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愛因斯坦的廣義相對論講的是什麼?

廣義相對論描述的是物質與空間、運動與時空之間的精妙聯繫,揭示了萬有引力的本質。

1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,狹義相對論的時空觀已經顛覆了經典時空觀,但是狹義相對論有一個非常大的缺陷,就是只能描述慣性系,無法描述非慣性系。

狹義相對論的主要工作完成後,愛因斯坦著手把相對論推廣到非慣性系,在愛因斯坦苦思之時,腦海里閃過一個想法——電梯思想實驗。

電梯思想實驗:試想一座摩天大樓,一架電梯正在從頂層下降,突然電梯的纜繩斷了,電梯開始做自由落體運動;此時對於電梯裡面的人,就好像不受任何力一樣,而電梯參考系正是非慣性系。

這一想法在愛因斯坦大腦中閃過,但是愛因斯坦敏銳的洞察力從中看到廣義相對論,後來愛因斯坦把這個想法閃過時的愉快,稱作他一生中最快樂的時光。

愛因斯坦從電梯思想實驗中,悟出了廣義相對論的重要原理——等效原理,指重力場和適當的加速度場是等價的,也可以說「慣性質量等於引力質量」。

等效原理是廣義相對論的兩大基本原理之一,另外一個是廣義相對性原理;在1915年,愛因斯坦得到了廣義相對論場方程,這也是廣義相對論的核心方程:

該方程是物質對時空作用的數學描述,方程左邊是物質的分布情況,方程右邊是時空的彎曲情況,也就說物質告訴時空如何彎曲,而彎曲的時空告訴物質如何運動,於是萬有引力在相對論中被幾何化,引力的本質就是時空彎曲。

其實愛因斯坦最初的引力場方程,還有一個宇宙學常數項,因為去掉宇宙學常數項的方程,描述的宇宙是不穩定的,愛因斯坦為了消除這種不穩定加入了宇宙學常數項。

但後來天文學家發現宇宙處於膨脹過程中,宇宙本身不是靜態的,所以愛因斯坦又把宇宙學常數項去掉了,並稱引入宇宙學常數項是他一生中犯下最大的錯誤。

如果愛因斯坦從一開始就不加入宇宙學常數項,或許他還能預言出宇宙處於膨脹當中,這絕對是一項偉大的理論預言,可惜愛因斯坦在這失誤了。

事情的發展總是出人意料,當代天文學為了解釋宇宙膨脹的原因,引入「暗能量」的概念,有科學家指出,暗能量或許就是愛因斯坦當初提出的宇宙學常數項導致,所以宇宙學常數項貌似有復活的跡象。

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