòng)時(shí)候的加速度很小，不足以超過那個(gè)閾值呢？

可是，就算這樣了，還是會(huì)帶來另一個(gè)問題。

就算這個(gè)電梯啟動(dòng)時(shí)候帶來的加速效果還不足以超過重力感受器的閾值，但是請(qǐng)你想一想啊，重力難道在地球上的各個(gè)地方都是一樣的嗎？一個(gè)物體在地面上的重力和在距離地面3000米的重力是一樣的嗎？

也就是說，哪怕電梯是勻速上升的，但重力感受器感受到的重力是隨著高度減少的，這樣，炸彈還是會(huì)爆炸。

難道真的沒有辦法了嗎？我們只能眼睜睜地看著炸彈爆炸嗎？

嘿嘿，小兄弟，別著急，辦法肯定是有的。

請(qǐng)?jiān)僮屑?xì)想想，將前面的兩種可能性結(jié)合一下，電梯的加速度會(huì)產(chǎn)生如同重力的效應(yīng)，而電梯升得越高，則重力越小。如果我們能精確地控制電梯的加速度，則剛好可以把重力降低的效果完全抵消，如此，我們就可以把電梯安全地升到高處，讓炸彈在高空爆炸，從而不影響到地面上人。

愛因斯坦也是想了一個(gè)類似的問題，假設(shè)我在火箭中做加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，我所感受到的火箭推力，和我站在地面上感受到的地球引力，有什么區(qū)別嗎？

在地球上，如果我們將手中的小球自然下落，它會(huì)在引力的作用下，越落越快，最后加速?zèng)_向地面。如果在一個(gè)加速向上運(yùn)動(dòng)的火箭中，當(dāng)我放開小球，火箭的地板會(huì)加速?zèng)_向小球，也就相當(dāng)于小球加速?zèng)_向火箭地板。

按照常識(shí)來講，這似乎是兩碼事，并不一樣，但在愛因斯坦看來，在火箭內(nèi)部做實(shí)驗(yàn)，其實(shí)觀測(cè)不到任何區(qū)別。

如果不理解，沒關(guān)系，我們?cè)賮碜鲆粋€(gè)思想實(shí)驗(yàn)。假設(shè)愛因斯坦在一艘宇宙飛船里面，飛船沒有窗戶，看不見外面。這個(gè)時(shí)候，假設(shè)飛船靜止在太空中，或勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么飛船應(yīng)該處于失重狀態(tài)。如果愛因斯坦將手中的小球松開，那么這個(gè)小球應(yīng)該會(huì)漂浮在原來的位置，沒問題吧。

再假設(shè)，如果這艘飛船從高處落下，做自由落體運(yùn)動(dòng)，不考慮空氣阻力。飛船內(nèi)的愛因斯坦手中也有一個(gè)小球，此時(shí)松開，那么你覺得這個(gè)小球相對(duì)于愛因斯坦是靜止不動(dòng)呢還是會(huì)打在愛因斯坦的屁屁上？

笨蛋！當(dāng)然是相對(duì)于愛因斯坦靜止不動(dòng)啦。初中物理白學(xué)了嗎？自由落體狀態(tài)下，物體的下落時(shí)間與質(zhì)量無關(guān)，只與初始速度有關(guān)。

這也就是說，愛因斯坦無法區(qū)分宇宙飛船究竟是在做勻速直線運(yùn)動(dòng)還是做自由落體運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗托∏蚨继幱谑е氐臓顟B(tài)。

愛因斯坦隱約感覺，這個(gè)之前一直被我們稱為引力的東西有問題，似乎引力并不是一種力，只是一種加速效果，由此，愛因斯坦有了一個(gè)大膽的猜想，一個(gè)加速參考系中的物理規(guī)律，和一個(gè)處在同等引力場(chǎng)里的參考系中的物理規(guī)律，是完全一樣的。

我們都知道，重力加速度的值為9.8米每二次方秒，我們?cè)偌僭O(shè)，愛因斯坦還是在外太空的火箭上，這艘火箭以一定的加速度開始向上運(yùn)動(dòng)，而且這個(gè)加速度的值也為9.8米每二次方秒。這個(gè)時(shí)候，愛因斯坦會(huì)感覺自己似乎有了重量，如果他旁邊有一個(gè)體重秤，他站上去，上面顯示的重量與他在地球表面測(cè)量的重量幾乎完全一樣?。槭裁词菐缀跄兀?yàn)檎l也不敢保證愛因斯坦在這期間有沒有拉屎）

