爱因斯坦说:在太空中，时间会随着引力的变化而变化。这句话怎么理解？

根据爱因斯坦的相对论，引力会使时间变慢。因此，当我们接近黑洞时，时间确实会因为强大的引力效应而变慢，甚至可能在接近黑洞时的一定范围内。一秒钟过去了，外面的世界已经过了100年。

如果把钟放在引力较弱的地方(比如地球)，就很难(但仍有可能)测出引力对时间的影响。但如果把钟放在引力强的地方，比如黑洞，引力对时间的影响马上就能看出来，而且影响的大小根据观测者的位置不同而不同。对于一个掉进黑洞的太空旅行者来说，重力的增加会加速他对事物的认知；他会觉得自己被黑洞吸了进去，突然到了“底部”。但是对于远离黑洞且不受黑洞影响的观测者来说，情况正好相反。在他们眼里，这个不幸的宇航员似乎移动得很慢，似乎越靠近黑洞，他移动得越慢。原因是根据相对论的预言，黑洞的强大引力会使时间变慢。所以好像宇航员从来没有掉到过谷底。在底部，所有的质量和能量都凝聚成一个微小的点，空间消失了，时间也停止了。黑洞里所有应该对外界适用的物理定律都走到了尽头，所以我们无从得知黑洞里是什么样子。

一位科学家施瓦辛格算出了一个范围，在这个范围内，时间和各种物理现象与外界不同。比如时间慢，重力大。因为是施瓦辛格算出来的，所以叫史瓦西半径界面，也叫事件视界。

视界是指黑洞中的时间与外界完全不同的状态。因为光是被引力拉动的，在黑洞里的一分钟可能等于外面的几十年。比如你现在被吸进黑洞，一分钟就会被挤压粉碎。但也许几秒钟后，你会看到别人也被吸进黑洞，其实是几十年后吸入的。...

19世纪晚期，科学家们认为他们对宇宙的完整描述即将结束。他们想象空间中充满了一种叫做“以太”的连续介质。就像空气中的声波一样，光和电磁信号是“以太”中的波。

然而，与空间充满“以太”这一观点相反的结果很快出现了:根据“以太”理论，光的传播速度相对于“以太”应该是一个恒定值，所以如果你与光的传播方向一致，你测得的光速应该低于你在静止状态下测得的光速；相反，如果你的行进方向与光的传播方向相反，那么你测得的光速应该会高于你在静止状态下测得的光速。然而，一系列实验没有发现光速差异的证据。

在这些实验中，美国俄亥俄州克利夫兰的凯斯研究所(Case Institute)的Ahlport Michelson和Eddie Ward Murray在1887所做的测量是最精确和详细的。他们比较了两束直角光束的传播速度。由于是绕着自转轴自转，又是绕着太阳公转，按照推理，地球应该是穿越“以太”的，所以上面这两束成直角的光应该是由于地球的运动而以不同的速度测得的。默里发现，无论是白天黑夜还是冬夏，两束光的速度都不一样。无论你是否运动，光似乎总是以相对于你相同的速度传播。

爱尔兰物理学家乔治·菲茨杰拉德和荷兰物理学家亨·卓克·洛伦茨首先认为相对于“以太”运动的物体的大小会在运动方向上收缩，而相对于“以太”运动的时钟会变慢。至于“以太”，当时菲茨杰拉德和洛伦茨认为它是一种真实的物质。

这时，在瑞士首都伯尔尼的瑞士专利局工作的一位名叫阿尔波特·爱因斯坦的年轻人介入了“以太”理论，一劳永逸地解决了光的传播速度问题。

爱因斯坦在1905的文章中指出，“以太”的整个概念都是多余的，因为你无法检测到你是否相对于“以太”在运动。相反，爱因斯坦认为，对于所有自由活动的观察者来说，科学定律应该具有相同的形式。无论观测者如何运动，都应该测到相同的光速。

爱因斯坦的想法要求人们放弃所有时钟测量时间的普遍概念。由此，每个人都有自己的时间价值:如果两个人相对静止，那么他们的时间是一样的；如果他们之间有相互运动，那么他们观察的时间是不同的。

