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这个问题，好像大了一点哦。
好，我试试看。大家看了，希望尽量对小弟我荒谬之处一一指正。 说广义相对论，首先就要简单说说说狭义相对论。 狭义相对论是一个关于惯性系之间坐标变换的理论。它有2个基本原理：相对性原理（物理定律在任何惯性系中都是一种形式）和光速不变原理（光速在任何惯性系中都是一个恒定的值）。它有三个奇怪的效应：时胀、尺缩、质增。具体点说，就是：运动物体的时间流逝变慢了（时胀）、运动物体的长度缩短了（尺缩）、运动物体的质量增加了（质增）。这里，三个效应都是“静止测量者”对运动物体测量时所得到的结论。而运动物体由于认为本身是静止的，所以，运动物体测量自身就没有这三个效应了。根据相对论三效应变换方式（洛仑兹变换），运用在“质量-动量”关系式中，整理一番，即可得到E=M*cc这个公式（E是物体的能量；M是物体的运动质量；c是光速值）。这个公式指出了“所有物体都具有极大的能量”（然而如何释放这些能量，这个公式没有半点说明，呵呵）。狭义相对论改变了人们的时空观。原本独立的空间、时间，在狭义相对论中可以互相转换、互相约制。“时空是一个整体，是不可分割的整体”。然而，狭义相对论所讨论的一切问题，都是在惯性系中。至于非惯性系， 狭义相对论没有任何的发言权。比如，当时有的科学家提出一个“可以驳倒狭义相对论”的佯谬：双生子佯谬。双胞胎哥哥弟弟，哥哥乘飞船以亚光速远离地球；弟弟在地球上。在弟弟眼里，运动哥哥的时间膨胀，哥哥的时间流逝变慢了；同样，哥哥认为运动弟弟（运动是相对的）时间膨胀，弟弟的时间流逝变慢了。那么到底是谁变慢了呢？时间膨胀，也就是说，更年轻了。所以，当哥哥回来的时候，到底是哪个更年轻呢？根据狭义相对论，无论是谁更年轻，都是解释不通的。这个佯谬让爱因斯坦考虑到非惯性系的问题：飞船起飞加速和飞回来时的转弯减速，都是非惯性系，所以不能运用狭义相对论的结论。 爱因斯坦把非惯性系和引力效应等效起来，这里有一个著名的理想实验：在一个封闭的电梯中有若干个人。当电梯在太空中加速运动的时候，电梯里的人处于非惯性系中。当电梯位于一个星球上的时候，电梯里的人处于引力场中。对于这两种情况，电梯中的人完全无法区分自己是处于哪种状态，只是觉得自己的身体不断地压向电梯而产生了接触力（重力效果）。这个理想实验让爱因斯坦把非惯性系和引力场等效起来了。他进一步指出：惯性质量（非惯性系中的概念）和引力质量（引力理论的概念）是完全等效的。也就是说，惯性质量的数值=引力质量的数值。两者是同一现象的两个不同角度反映。这就是广义相对论的基础之一：等效原理。 考察一种现象：一个高速旋转的大转盘上，转盘中央坐着一个人。在这个人的眼里，转盘边缘的每一个小线段，都在做高速的运动。根据狭义相对论的尺缩效应，这些小线段长度缩短了。而垂直方向（半径方向）没有相对运动，长度不变（也就是半径不变）。综合起来就是，转盘的半径不变，而圆周长度缩短了。这是一种什么现象呢？圆周的长度小于2πR。其实，地球就是这种情况：站在地球的任意一点上来广大范围画一个圆，测量这个圆的半径和圆周，就会发现圆周的长度小于2πR。这是因为地球是个球体，球体表面是弯曲的，所以我们的几何学用在弯曲的表面上的时候，结论就错误了。回到那个假象的转盘上来，中心的人测量到这个转盘“弯曲”了。这里，转盘处于非惯性系状态；非惯性系等效于引力场。于是，非惯性系引起了弯曲现象；从而引力场引起了弯曲现象。那么，是什么弯曲了呢？是空间嘛？不，弯曲的是四维时空。考虑到转盘边缘的时间也膨胀了，而中心点的时间还是老样子。于是，沿着半径方向向边缘的路径来测量各点的时间流逝状态，发现越是离开中心，时间越是膨胀。所以，非惯性系中，时间也“弯曲”了。同样的说法，引力场使得时间膨胀。综合考虑时间、空间，我们可以得到“引力场使得时空弯曲了”这个结论。注意，这里的时空，是四维时空。弯曲的四维时空，我们是无法形象地体会到，无法直接看到“咦，这个飞船弯曲了嘛”这种现象。