愛因斯坦對於時空問題的探索，伴隨了他一生，留下了時空的遺憾

跨越時空的旅程

人們通常把廣義相對論說成是新型引力理論，但這是不夠的。

從根本上說，廣義相對論屬於全新的時空理論，因為這一理論以前所未有的深度揭示了時空的隱秘性質，提出了對於時空問題的諸多革命性發現。

譬如，倘若狹義相對論中時空的剛性屬性始終不變，那麼再強大的天體質量也是無法使時空有絲毫改變的。這說明什麼?說明時空之所以能在天體質量作用下發生彎曲，表明它必然具有彈性形變屬性。

愛因斯坦晚年強調：「由於發現完全剛性的物體是不存在的，使得空間概念更加微妙了，一切物體都可以作彈性形變，它們的體積隨著溫度的變化而改變。」在愛因斯坦看來，宇宙中現存的一切都具有彈性形變特徵，只是天體體積隨著溫度而變化、時空形狀隨著天體質量而變化而已。

他早年就曾指出：「在引力場中，並沒有像具有歐幾里得性質的剛體那樣的東西。」

客觀地說，時空彈性形變屬性是相對論中最重要的發現之一。但為何愛因斯坦歷經近十載，才得以通過數學方程證明牛頓力學的剛性時空可以轉變為非歐幾何時空?顯然，發現時空彈性形變屬性是一個相當困難的過程。時空的彈縮屬性亦表明，宇宙作為時空存在的最高形式也必然具有彈性形變的特徵。由美國天文學家艾德溫·哈勃發現的宇宙膨脹的事實，客觀上同樣為廣義相對論所揭示的時空彈性形變屬性提供了可貴的佐證。

還需要理解，時空的幾何形態只有由數學描述還原為物理描述時才具有實在意義。為了使公眾理解時空彎曲的引力效應，一些研究者常喜歡藉助這樣的比喻：大球(太陽)的重量在橡皮膜表面形成凹陷，於是小球(地球)便沿著橡皮膜的曲面(幾何引力軌道)滑動。這類比喻雖說勉強，但它傳遞給人們的信息卻是明白無誤的：如果時空真的一無所有的話，那麼也就談不上所謂的時空彎曲了。

愛因斯坦晚年也在強調：時空「幾何結構(其全等的可能性由歐幾里得幾何學來描述)的表示不能脫離物理概念」。

於是，一個潛在的新問題就這樣出現了：非剛性時空的物理屬性，究竟會與剛性時空的物理屬性具有怎樣的不同呢?

事實上，有關時空物理屬性問題正是隱含在廣義相對論中的一個潛課題，但對於這個潛課題，愛因斯坦始終沒有明確地提起過，他只是於1920年10月在題為《以太和相對論》的演講中，重新提起過以太。到了晚年，愛因斯坦就這個潛課題最終一語破的：「一無所有的空間，亦即沒有場的空間，是不存在的。」

回顧至此，也就應當理解，愛因斯坦對於時空問題的探索，其實是伴隨了他的一生。

事實證明，隱含在廣義相對論中的時空物理屬性問題一直困擾著愛因斯坦直到晚年，他本人為此也一直探索到自己生命的盡頭。對愛因斯坦而言，廣義相對論在獲得舉世無雙的成功的同時，也留下了未能進一步揭示時空真相的遺憾，這無疑也是促使晚年的愛因斯坦仍一如既往地探索統一場理論的根本原因所在，因為他需要解答時空的所有秘密。

由於科學發展的階段性限制，愛因斯坦不無遺憾地留下了探索時空物理屬性這樣的新課題。可惜直到現在，人們對同樣的問題還沒有搞清楚，雖然科學一直在持續進步當中。

人類的時空觀念遭到了顛覆

相對論自有其不同尋常的哲學價值。以往人們僅局限於把相對論看成是物理學的產物，現在人們已經開始逐漸清晰地意識到：相對論其實是從物理學的角度提出了人類時空觀念的革命性宣言。相對論的一個核心貢獻，就是為人類客觀地揭示了時空的深層奧秘。