由此，我們可以得出結(jié)論：引力只是一種加速效果，它并不是一個(gè)真實(shí)的力。

或者說得嚴(yán)格點(diǎn)，在局部，引力根本就不存在，在大尺度范圍內(nèi)，引力根本就不是力。

臥槽？！相信肯定有很多小伙伴要說我胡說八道了，在語不驚人死不休了，竟然說萬有引力不是力？是民科吧，是營銷號(hào)吧。

別急，聽我慢慢說，這里先不引入希格斯場(chǎng)了，就來看看物理學(xué)中的四個(gè)基本力，強(qiáng)核力、弱核力、電磁力和引力。

目前的情況是，強(qiáng)核力、弱核力與電磁力這三種力已經(jīng)統(tǒng)一起來了，這個(gè)理論就叫“大統(tǒng)一理論”，而引力卻一直沒有統(tǒng)一進(jìn)來。

在微觀上，其他三個(gè)已經(jīng)統(tǒng)一起來的力，都可以用某種例子的交換來解釋，比如電磁力就是電子與質(zhì)子之間在交換光子；強(qiáng)相互作用力則是在交換膠子，弱相互作用力是在交換“W玻色子”和“Z玻色子”。這些負(fù)責(zé)傳遞力的微觀粒子是客觀存在的，在實(shí)驗(yàn)中都可以被發(fā)現(xiàn)。

物理學(xué)家曾經(jīng)試圖尋找一種“引力子”來解釋引力的傳遞，但這會(huì)設(shè)計(jì)到要將引力場(chǎng)給量子化，這是一套數(shù)學(xué)方法，但只有在引力很弱的時(shí)候才適用。所以說，引力子在理論上都不一定能存在，就更別說真的是否存在了。

再者，我年少的時(shí)候曾想過，萬一哪一天，太陽突然消失了，被某個(gè)不明外星怪物給一口吞了，那么地球會(huì)怎么樣呢？

如果引力是一種力，那么我們來看一下力的效果，力的產(chǎn)生是瞬時(shí)性的，力的產(chǎn)生與消失都是同時(shí)的，而且力是相互的，作用力與反作用力是成對(duì)出現(xiàn)的，這也就是說，至少要有兩個(gè)物體。而且，牛頓的時(shí)空觀認(rèn)為引力是一種超距作用，也就是傳遞不需要時(shí)間。

如果按照上面的理論，那么太陽突然消失，太陽與地球之間的引力也會(huì)瞬間消失，地球可能就會(huì)亂飛，而光速雖快，卻還是有一個(gè)速度的，太陽光約八分鐘抵達(dá)地球。這也就是說，如果太陽突然消失，我們還是會(huì)看到太陽在天上掛著，只不過我們的地球會(huì)像一個(gè)失控的小球，被木星吸引過去。

如果引力是超距作用，那么還會(huì)帶來另一個(gè)問題，即我們可以改變一個(gè)物體的質(zhì)量而進(jìn)行超距的信息傳遞。

我們假設(shè)兩個(gè)人造星球，上面都住了人，A星球繞著B星球轉(zhuǎn)，B星球上的人可以通過改變自身星球的質(zhì)量，來改變兩顆星球的引力。假設(shè)那時(shí)候的科技足夠發(fā)達(dá)，改變質(zhì)量這事完全不在話下，且非常精準(zhǔn)。B星球質(zhì)量增加一點(diǎn)，那么A星球就會(huì)距離B星球更近一點(diǎn)，B星球質(zhì)量減少一點(diǎn)，A星球就會(huì)距離B星球遠(yuǎn)一點(diǎn)，如此，就像摩爾斯電碼一樣，A星球上的人可以通過這樣的“動(dòng)次打次”來解讀B星球傳遞出來的信息，比如引力增加1%代表A，減少1%代表B，增加1.5%代表C……

這豈不是違背了狹義相對(duì)論嗎？因?yàn)楠M義相對(duì)論告訴我們，在這個(gè)宇宙中，光速是一個(gè)極限，任何物體與信息的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過光速。