大量实验证明爱因斯坦的想法是正确的。一个绕地球旋转的精确时钟，在时间指示上，确实和实验室里存放的精确时钟不一样。如果想延长寿命，可以坐飞机向东飞，这样可以叠加地球自转的速度。反正可以获得零点几秒的寿命延长，也可以弥补吃航空食品带来的伤害。

爱因斯坦的前提是自然法则对所有自由运动的观察者都是一样的，这是相对论的基础。原因是这个前提意味着只有相对运动才是重要的。虽然相对论的完善和简洁说服了很多科学家和哲学家，但仍然有很多相反的意见。爱因斯坦在19世纪抛弃了自然科学的两个绝对概念:由“以太”暗示的绝对静止和由所有时钟测量的绝对或宇宙时间。人们不禁要问:相对论是否意味着一切都是相对的，不会再有概念上的绝对标准？

这种焦虑从20世纪20年代持续到30年代。1921年，爱因斯坦因对光电效应的贡献获得诺贝尔物理学奖。但由于相对论的复杂性和争议性，诺贝尔奖的颁发没有提及相对论。

直到现在，我仍然每周收到两三封信，告诉我爱因斯坦错了。尽管如此，相对论现在已经被科学界完全接受，相对论的预言已经被无数的实验所证实。

相对论的一个重要结果就是质量和能量的关系。爱因斯坦假设所有观察者的光速都是一样的，这意味着没有什么能比光速更快。如果不断给粒子或飞船提供能量，会发生什么？被加速物体的质量会增加，很难再加速了。把一个粒子加速到光速是不可能的，因为它需要无限的能量。质量和能量的等效关系是爱因斯坦在他著名的质能方程“E = mc2”中总结出来的，这也许是唯一一个能被大街上的女人和孩子知道的物理方程。

当铀核分裂成两个小核时，由于微小的质量缺陷，会释放出巨大的能量。这是质能方程的众多结论之一。1939期间，二战阴云密布。一群意识到裂变反应应用的科学家说服爱因斯坦克服了他作为和平主义者的顾忌，给当时的美国总统富兰克林·德拉诺·罗斯福写了一封信，说服美国开始核研究计划，这导致了曼哈顿计划和1945广岛上空原子弹的爆炸。有人因为原子弹而责怪爱因斯坦发现了质量和能量的关系，但这种责怪就像因为飞机失事而责怪牛顿发现了万有引力一样。爱因斯坦没有参与曼哈顿计划的任何过程，被巨大的爆炸吓坏了。

虽然相对论与电磁理论的相关定律完美结合，但与牛顿的万有引力定律不相容。牛顿的引力理论表明，如果你改变物质在空间中的分布，整个宇宙的引力场同时发生变化，这不仅意味着你可以发送比光速传播得更快的信号(这是相对论所不允许的)，还需要一个绝对的或普遍的时间概念，而这是相对论所抛弃的。

爱因斯坦从1907开始就知道这个不相容的困难，当时他还在波恩的专利局工作，但他直到1911才深入思考这个问题，当时爱因斯坦正在德国布拉格工作。爱因斯坦意识到加速度和重力场之间的密切关系。一个人在一个密封的隔间里无法分辨他自己在地板上的压力是因为他处于地球的重力场中，还是因为他在无重力的空间里被火箭加速了。这一切都发生在《星际迷航》的时代之前。爱因斯坦认为人们是在电梯里，而不是在宇宙飞船里。但是我们知道，如果你不想让电梯发生碰撞，你就不能在电梯里长时间自由加速或者自由下落。)如果地球是完全平的，人们可以说，苹果因为万有引力落在牛顿头上，相当于牛顿因为牛顿和地球表面加速，所以牛顿的头撞到了苹果。但是，在地球是圆的前提下，加速度和引力的这种等价关系不再成立，因为地球对面的人会受到相反方向的加速度，但两边观察者的距离不变。

