讓愛因斯坦教你看懂《星際穿越》戰(zhàn)爭下的廣義相對論愛因斯坦1914年6月2日在柏林普魯士科學(xué)院發(fā)表院士就職演說，話音未落，8月1日第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，德國絕大部分知識精英立刻狂熱投身“愛國”熱潮，愛因斯坦卻冒天下之大不韙加入反戰(zhàn)聯(lián)盟“新祖國”，并毫不猶豫地在反戰(zhàn)的“致歐洲人宣言”上簽名，立遭廣大“愛國”科學(xué)家瘋狂圍攻。在德國科學(xué)家充滿“愛國”熱情的歇斯底里圍剿之下，在人類第一次全球大規(guī)模屠殺同類的腥風(fēng)血雨之中，愛因斯坦在柏林完成廣義相對論，并于1915年11月4、11、18和25日分4次在普魯士科學(xué)院宣讀結(jié)果。因此，按知識產(chǎn)權(quán)分，廣義相對論確實要算職務(wù)發(fā)明。德國人宣布愛因斯坦是德國人，從知識產(chǎn)權(quán)來看，不能說完全沒道理。1916年3月愛因斯坦53頁的“廣義相對論基礎(chǔ)”發(fā)表于《物理學(xué)刊》，其基礎(chǔ)即愛因斯坦三年前與數(shù)學(xué)家格羅斯曼共同署名的論文“廣義相對論綱要和引力論”。那篇論文由愛因斯坦負(fù)責(zé)物理部分，格羅斯曼則負(fù)責(zé)將其歸納為數(shù)學(xué)方程式。這本專著標(biāo)志著廣義相對論誕生。同年，愛因斯坦決定將11年前（奇跡年）發(fā)現(xiàn)的相對論定名“狹義相對論”，而新的理論定名“廣義相對論”。因此，廣義相對論純粹是戰(zhàn)爭下的蛋。但這個蛋卻下了人類全新的宇宙。廣義相對論被譽為人類歷史上單個科學(xué)家所取得的最偉大的科學(xué)成就。講愛因斯坦也躲不過廣義相對論，在下這個業(yè)余愛因斯坦愛好者就再次麻起膽子來講下鄙人理解的極簡版科普相對論。再次聲明，說錯了不負(fù)刑事責(zé)任啊。什么叫物理學(xué)？物理學(xué)聽起來很高深。漢語什么東西加個“學(xué)”就不得了，其實“物理”就是“世界萬物到底是什么？”它是跟我們關(guān)系最密切的科學(xué)，因為每個人都會問“太陽是什么？”，“地球是什么？”，“人為什么會死？”物理學(xué)源于古希臘圣哲亞里斯多德，其代表作之一即《物理學(xué)》（physic），其哲學(xué)稱為“metaphysic”，譯為“形而上學(xué)”，其實按字源說意思是“物理之后”。就是說，先有物理，后有哲學(xué)。從根兒上說，最機智的相對論科普版來自愛因斯坦本人。他晚年對青年學(xué)生說：“如果你和一個美女一起坐了兩小時，你會認(rèn)為僅僅過了一分鐘；如果你在通紅的火爐上坐了一分鐘，你會認(rèn)為已經(jīng)過了兩小時。這就是相對論?！毕鄬φ摰膫ゴ蟛⒉粌H僅在于它說明了美女和屁股及火爐的關(guān)系，而是超越了此前人類歷史上最偉大的科學(xué)理論：牛頓力學(xué)。那么，哪個是牛頓？牛頓是亞里斯多德之后物理學(xué)世界第一大師。就物理而言，愛因斯坦的偉大還要超過亞里斯多德。問個問題：一個10公斤鉛球和一個1公斤鉛球同時掉下來，哪個先落地？像我這樣的科盲想都不會想就會說10公斤鉛球先落地。亞里斯多德也這樣說。他這句話人類信了將近兩千年。其實不確。17世紀(jì)初出了個欺師滅祖的伽利略，這個楞頭青從比薩斜塔上同時扔下大小倆鐵球，兩者同時落地，大家才發(fā)現(xiàn)亞里斯多德說得不對。