在愛因斯坦的世界里，引力并不是一種力，很可能只是一個(gè)幻覺，那么引力究竟是什么呢？

是一種加速效果，是時(shí)空的彎曲。

廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)特別難，但是不要怕，這里不會(huì)出現(xiàn)任何公式。愛因斯坦也是在數(shù)學(xué)家的幫助下完成了廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)計(jì)算，得出了引力場(chǎng)方程。

這里需要回顧一下黎曼幾何，我們初高中學(xué)的都是平面幾何，又叫歐式幾何，是理想中的，在現(xiàn)實(shí)中幾乎很少碰到。平面幾何的曲率為零，后來的數(shù)學(xué)家在此基礎(chǔ)上將曲率變動(dòng)了一下，于是便催生了非歐幾何。

我們的地球就是一個(gè)曲率為正的非歐幾何，其表面是一個(gè)二維的平面，但不那么“平”，是一個(gè)彎曲的平面。在這樣的幾何中，兩條平行線可以是相交的，比如地球上的任意經(jīng)線，兩兩相互平行，但最終都會(huì)相交于南北兩極。

假設(shè)我從地球的任一一點(diǎn)出發(fā)，沿著直線向前奔跑，不考慮任何阻擋物，那么假以時(shí)日，我就會(huì)回到原地。對(duì)于我來說，我一直都是在向前奔跑，走的是直線。

在非歐幾何中的直線與平面幾何中的直線不一樣。

擴(kuò)展閱讀（非歐幾何）：

簡單來講，如果海洋深處的生物也懂幾何學(xué)的話，那么他們最自然的幾何學(xué)就是雙曲線幾何。假設(shè)你是一條鯨魚，生活在海里，你了解海洋里面的世界不是靠視覺，不是靠眼睛看，而是靠聽覺，靠耳朵聽。有一天，你在海里游啊游，看到了一條漂亮的母鯨魚，準(zhǔn)確來講是聽到一條母鯨魚，你想叫一聲：“姑娘慢走，留下你的微信號(hào)?！?/strong>

你想讓你的聲音以最快的速度傳達(dá)給母鯨魚，在你的世界里，兩點(diǎn)之間最短距離將是聲波走過的路徑，對(duì)你來說，這就相當(dāng)于一條直線。

可是，問題來了，聲音在大洋中的傳播速度并非一直相等，在某一深度，它的傳播速度跟它與水面的距離成正比，因此，聲波傳播的路徑并非是直線，而是一條曲線，它們是圓心在洋面的圓弧。因此，對(duì)于鯨魚來說，人類稱之為圓的東西實(shí)際上就是它們的直線。

而且，在這樣的世界中，三角形的內(nèi)角和就不再是180°，而是小于180°，那里沒有長方形，但是有直角五邊形，最重要的是，在鯨魚幾何中，曲率是一個(gè)負(fù)數(shù)，這也就是說，在一開始平行的直線之間的距離會(huì)越來越大。

實(shí)際上，還有另一種非歐幾何，我們一直以來就生活在其中，就是地球。在地球的表面，三角形的內(nèi)角和大于180°，長方形不存在，但直角三角形是有的，比如，你可以畫一個(gè)三個(gè)直角的三角形。

對(duì)，你沒有聽錯(cuò)，是三個(gè)角都是直角的三角形，而不是直角三角形，我來教你怎么畫。首先，你在北極拉出一條直線，拉到赤道，然后沿著赤道，向東或向西，都可以，繞過四分之一個(gè)地球，最后向北回歸北極，這樣子你畫出來的三角形的三個(gè)角就都是直角。在地球這樣的球面幾何中，曲率是一個(gè)正數(shù)，也就是說，剛開始兩條平行的直線，最終都會(huì)相交于一點(diǎn)。與赤道垂直的緯線都是平行的，但是最終都相交于南極和北極。

該球面幾何也就是人們所熟知的黎曼幾何，如果說同時(shí)期的另一場(chǎng)代數(shù)革命給了人們打開量子力學(xué)的大門，那么黎曼幾何就是給了人們打開相對(duì)論的大門在，準(zhǔn)確來講是給愛因斯坦打開廣義相對(duì)論的大門。