我们只能够凭借数学上的测量、推导，来指出我们所处的时空是否弯曲（测量距离、三角形、圆形的特征加以考证）。 狭义相对论适用于惯性系，惯性系，也就是平直的四维时空。广义相对论适用于任何参照系（包括惯性系和非惯性系），描述的时空是四维弯曲的。广义相对论有几个原理：1、等效原理，前面已经说过。2、广义相对性原理，就是把相对性原理扩展到非惯性系中：物理定律，在任何参照系中都是相同的形式。3、广义光速不变原理。可能还有其他的原理，我有些忘记了（长时间没有看了）。 广义相对论把引力场等效于时空弯曲，这样一来，“引力”这个概念就完全改变了，引力也不再是一种力了。引力产生的效应，完全是时空弯曲产生的“空间投影”、“时间投影”效果。然而为了方便讨论，爱因斯坦还是引用了“引力场”这个名词，和“弯曲时空”是一个现象。由于引力不再是力，那么处于引力场中的物体，根据惯性原理，将一直保持匀速直线运动。然而我们看到的自由落体现象、抛物体现象，都不是匀速直线嘛。呵呵，广义相对论中的“直线”，不再是三维空间中的直线了，而是“四维时空”的直线，包括空间、时间的分量。这条四维直线在三维空间的投影，就是抛物线；在时间上的投影，产生“速度不断变快”的效果。所以，我们讨论广义相对论中的现象，一定要以四维时空作为背景，否则将得不到正确的结论。 广义相对论有三个预言：1、水星进动；2、光线在引力场走弯曲的道路；3、引力波。 1、水星的进动。根据牛顿力学，人们计算出最靠近太阳的水星轨道，是在慢慢地“进动”着的。轨道是一个椭圆，有长轴和短轴。进动，就是椭圆轨道的长轴、短轴在不断地变位旋转。把旋转长轴的角速度称为“进动速度”。广义相对论计算出来的进动速度，比牛顿力学计算出来的进动速度，数值上要大一倍。而且，牛顿力学把这个进动现象归结于其他星球的干扰；广义相对论则认为不是其他星球的干扰，而是由于离开太阳太近，轨道在强大引力场中自然进动。后来测量表明，广义相对论的预言值是符合的。 2、引力场光线弯曲。考虑一个理想试验：加速电梯中的人，观察从外面射向电梯的光线，将观测到该光线走一条弯曲的路径。在强大引力场中（也就是弯曲得特别厉害的四维时空中），光线将走一条可以被人们观察到的弯曲的道路。太阳的引力场就很大，人们设计了一个实验，在“日食”的时候观察太阳附近的景象。如果广义是对的，那么可以看到实际上位于太阳正背面（相对于地球来说的正背面）的那些恒星（那些恒星发出的光，受到太阳引力场的弯曲，稍稍拐弯走入地球测量者的眼里）。第一次的实验是由英国人爱丁顿做的。结果证实了广义相对论的预言。后来的几次实验，都证实了广义。 3、引力波。引力是时空弯曲的现象。当产生引力的物体发生变动的时候，由于质量的变动，使得时空弯曲程度也就发生相应的变动，产生了时空波动。这就是引力波。在广义相对论中，取消了瞬时作用（即超踞作用）。引力波以光速向外传播，只要是物体，就一定遭受引力波的洗礼。然而，现实的物体质量波动幅度很小，产生的引力波幅度也非常小，小到无法测量（技术原因）。正如爱因斯坦说的：要产生足够强大的引力波，可以把一根极其粗壮的石柱高速旋转（如何粗壮、何速旋转，我都忘了具体的数值了）。这在现在也是不可能的。美国人韦伯曾经宣称测量到了引力波，而且有纪录记载。可是，从此以后就再也没有重复的记录了，于是，不作数。 广义相对论还预言了“黑洞”这个魔鬼：极其强大的质量，引起了时空极度弯曲，使得光线也无法逃逸出来。这些东西，都是根据广义相对论方程计算出来的，是否真正存在，还没有直接的证据（间接证据倒是有不少）。 广义相对论更指出了“宇宙膨胀”这个现象。爱因斯坦当初为了防止出现“膨胀着的宇宙”这种不稳定状况，而擅自改变了方程式（添加了一个“宇宙项”）。结果，失败了。目前的膨胀宇宙说法，就是以广义相对论为基础。然而，把时间倒退，回到宇宙产生的一瞬间，广义相对论无法解决这个瞬间物理过程了。这时候就需要用到量子物理。于是，现行流行的一种趋势，就是相对论和量子物理的结合，称为“统一场论”，或者“量子引力论”。数学太艰深，我啃不动。 暂时广义相对论就说这么些吧。希望各位能够指出小弟的错误。 guojia |