愛因斯坦讓人類意外發現了自身生存時空之外的多重特殊時空。這些特殊時空與我們所熟悉的體現著地球運動速度的常速態時空，迥然不同：

其一，愛因斯坦為人類揭示了存在於光速運動中的極限態時空。

狹義相對論首次證明光速在真空中恆定不變，光速為宇宙間不可逾越的極限速度。在光速運動中，物體質量無限膨脹，時間完全停止流逝。不過，我們不免會疑惑，太陽輻射為什麼能以光速傳播?相對論揭示了其中的秘密，因為光的靜止質量為零。正是受此啟發，科幻作家妙筆生花，虛構出未來人類乘坐光子飛船尋訪外星系同類的探險故事。

其二，愛因斯坦為人類揭示了存在於各級天體系統中的引力場時空。

廣義相對論首次證明時空並非剛體框架，雖然在人們直覺中時空是平坦伸展的，但時空實質上具有奇妙的彈性變化特徵，它能夠像一片泡泡糖那樣彎曲或捲曲。重要的是，幾何時空能夠產生制約天體運行的引力效應。譬如，八大行星在太陽系中所分別形成的公轉軌道，其實就是太陽質量造成時空多重閉合性彎曲的緣故，即各個行星都是藉助於不同層次的時空曲面環行的。

其三，愛因斯坦為人類揭示了作為所有星系匯合體的宇宙球時空。

愛因斯坦最早提出了有限而無界的靜態宇宙球模型，但天文學家艾德溫·哈勃通過觀測發現，星系間普遍存在著譜線紅移現象。根據多普勒效應解析，這種紅移表明宇宙處於某種均衡擴張也就是膨脹狀態。雖然靜態宇宙模型被退行紅移否定了，但人們在理論上並未懷疑過球形宇宙的存在。近年，美國科學家提出了一種足球款式的宇宙模型，絕對吸引球迷眼球。

至於最新的泡泡宇宙之類的假說，也無非是愛因斯坦宇宙球假說的複雜化了的動態翻版罷了。

時至今日，無窮盡的時空奧妙僅僅是露出了冰山的小小一角。然而，人們如此熟悉的時空藉助於相對論所逐漸顯現出來的複雜性和多樣性，已是牛頓力學時代人們所絕對不敢想像的。相信隨著相對論與現代科學日臻完美的結合，我們所感知的時空必將在更深刻的層面上展露出其隱秘本性，這必將給人類帶來更深刻的震撼和更驚喜的意外。

當然，相對論還需要繼續接受科學實踐的檢驗，還需要在新的科學發現中發展和修正，直至有朝一日被全新的學說所取代。這種結局是科學歷史延續的正常方向，人們大可不必為此惶惶然。不能不強調的是：

人們需要科學地善待相對論，不求甚解地對待愛因斯坦或拘泥不變地對待愛因斯坦，都是百分之百地有害無益的。科學地對待愛因斯坦和相對論，不但需要深入地理解愛因斯坦的思想，也需要準確地把握相對論所經歷的歷史演變過程。

嚴格地說，不透徹地了解愛因斯坦思想的演變歷程，我們也就無法保證科學地認識愛因斯坦和相對論。

相對論的思想是極其縝密的。相對論不但使人們逐步理解了時空的物理性、運動性、可變性，而且使人們逐步認識到一系列微妙而精巧、深奧而複雜的時空關係，譬如時空與物體運動的關係、時空與物體質量的關係、時空與引力的關係、時空與場的關係等等。

同時，相對論也為人類在宇宙中一系列重大發現提供了理論依據或科學解釋的基礎。

人類應當認識到：百年相對論已帶來了一場漸進式的時空革命。這場革命正在悄悄改變著人類的時空觀念、引導著人類的時空科學探索前行。這場承襲了新舊世紀歷史軌跡的革命遠未結束，人類時空科學的風暴正在默默地孕育之中。暴風雨快要來了。

在廣泛的社會支持的背景下，當代物理學將有希望贏得全面的發展機遇和艱巨的歷史挑戰，並為時空革命帶來一輪高潮。為了推進這一目標，人們就需要重新發現相對論，重新發現愛因斯坦的科學思想，重新認識相對論帶來的諸多革命性成果。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！