羅巴切夫斯基在發(fā)明了他的非歐幾何后，需要對(duì)其建立自身的相容性和無矛盾性，他后來的人生就幾乎被這一項(xiàng)工作給填滿了，但終其一生都未能實(shí)現(xiàn)。在他去世前兩年，即1854年，德國偉大的數(shù)學(xué)家，也就是高斯的學(xué)生波恩哈德·黎曼，他是非歐幾何的奠基人，歐幾里得幾何和羅巴切夫斯基幾何都是黎曼幾何中的特殊解。因此，非歐幾何并非推翻了歐幾里得幾何，而是擴(kuò)展了其邊界，就好似相對(duì)論并非推翻了牛頓引力學(xué)說，而是擴(kuò)展了其邊界。

黎曼首先區(qū)分了無限和無界這兩個(gè)概念，他認(rèn)為，直線可以無限延長并不意味著就其長短而言是無限的，而是指它是沒有端點(diǎn)或無界的，比如地球（假設(shè)它是標(biāo)準(zhǔn)的圓球），你沿著球面畫一條直線，最終都會(huì)回到原點(diǎn)，你沿著這條直線走，相信我，就連夸父也走不完，因?yàn)檫@條直線無界，但它并非是無限的，因?yàn)樗拈L短就是地球的周長。

話說當(dāng)年愛因斯坦要把墻上的一幅舊畫換下來，就搬來一架梯子，一步一步爬上去。突然，他又想起了權(quán)一個(gè)問題，就沉思起來，忘記自己在做什么了。結(jié)果，他從梯子上摔了下來，摔倒在地上以后，他顧不得疼痛，馬上想到：“人為什么會(huì)筆直地掉下來呢？看來物體總是沿著阻力最小的線路運(yùn)動(dòng)的?！?/strong>

這個(gè)故事也不知真假，在很多書中經(jīng)?？吹?，不過里面的想法很可能是愛因斯坦所思考過的。這就是說，一個(gè)處于自由狀態(tài)下的物體，不受外力作用下的物體，總是沿著“阻力最小的線路”運(yùn)動(dòng)，這個(gè)線路也就是該物體所在坐標(biāo)系中“最直的線”，我們也稱之為“測(cè)地線”。

光在引力場(chǎng)的作用下會(huì)走一條曲線，根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，光是有能量的，所以也就有動(dòng)質(zhì)量。有質(zhì)量的東西，就會(huì)在萬有引力的作用下改變直線軌跡，走曲線。如果光有意識(shí)的話，它不會(huì)覺得自己在走曲線，它覺得自己還是在走直線。就好似一個(gè)沿著地球赤道奔跑的人，它也不覺得自己在走曲線，他認(rèn)為自己一直在走直線。

廣義相對(duì)論，簡單來說就以下兩點(diǎn)：

1. 一個(gè)有質(zhì)量的物質(zhì)，會(huì)彎曲它周圍的時(shí)空。

2. 在不受外力的情況下，一個(gè)物體總是沿著時(shí)空中的測(cè)地線運(yùn)動(dòng)。

或者換一個(gè)說法：

1. 物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲。

2. 時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。

就比如地球圍著太陽繞，根據(jù)牛頓的萬有引力，則是太陽與地球之間有吸引力，太陽與地球之間就像連接了一條繩子，太陽拽著地球圍著自己轉(zhuǎn)。而根據(jù)廣義相對(duì)論，只不過是太陽把時(shí)空彎曲得比較厲害，地球根據(jù)自己所在時(shí)空的測(cè)地線運(yùn)動(dòng)而已。

再比如圍著地球轉(zhuǎn)的宇航員，和一架飛機(jī)掉下來（不考慮空氣阻力和風(fēng)力），這兩者在本質(zhì)上是一樣的，都是在做自由落體運(yùn)動(dòng)。這在愛因斯坦看來，都是自然運(yùn)動(dòng)。

什么是自然運(yùn)動(dòng)呢？就是在沒有外力干擾的情況下，物體所做的運(yùn)動(dòng)。

亞里士多德認(rèn)為自然的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是靜止，伽利略和牛頓則認(rèn)為，力并不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而只是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因，所以在他們看來，自然的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就是勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止。

現(xiàn)在愛因斯坦表示，一切沿著測(cè)地線的運(yùn)動(dòng)，都是自然運(yùn)動(dòng)。

這也就是說，自由落體運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止，在本質(zhì)上沒有什么區(qū)別。