伽利略1642年去世，同年他的轉(zhuǎn)世靈童牛頓出生。按金庸說法，轉(zhuǎn)世靈童功力都比前世更高。牛頓證明金庸是對的。牛頓被公認(rèn)為英國至今最偉大的科學(xué)家，身兼物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家等一大堆家，提出著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律，后者更被譽為人類歷史上最偉大的十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一?？垂夙氈?500年時地球上大部分人的生活與公元前1500的人差不多，然而，這之后的500年，人類陷入翻天覆地的偉大革命之中，至今尚未結(jié)束。這革命幾乎都?xì)w功于科學(xué)，而揭竿而起發(fā)動這場科學(xué)革命的，就是牛頓。牛頓之前歐洲知識界是神學(xué)天下，當(dāng)時歐洲人咸以為人類對世界的一切認(rèn)識都來自上帝，亞當(dāng)夏娃被逐出伊甸園，就是因為他倆結(jié)伙偷吃智慧之樹上的蘋果，不依靠上帝就可以認(rèn)識世界，嚴(yán)重得罪上帝老倌兒，所以他倆的后代一一就是俺們一一就有了“原罪”，即生下來就是罪犯，俺們活著就是為了贖這個罪。幾百年后傳言牛頓被同一棵樹上掉下來的蘋果擊中腦袋，于是有了萬有引力。牛頓力學(xué)代表作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（1687，康熙二十五年）在好友、天文學(xué)家哈雷（后來有個老來騷擾地球的大尾巴彗星就以他命名）的再三堅持下才勉強拿去付印，結(jié)果一炮而紅。該書最基本的觀念就是“絕對空間和絕對時間”：在絕對空間中，空間和時間都固定不動。這個話現(xiàn)在說起來稀松平常，當(dāng)時卻是個超級原子彈。此前歐洲人深信宇宙是上帝老倌兒替俺們安排好了的，當(dāng)然包括空間和時間，怎么會“絕對”？“絕對”的意思就是它們跟上帝沒關(guān)系。牛頓擔(dān)任英國皇家學(xué)會主席長達(dá)24年，被視為世界上活著的最偉大的人。當(dāng)時世界科學(xué)水平的代表是英國皇家學(xué)會，而這個學(xué)會全體成員畢恭畢敬屏息吞聲地傾聽牛頓每一句模糊不清的話；他不點頭，任何人不能當(dāng)選皇家學(xué)會會員。牛頓62歲封爵，1727年3月去世后下葬英國名人封神榜西敏寺，墓志銘直接就是萬年馬屁：“讓人類歡呼如此偉人曾經(jīng)光臨塵世”。出生晚牛頓45年、素以狂放不羈著稱的英國詩人蒲伯只表揚過一個科學(xué)家，就是牛頓，其頌詞等于諂媚：“自然界和自然規(guī)律都隱藏在黑暗之中，上帝說，讓牛頓出生吧！于是一切都是光明！”因此，哪個是牛頓？牛頓，就是上帝之下、人類之上的那個半人半神。但這個半人半神最著名的科學(xué)論斷“絕對時間和絕對空間”有明顯毛?。骸敖^對”就是不依賴于任何事物而獨立存在，可如果它們跟任何事物都沒關(guān)系，那我們怎能知道世界上存在時間和空間呢？這問題牛頓答不上來，最后只好推給上帝，宣布絕對時間和絕對空間是上帝創(chuàng)造的。這個毛病太明顯，所以批牛頓的人絡(luò)繹不絕。德國哲學(xué)家萊布尼茨批了一回，沒批倒，19世紀(jì)奧地利物理學(xué)家馬赫又批了一回，還是沒批倒。