1912年，当他转回瑞士苏黎世时，爱因斯坦受到了启发。他意识到，如果在实几何中引入一些调整，重力和加速度之间的等价关系就可以成立。爱因斯坦设想，如果三维空间和第四维时间形成的时空实体是弯曲的，会有什么结果？他的想法是质量和能量会弯曲时空，可能在某些方面已经被证明了。像行星和苹果一样，物体倾向于直线运动，但它们的轨迹似乎被重力弯曲了，因为时空被重力弯曲了。

在朋友马歇尔·格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦学会了弯曲空间和曲面理论。当伯恩哈德·雷曼发展这些抽象理论时，他从来没有想到它们会与现实世界相关。1913年，在爱因斯坦和格鲁斯曼联合发表的一篇文章中，他们提出了一个观点，即我们所知道的引力只是时空是弯曲的这一事实的一种表达。但由于爱因斯坦的失误(爱因斯坦是真人，也会犯错)，他们没能找出时空弯曲的曲率与其中所包含的能量质量之间的关系方程。

当他在柏林时，爱因斯坦继续研究这个问题。他没有家庭纠纷，基本上没有受到战争的影响。1915438+01年6月，爱因斯坦终于发现了时空弯曲与其中所含能量质量的关系方程。1915年夏天，爱因斯坦在哥廷根大学访问期间，与数学家戴维·希尔伯特讨论了他的想法，后者比爱因斯坦早几天发现了同样的方程。然而，正如希尔伯特所承认的，这个新理论的荣誉属于爱因斯坦，他将引力与弯曲的时空联系起来。我们还应该感谢文明的德国，因为正是有了它，在当时的战争期间，这样的科学讨论和交流仍然可以不受影响地进行，这与20年后发生的事情(指二战，编者注)形成了极大的反差！

新的弯曲时空理论被称为“广义相对论”，以区别于不包含引力的原始理论，该理论已被更名为“狭义相对论”。1919年，“广义相对论”以一种相当宏大的形式得到了证明:当时一支前往西非的英国科学考察队观测到了日食时天空中一颗靠近太阳的恒星的微小运动。正如爱因斯坦预言的那样，恒星发出的光线在经过太阳附近时，会被太阳引力弯曲。这是证明时空曲率的直接证据。自公元前300年欧几里得完成他的《原本》，是人类感知到自己存在于宇宙中的最大革命性更新。

爱因斯坦的“广义相对论”将“时空”从一个被动的事件背景转变为一个动态宇宙的主动参与者，导致了科学前沿的巨大困难，在20世纪末仍未解决。宇宙中充满了物质，这又导致了时空的弯曲，使物体聚集在一起。在用“广义相对论”解释静态宇宙时，爱因斯坦发现他的方程无解。为了让他的方程适应静态的宇宙，爱因斯坦增加了一个叫做“宇宙常数”的项，它再次弯曲时空，以分离所有物体。宇宙常数引入的排斥效应将平衡物体的相互吸引，并允许宇宙的长期平衡。

事实上，这已经成为理论物理史上人类失去的最大机会之一。如果爱因斯坦继续朝着这个方向努力，而不是灵活地引入“宇宙常数”，他也许能够预测宇宙是膨胀还是收缩。然而，直到20世纪20年代，威尔逊山上的100英寸天文馆观测到离我们更远的星系正以更快的速度远离我们时，才开始认真考虑宇宙随时间变化的可能性。换句话说，随着时间的推移，宇宙正在膨胀，任何两个星系之间的距离都在稳步增加。爱因斯坦后来称“宇宙常数”是他一生中最严重的错误。

“广义相对论”彻底改变了宇宙起源和归宿的讨论方向。静态宇宙可能永远存在，也可能在过去的某个时候，这个静态宇宙产生的时候，就已经是现在的形态了。另一方面，如果星系现在正在相互远离，那么它们在过去应该是相互靠近的。约6543.8+05亿年前，它们甚至可能相互接触，相互重叠，其密度可能是无限的。根据广义相对论，大爆炸标志着宇宙的起源和时间的开始。从这个意义上说，爱因斯坦不仅是过去100年中最伟大的人物，更值得人们在更长的时间里尊敬。