我們?cè)谶@個(gè)地球上，無論是跑著，站著還是躺著，只要是貼著地面的，都不是自然的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槟惚緛響?yīng)該掉下去的，可地板卻阻止了你掉下去，所以，你站久了就會(huì)累，坐久了也會(huì)屁股痛。如果你想體驗(yàn)一下自然運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該來一場(chǎng)自由落體運(yùn)動(dòng)，或者去跳個(gè)傘，這是我們本該有的自然運(yùn)動(dòng)。

廣義相對(duì)論中也有時(shí)間膨脹效應(yīng)。空間彎曲得厲害，也就是引力場(chǎng)強(qiáng)的地方時(shí)間會(huì)慢一些。這里要引入一個(gè)“多普勒效應(yīng)”。

不知大家在日常生活中是否有過這樣的體驗(yàn)，當(dāng)一輛車子朝著你飛奔過來的時(shí)候，那引擎的聲音聽起來就比較刺耳，是比較高的，而當(dāng)車子遠(yuǎn)離你的時(shí)候，那引擎的聲音聽起來就會(huì)很沉悶。這也就是說，當(dāng)一個(gè)波向你而來，因?yàn)椴ㄏ鄬?duì)于你的每一個(gè)周期都變短了一點(diǎn)點(diǎn)，它的頻率就會(huì)提高，如果它是離你而去的，頻率就會(huì)降低。

光波也是如此，如果發(fā)光點(diǎn)在向你而來，光的頻率就顯得更高一點(diǎn)，就會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色，這就叫“藍(lán)移”，如果發(fā)光點(diǎn)在離你而去，則光的頻率會(huì)變低，就會(huì)呈現(xiàn)出紅色，這就叫“紅移”。

其實(shí)說到這里，一切都還只是理論上的，如何通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證愛因斯坦的廣義相對(duì)論呢？

第一件就是解決水星進(jìn)動(dòng)的問題。我們都知道，行星圍繞著恒星轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)的軌跡并不是標(biāo)準(zhǔn)的圓形，而是橢圓。而且，行星繞一周之后也不會(huì)回到原來的出發(fā)點(diǎn)，會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)的偏移，我們就將其稱之為“進(jìn)動(dòng)”。

早在十九世紀(jì)中葉，天文學(xué)家就觀測(cè)點(diǎn)到了太陽系中，距離太陽最近的水星的進(jìn)動(dòng)。根據(jù)天文學(xué)家們精確地計(jì)算，將水星附近的物體，比如金星、地球的引力也考慮進(jìn)去，也還是存在一點(diǎn)點(diǎn)的偏差。

用牛頓萬有引力算出來的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的結(jié)果差了每100年進(jìn)動(dòng)43弧秒。圓周有360度，一度分為60弧分，一分又分為60弧妙。這也就是說，水星的進(jìn)動(dòng)問題100年才有43弧妙的差別，這是一個(gè)幾乎覺察不出來的差距。

1916年，愛因斯坦用廣義相對(duì)論的計(jì)算方式得出，因?yàn)閺V義相對(duì)論效應(yīng)導(dǎo)致水星軌道的進(jìn)動(dòng)，剛好就是每100年43弧秒。（準(zhǔn)確點(diǎn)來說是43.11弧秒）

除了水星進(jìn)動(dòng)問題外，其實(shí)還有一個(gè)驗(yàn)證廣義相對(duì)論的辦法，就是從最基本的推論出發(fā)，看看廣義相對(duì)論預(yù)言的物理現(xiàn)象是否能被觀測(cè)到。

廣義相對(duì)論告訴我們，有質(zhì)量的物體會(huì)彎曲周圍的時(shí)空，當(dāng)光經(jīng)過的時(shí)候，會(huì)沿著被彎曲時(shí)空的測(cè)地線運(yùn)動(dòng)，在光的眼里，它依舊在沿直線傳播，可我們會(huì)看到，光是被彎曲了。

因此，要驗(yàn)證廣義相對(duì)論最直觀的辦法，就是去驗(yàn)證光是否真的會(huì)在引力場(chǎng)的作用下彎曲。

根據(jù)這一預(yù)言，宇宙中的天體應(yīng)該會(huì)有一種現(xiàn)象，叫引力透鏡。比方說，遠(yuǎn)方有一個(gè)發(fā)光體的恒星，其光線朝我們地球射來，但是被另一個(gè)巨大天體給擋住了，原則上來講，我們就看不到遠(yuǎn)處天體射出來的光。但因?yàn)榇筇祗w的質(zhì)量都非常大，因此經(jīng)過其周圍的光都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果大天體大到一定程度，即便發(fā)光體本身被大天體所擋住了，我們也依然可以從大天體正面看到這個(gè)發(fā)光體的光。

