【时间简史】弯曲空间

几何平面是二维平坦空间的一个例子，在它上面的测底线是直线。地球的表面是一个二维的弯曲空间。地球上的测底线称作大圆。赤道就是一个大圆。地球上其中心和地心重合的任何其他的园也都是大圆。（这些是在地球上你能画出的最大的圆，这个事实是术语“大圆”的来源）由于测底线是两个机场之间的最短的路径，这就是航线领航员告诉驾驶员飞行的轨道。例如，你可以从纽约到马德里，按照罗盘，几乎是一直往东，沿着它们的共同纬线飞行3707英里。但是如果沿着大圆首先往东北方向，然后逐渐转向东方，最后转向东南方向飞，只要飞3605英里既能到达那里。在一张地图上呈现出的这两条路径是令人误解的，地球表面在该地图上呗拉平（畸变）了。当你“笔直”往东运动时，你并不是真正地笔直运动，至少在最直接的路径即测底线的意义上说不是笔直的。

在广义相对论中，物体在四维时空中总是沿着测底线运动。在没有物质时，这些在四维时空中的测底线对应于三围空间中的直线。在物质存在时，四维时空畸变了，使物体在三维空间中的路径弯曲。在旧的牛顿理论中，这种弯曲的方式被解释成引力吸引的效应。这和观看飞机在多山的地面上空飞行相当类似。飞机也许是在一条直线上飞越三维空间，但是除去第三维––高度––时，你会发现它在多山的地面上的影子是沿着一道弯曲的路径。或者想象一艘宇宙飞船在一条直线上飞越空间，直接通过北极上空，将它的路径投影到地球的二维表面上，你会发现它沿着半圆，在北半球上画出一条经线。太阳的质量弯曲时空，使得地球虽然在四维时空中遵循着笔直的路径，但我们在三维空间中看去，它却是沿着一个几乎圆周的轨道运动。这是一个很难摹绘的现象。

实际上，尽管广义相对论个牛顿引力论推导的方法不同，但由它们预言的行星轨道几乎完全相同。水星轨道的偏差最大。作为最接近太阳的行星，水星受到最强大的引力效应，并且它的椭圆轨道被拉伸的相当厉害。广义相对论预言，该椭圆的长轴应该以大约每10000年1度的速率旋转。尽管这个效应很小，但它还是在1915年之前很久就被注意到了，而且它成为爱因斯坦理论的最早验证之一。近年来，人们用雷达测量到其他行星轨道和牛顿预言的甚至更为微小的偏差，并且发现和广义相对论的预言一致。

多谢吧主加精

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光线在时空中也必须遵循测底线，再说一遍，空间是弯曲的的这个事实意味着，在空间中，光显得不再沿着直线行进，这样广义相对论预言引力磁场应当弯折光线，例如，该理论预言，由于太阳质量的缘故，在太阳附近的光的路径，会向里稍微弯曲。这意味着，从遥远恒星来的恰好通过太阳附近的光会偏折一个小的角度，于是地球上的观测者发觉，该恒星出现在不同的位置上，当然，如果从恒星来的光线总是在太阳邻近通过，我们就无法得知光线是被偏折呢，还是恒星本来就在我们似乎看到他的地方。然而，由于地球围绕太阳公转，不同的恒星便显得在太阳背后通过，并使它们的光线受到偏折。因此，它们相对于其他恒星的表面位置发生改变，

因为太阳的光亮，人们不可能观测到在天空中邻近太阳出现的恒星，所以在通常情形下，观察这个照应是非常困难的。然而，当日食发生时就能做到，那时月球把太阳光挡住了。由于1915年第一次世界大战正在进行，所以不能立即验证爱因斯坦的光偏折预言。直到了1919年，一支英国的远征队从西非的海岸观测日食，证明了光线的确被太阳偏折，正如理论所预言的那样。英国科学家对德国理论的这次证明被欢呼为战后两国和好的伟大行动。具有讽刺意味的是，后来人们检查这次探险所拍的照片，发展其误差和企图测量的效应同样大。他们的测量纯属运气，或许是由于已知所要得到的结果——这在科学上时有发生。然而，后来的观测多次准确地证实了光的偏折。

当太阳几乎刚好处于地球个一个遥远恒星之间时，太阳的引力场把星光偏折，改变了恒星的表现位置，

广义相对论的另一个预言是，在诸如地球这样的大质量物体附近，时间流逝应该显得较缓慢一些。爱因斯坦在1907年就首次意识到这一点，这比他意识到引力还会改变空间形状要早5年，而且比他完成他的理论要早8年。爱因斯坦利用他的等效原理推导出这个效应。等效原理在广义相对论中的作用正如基本假设对于狭义相对论一样。

狭义相对论的基本假设是说：对所有自由运动的观察者而言，不管其运动的速度多大，科学定律必须是相同的。粗略的讲，等效原理将此推广到那些不是自由运动而是在引力场影响下的观察者。在精确陈述这个原理时有些技术细节，诸如引力场并非均匀这一事实，你必须对微小的、互相交叠的区域分别应用这个原理，倒是我们在此不理睬它。为了我们的目的，我们可以用如下方式叙述这个原理：在足够小的空间区域中，不可能区分你是静止地处于引力场中，还是在空虚的空间中做匀加速运动。

想象你在空虚空间中的一台升降机内。不存在引力，没有“向上”，也没有“向下”。你在自由漂浮。现在升降机开始做等加速运动，你突然感觉到重量。那就是说，你感觉到往升降机一端的拉力，突然使你觉得这一端仿佛是地板！如果你现在拿出一个苹果并释放之，它就掉到地板上。事实上，现在你正在加速，发生在升降机内的一切事情呈现出仿佛升降机根本不动，而静止地处于一个均匀的引力场中一样。爱因斯坦意识到，正如你从火车内不能得知你是否在做匀速运动一样，你从升降机内也不能得知，你是在均匀地加速运动呢，还是处于均匀的引力场中。这就导出了他的等效原理。

啧→_→
　　　　　　　--绝对是相对的，相对是绝对的