天馬行空的逍遙
愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的內(nèi)容，他解釋了引力作用和加速度作用沒(méi)有差別的原因。還解釋了引力是如何和時(shí)空彎曲聯(lián)系起來(lái)的，利用數(shù)學(xué)，愛(ài)因斯坦指出物體使周圍空間、時(shí)間彎曲，在物體具有很大的相對(duì)質(zhì)量(例如一顆恒星)時(shí)，這種彎曲可使從它旁邊經(jīng)過(guò)的任何其它事物，即使是光線，也改變路徑。
我們今天都知道時(shí)空是彎曲的，可是這個(gè)奇怪而又迷人的陳述究竟是什么意思呢?
雙生子佯謬很好地描繪了狹義相對(duì)論時(shí)空的剛性結(jié)構(gòu)如何使空間和時(shí)間由于觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)而各自改變(收縮或延緩)。廣義相對(duì)論則完全變革了我們的宇宙觀，它斷言引力場(chǎng)(物質(zhì))會(huì)使整個(gè)時(shí)空變形。如果在一個(gè)給定點(diǎn)上直接的引力效應(yīng)已被消除(引入局部慣性參考系)，我們?nèi)阅軠y(cè)量相鄰兩點(diǎn)之間的微分效應(yīng)。
在一個(gè)纜繩已斷掉的電梯里，兩個(gè)“自由”物體的軌跡在一級(jí)近似上是平行的，但實(shí)際上兩條軌跡線將在6400公里遠(yuǎn)處的地心相交，因此兩軌跡之間就有一個(gè)相對(duì)加速度(因?yàn)樗鼈兿嗷ピ诳拷?，對(duì)應(yīng)著一個(gè)微分引力場(chǎng)。
顯示直接引力與微分引力之間區(qū)別的一個(gè)鮮明事例是海洋潮汐的幅度。雖然太陽(yáng)對(duì)地球表面的直接引力比月亮的強(qiáng)180倍，太陽(yáng)潮卻比月亮潮弱得多。
這是因?yàn)槌毕⒉皇怯芍苯右υ斐?，而是由太?yáng)和月亮對(duì)地球上不同點(diǎn)的引力的差異造成。對(duì)月亮來(lái)說(shuō)這種差異是6%，而對(duì)太陽(yáng)則只有1.7%。
牛頓理論把微分引力效應(yīng)稱作潮汐力。在太陽(yáng)系里潮汐力是很弱的，而黑洞所產(chǎn)生的潮汐力卻能把整個(gè)恒星撕碎。
然而對(duì)廣義相對(duì)論來(lái)說(shuō)，用潮汐力來(lái)描述微分引力是完全多余的，因?yàn)檫@不是一種力學(xué)效應(yīng)而純粹是一種幾何效應(yīng)。
為理解這一點(diǎn)，且看兩只開(kāi)始時(shí)沿平行路線滾動(dòng)且相隔不遠(yuǎn)的高爾夫球。
如果地面完全平坦，它們的軌跡將保持平行，否則它們的相對(duì)位置就會(huì)改變，一個(gè)鼓包會(huì)使它們離遠(yuǎn)，一個(gè)凹坑則會(huì)使它們靠攏。
在宇宙高爾夫球場(chǎng)里，微分引力可以用時(shí)空“場(chǎng)地”的彎曲來(lái)表示。而且，由于引力總是吸引，這種彎曲就總是凹下而不是隆起。因此，時(shí)空彎曲的深刻含義是指由等效原理所造就的引力場(chǎng)與幾何之間的聯(lián)系。物體不是在引力迫使下在“平直”時(shí)空中運(yùn)動(dòng)，而是沿著彎曲時(shí)空的恒值線自由地行進(jìn)。
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