天體如果是完美的球形，那么每個(gè)方向上彎曲的光應(yīng)該是一樣的，如果大天體背后的發(fā)光體也是球形，那么通過這種大天體對(duì)光的彎曲作用，我們是能夠看到一個(gè)發(fā)光的環(huán)。

如果大天體背后的發(fā)光體不止一個(gè)，可以想象一下，大天體背后的光都會(huì)發(fā)生彎曲。這樣一來，我們會(huì)看到大天體周圍的圖像都是經(jīng)過扭曲的，且有些眩暈。

而這樣的大天體，當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家就想到了太陽，因?yàn)樗銐虼?，但是，太陽光本身就發(fā)光，其周圍的星光都被自身散發(fā)出來的光給遮蓋了，這可怎么辦呢？

天文學(xué)家想到了一個(gè)極端的情況，就是日全食。日全食的時(shí)候，月亮?xí)踝√柟?，使我們可以看到太陽周圍的星光。如果事先算一下，哪些遠(yuǎn)處的恒星應(yīng)該在太陽背后，理論上來講我們是看不到的，但我們卻看到了，這不就說明太陽彎曲了星光的路線嗎？

可能是老天眷念愛因斯坦，就在愛因斯坦發(fā)表廣義相對(duì)論沒幾年，天文學(xué)家算出了，1919年5月29日，就會(huì)有一次月全食。愛因斯坦發(fā)表廣義相對(duì)論是在1915年，計(jì)算光線彎曲的結(jié)果是在1916年，這兩年，整個(gè)地球還在打一戰(zhàn)，如果一戰(zhàn)遲遲沒有結(jié)束，那么天文學(xué)家要安心觀測(cè)1919年的日全食，是相當(dāng)困難的。幸運(yùn)的是，一戰(zhàn)在1918年就結(jié)束了。

英國天文學(xué)家愛丁頓為了驗(yàn)證廣義相對(duì)論，專門說服了英國政府撥了一筆錢，組織了兩個(gè)觀測(cè)團(tuán)隊(duì)，一個(gè)去了巴西，一個(gè)去了非洲。

據(jù)說，愛丁頓選擇的這兩個(gè)地方，在日全食發(fā)生的幾天前都是陰天，不過在日全食即將發(fā)生前的那么幾分鐘前，那兩個(gè)地方太陽所在的位置的云才散開了。愛因斯坦的運(yùn)氣，確實(shí)是好。

愛丁頓的團(tuán)隊(duì)果然看到了原本不該出現(xiàn)的光，日全食發(fā)生的時(shí)候，太陽周圍正好是畢宿星團(tuán)的星星，特別亮，特別耀眼，特別容易被觀測(cè)到，若是換成其他一個(gè)星團(tuán)，可能就沒這么明顯。

從這一天起，愛因斯坦才算是一戰(zhàn)成名，躋身進(jìn)了當(dāng)時(shí)大牛的行列。

全世界的新聞?dòng)浾呒娪慷粒虻膫€(gè)兒大報(bào)紙也在爭相報(bào)道。英國的《泰晤士報(bào)》更是為此取了一個(gè)夸張的標(biāo)題“科學(xué)革命——宇宙新理論——牛頓理論大崩潰”。據(jù)說，最可愛的還屬于美國人，《紐約時(shí)報(bào)》不知什么原因，派出了一個(gè)專門采訪高爾夫球賽的記者去采訪愛因斯坦，這個(gè)記者估計(jì)連牛頓的萬有引力公式都記不住，他幾乎把所有的知識(shí)都搞錯(cuò)了，而且錯(cuò)得離譜。回來后，文章是發(fā)表了，但可想而知，很多懂一點(diǎn)常識(shí)的美國人都會(huì)覺得愛因斯坦不靠譜，據(jù)說這是美國人接受相對(duì)論比別的國家較晚的原因。