在黑洞中，空间和时间是如此弯曲，以至于黑洞吸收了所有的光，没有光可以逃逸。“广义相对论”因此预言时间应该终结于黑洞。然而，广义相对论的方程并不适用于时间开始和结束这两种极端情况。所以这个理论不能揭示大爆炸发生了什么。有人认为这是上帝万能的象征，上帝可以按照自己想要的方式创造宇宙。

但是其他人(包括我自己)认为宇宙的起源应该服从一个在任何时候都成立的普遍原理。我们已经在这个方向上取得了一些进展，但我们仍然远远没有完全了解宇宙的起源。广义相对论之所以不能适用于大爆炸，是因为它与20世纪初的另一个伟大的概念突破——量子理论不兼容。量子理论最早是在1900年提出的。当时在柏林工作的马克斯·普朗克发现，红热物体发出的辐射可以解释为特定大小的能量单位发出的光。普朗克称这种能量单位为量子。比如辐射就像一袋袋白糖。在超市里，你不能想买多少就买多少。只能买一斤的套餐。爱因斯坦在1905年写的一篇论文中，普朗克的量子假说可能解释了光电效应，即某些金属在接受光线时会释放电子。这种效应是现代光探测器和电视摄影应用的基础，爱因斯坦因此获得了1921的诺贝尔奖。

爱因斯坦研究量子观念一直到20世纪20年代，哥本哈根的沃纳·海森堡、建桥的保罗·狄拉克和苏黎士的埃文·薛定谔提出了量子机制，从而展现了现实的新图景。根据他们的理论，小粒子不再有一定的位置和速度。相反，小粒子的位置越精确，其速度测量就越不精确。反之亦然。

爱因斯坦对这个基本定律中的任意性和不可预测性感到困惑，他最终未能接受量子机制。他的著名格言“上帝不掷骰子”表达了这种感觉。尽管如此，大多数科学家已经接受了量子机制的新定律，承认了它们的适用性，因为这些定律不仅与实验结果吻合得很好，而且可以解释许多以前无法解释的现象。这些定律成为当代化学、分子生物学和电子学发展的基础，也是半个世纪以来改变整个世界的科技基石。

1933年，纳粹统治德国，爱因斯坦离开了这个国家，放弃了德国国籍。他在新泽西州普林斯顿的高等科学研究所度过了生命的最后22年。纳崔发起了反对“犹太科学”和犹太科学家的运动(驱逐犹太科学家是德国造不出原子弹的原因之一)，爱因斯坦和他的相对论是这场运动的主要目标。当被告知出版了一本名为《100科学家反对爱因斯坦》的书时，爱因斯坦回答，为什么是100？一个就足以证明我错了，如果我真的错了。

第二次世界大战后，他敦促盟国建立一个全球性的组织来控制核武器。1952年，他被新成立的以色列授予总统职位，但他拒绝了。“政治是暂时的，”他写道，“方程式是永恒的。”广义相对论的方程是他最好的墓志铭和丰碑。和宇宙一起，它们永远不会衰变。

在过去的100年里，世界经历了前所未有的变化。原因不在于政治或经济，而在于科学技术——直接来源于先进的基础科学研究的科学技术。没有一个科学家能比爱因斯坦更能代表这门科学的先进性。(本文略有删节)

早在1919年，爱因斯坦就曾许诺将诺贝尔奖授予他的塞尔维亚妻子米列娃·真理子。当时爱因斯坦深信自己会获得诺贝尔奖，但他并不认为获奖是因为他对光电效应的贡献。

注2 StarTrek是一部正在美国热播的电视剧。

注3米列娃·真理子起初陪爱因斯坦去了柏林，然后马上离开，带着他们的两个儿子回了瑞士，三年后离婚。爱因斯坦与当时已有一个女儿的离异表妹埃尔莎结合后，埃尔莎给予爱因斯坦无微不至的关怀，陪伴他度过了探索“广义相对论”的岁月。真理子为爱因斯坦的“狭义相对论”做出了贡献，但她从未提及自己离婚后从事数学和物理教学。