注意一下時(shí)間，那次日全食是在1919年5月29 日，我很想去查一下當(dāng)時(shí)中國的報(bào)紙都寫了些什么，可惜沒有那個(gè)機(jī)會(huì)。不過我猜想，那陣子的中國報(bào)，都載滿了“巴黎和會(huì)”和“五四運(yùn)動(dòng)”的內(nèi)容吧。也許那時(shí)候的中國，知道牛頓的人都是鳳毛麟角吧。

不過，水星進(jìn)動(dòng)和引力透鏡只是給出了廣義相對(duì)論沒有錯(cuò)誤的驗(yàn)證，而且并非只有廣義相對(duì)論能夠解釋水星進(jìn)動(dòng)和引力透鏡。要想找到支持廣義相對(duì)論的鐵證，還得有其他過硬的證據(jù)。

這個(gè)過硬的證據(jù)有沒有呢？有，就是引力波。

根據(jù)廣義相對(duì)論，有質(zhì)量的物體會(huì)使周圍的時(shí)空（空間+時(shí)間）彎曲。我們現(xiàn)在假設(shè)一下，雖然這個(gè)假設(shè)非常粗糙，而且只是一種神似，但沒有這個(gè)假設(shè)，相信各位也看不懂。

我們假設(shè)這個(gè)宇宙處于一個(gè)平坦的，類似網(wǎng)球網(wǎng)一樣的網(wǎng)上，地球放上去，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)凹坑，如果大網(wǎng)上的地球質(zhì)量發(fā)生了變化，那么這個(gè)網(wǎng)會(huì)發(fā)生一些輕微的抖動(dòng)，下陷的深度也會(huì)發(fā)生改變，這個(gè)深度的變化會(huì)從中心迅速傳遞下去，但是不可能瞬間就抵達(dá)所有的邊緣，這必然是一個(gè)傳遞過程。就像你朝著平靜的水面扔出一塊石頭，石頭掉進(jìn)去的中心會(huì)形成一個(gè)波瀾，這個(gè)波瀾向外擴(kuò)散也是需要時(shí)間的。

如果將水波換成光波，那么這個(gè)波瀾的傳遞速度就是光速，這個(gè)波瀾，也可以稱為引力波。愛因斯坦在1916年和1918年分別發(fā)表了兩篇論文預(yù)言了引力波的存在。

自從愛因斯坦預(yù)言了引力波之后，幾乎整整一百年，還都只是一個(gè)猜想或假說。幸運(yùn)的是，在襄子的有生之前，人類終于探測(cè)到了引力波，那是在2016年2月11日，地球上最大的引力波探測(cè)器LIGO正式宣布，引力波被找到了。

愛因斯坦在發(fā)表廣義相對(duì)論之后，并沒有閑著，他將目光放在了整個(gè)宇宙，他將整個(gè)宇宙當(dāng)做一個(gè)整體來研究。結(jié)果，這一研究壞事了，愛因斯坦在深入研究廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程后，得出了一個(gè)自己無法接受的結(jié)論，宇宙不可能是穩(wěn)定的。這也就是說，宇宙要么就是在膨脹，要么就是在收縮，總之方程的所有解都不可能得到一個(gè)穩(wěn)態(tài)的宇宙模型。

現(xiàn)在的我們接受了宇宙是變化的，是膨脹的，似乎是一件習(xí)以為常的事。但對(duì)當(dāng)時(shí)的人來講，宇宙可以是無限的，但怎么說也得是穩(wěn)定的。對(duì)于有情懷，有理想的物理學(xué)家來講，整個(gè)宇宙應(yīng)該是簡潔的。愛因斯坦無法接受這樣的結(jié)果，于是，他在方程中增加了一個(gè)“常數(shù)”。

有了這個(gè)人為添加進(jìn)去的常數(shù)，宇宙就是一個(gè)穩(wěn)態(tài)的宇宙了。

然而，幾年后，一個(gè)叫哈勃的人敲碎了愛因斯坦的美夢(mèng)。哈勃首先發(fā)現(xiàn)，在仙女座附近的一片淡得像云一樣的薄霧，根本不是之前普遍認(rèn)為的銀河系中的塵埃云，在當(dāng)時(shí)最新的大型天文望遠(yuǎn)鏡里，這層淡淡的薄霧居然被發(fā)現(xiàn)是由數(shù)以億計(jì)的恒星組成的，這也就是第一個(gè)被人類發(fā)現(xiàn)的銀河系外星系——仙女座大星系。

很快，一個(gè)接一個(gè)的星系被我們發(fā)現(xiàn)，而且一個(gè)比一個(gè)距離我們遙遠(yuǎn)。哈勃接下來發(fā)現(xiàn)，宇宙中所有的星系和我們之間的距離都在不斷增大，而且距離越遠(yuǎn)，跑得越快。

這告訴了我們，宇宙在膨脹。

這也就是說，明天的宇宙會(huì)比今天的大，昨天的宇宙會(huì)比今天的小，那么越往前追溯，宇宙在初始的時(shí)候不就是一個(gè)很小很小的點(diǎn)嗎？

一個(gè)叫勒梅特的比利時(shí)學(xué)者首先公布了“宇宙大爆炸”理論，幾十年后，兩個(gè)美國人在新澤西州的天線上，無意中發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射，宇宙大爆炸理論才從猜想變成了一個(gè)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的硬理論。

而那個(gè)宇宙誕生之初的小點(diǎn)，也被科學(xué)家稱為“奇點(diǎn)”。

呼呼，從最早的光速不變開始出發(fā)，我們走過了漫長的過程，實(shí)際上，也就短短幾十年，似乎是打開了一扇前所未有的大門。這里面，幾乎是愛因斯坦一個(gè)人的江湖。

相信各位也從小聽了很多關(guān)于愛因斯坦的傳聞，這里也就不多說了，將相對(duì)論過一遍，實(shí)際上也能側(cè)面反映出愛因斯坦的偉大。他不僅是一個(gè)物理學(xué)家，更是一個(gè)思想家，他晚年的時(shí)候，一直在尋找一個(gè)漂亮而簡潔的統(tǒng)一場(chǎng)理論，不過最終也沒有實(shí)現(xiàn)。

從廣義相對(duì)論出發(fā)，其實(shí)我們還可以引出黑洞，但恕在下目前有些疲憊，就像愛因斯坦完成廣義相對(duì)論的所有內(nèi)容后，寫道：“讓我好好休息一陣子，我實(shí)在是太累了?！?/strong>

黑洞、宇宙大爆炸、M理論、平行宇宙、超弦理論等，我們留到下一個(gè)系列再講吧，不然下一個(gè)系列就全是冷冰冰的冷戰(zhàn)，就不好玩了。關(guān)于愛因斯坦，他并沒有離去，他會(huì)在量子力學(xué)篇章再次出場(chǎng)，屆時(shí)，我們?cè)賮砜纯磹垡蛩固古c波爾的辯論吧，極其精彩。

最后，借用愛因斯坦的一句話，以此來撬開各位內(nèi)心對(duì)我們這個(gè)賴以生存的宇宙的敬畏與好奇，他說：“我想知道上帝是如何創(chuàng)造這個(gè)世界的。對(duì)于這個(gè)或那個(gè)現(xiàn)象、這個(gè)或那個(gè)元素的譜，我不感興趣。我想知道的是他的思想，其他都是細(xì)節(jié)問題?！?/strong>

萬維鋼曾經(jīng)也寫過一首詩，如今自己在捋了一遍相對(duì)論后，突然就深深地愛上了這首詩：

假如未來發(fā)生什么大災(zāi)變

讓世界重歸黑暗

人們不再鉆研科學(xué)

拜倒在虛幻的神和壓迫的權(quán)力之下

被偏見和狂熱蒙蔽

只看到眼前的計(jì)較和平庸的善惡

我希望至少你、我

我們這幾個(gè)人還記得

這個(gè)世界曾經(jīng)擁有過愛因斯坦

擁有過相對(duì)論

這個(gè)美麗的理論

希望，當(dāng)你下次抬頭望向星空的時(shí)候，可以有一種不一樣的感受。尊敬生命、敬畏生命、更要熱愛自己這個(gè)短暫而又偶然的生命。請(qǐng)，一定要好好地愛自己。

此時(shí)此刻，我與你同在，這一片低速的星球上，讓我們暫時(shí)忘掉那些不愉快與煩惱，盡情享受這美好的夜晚。啊，你的那些小煩惱，與整個(gè)宇宙相比，又算得了什么呢？

敬請(qǐng)期待：一篇文章帶你進(jìn)入量子力學(xué)