愛因斯坦橫空出世之前，以“絕對時間和絕對空間”為金字招牌的牛頓力學(xué)經(jīng)兩百多年發(fā)展已臻完美，在解決地球上低速運動物理問題時取得了無以倫比的輝煌成就，直到20世紀(jì)初，“絕對時間和絕對空間”在物理學(xué)界依舊神圣不可侵犯，當(dāng)時物理學(xué)家都認(rèn)為“后世物理學(xué)家可做的事情已經(jīng)不多了！”愛因斯坦發(fā)現(xiàn)相對論毫無跟牛頓過不去的意思，但相對論卻處處跟牛頓的萬有引力過不去。舉個例子：詹姆斯大力傳球給你，你能看到籃球吧？可牛頓力學(xué)說速度必然相加，因此球出了詹姆斯手之后就有一個向你而來的球速，這時球反射到你眼中的速度就是光速+球速。如果真是這樣，我們根本沒法兒看籃球賽，因為眼睛的運動只能達(dá)到光速，永遠(yuǎn)跟不上加了一個球速的籃球。廣義相對論正是源于對這個問題的追根究底：如果光速不變，時間和距離必須是變量，我們才能看NBA。因此，時間和空間肯定不是固定不變的，也就是說，它們不是絕對的。愛因斯坦的結(jié)論是：時間、距離會因運動快慢而變化。地球上過了一小時，在一艘以每秒26萬公里飛行的飛船上，鐘才走了5分鐘。這理論聽起來科幻，實際上石破天驚，因為它打破了牛頓的絕對時間和絕對空間，也就從側(cè)面否定了上帝的存在。廣義相對論的正式發(fā)表，一石激起千層浪，牛頓力學(xué)一統(tǒng)天下200多年的物理學(xué)界當(dāng)場分裂?？垂夙氈?，1905年狹義相對論的出生仿佛如鯁在喉，不吐不快，全世界物理學(xué)家都沒日沒夜為伊消得人憔悴，因為大家都明白，此劍不出物理學(xué)徹底沒的玩兒了，愛因斯坦捷足先登，不過證明他才思敏捷。廣義相對論的出現(xiàn)完全不同。它象晴天霹靂一樣沒有任何先兆，它是愛因斯坦天才最強有力的證據(jù)。可以說，沒有愛因斯坦，今天咱們也未必就能發(fā)現(xiàn)它。即使沒有廣義相對論，也不妨礙火箭發(fā)射、衛(wèi)星上天和計算機出現(xiàn)。但是，廣義相對論繼狹義相對論之后，又一次掀起了人類時空觀大革命。這場大革命到底有多大？翻開初中一年級幾何課本，扉頁里就是人所共知的平行公理：“在平面內(nèi)，過已知直線外一點，只有一條直線和已知直線平行。”歐幾里德幾何第5公設(shè)！公元前300年歐幾里德將它寫入《幾何原本》，它和其它幾個公理組成的歐幾里德幾何橫掃世界，隨之導(dǎo)出的大批定理已成人類根深蒂固的觀念：三角形內(nèi)角和等于180度，直角三角形斜邊長度的平方等于兩直角邊的平方（勾股定理），等等。歐幾里德幾何是人類創(chuàng)立千年完美數(shù)學(xué)大廈最重要的那塊兒基石，人類文明中，從平常無奇的桌椅到氣勢恢弘的宮殿，從隨時可能毀滅人類的原子彈到俯瞰人間的衛(wèi)星，無不閃爍著歐幾里德幾何直線的耀眼光彩。AnymoreQuestion？1加1難道不等于2嗎？結(jié)果，18世紀(jì)末德國出了個“數(shù)學(xué)王子”高斯，他就不擇冒昧出來question了一下。他是第一個懷疑歐幾里德幾何的數(shù)學(xué)家。他與俄羅斯的羅巴切夫斯基和匈牙利的波爾約分別獨立提出非歐幾何，經(jīng)艱苦論證，終創(chuàng)與歐氏幾何分庭抗禮的非歐幾何。正是非歐幾何救了愛因斯坦。他發(fā)現(xiàn)廣義相對論之后大吃一驚，因為廣義相對論得出的幾何結(jié)果實在太出意料，連他自己也不大相信。幸虧格羅斯曼向愛因斯坦介紹了非歐幾何之后的黎曼幾何，愛因斯坦方茅塞頓開?？垂夙氈?，如果讓愛因斯坦自己再去創(chuàng)立一套新幾何，縱有格羅斯曼力助，也勢如挾泰山以超北海，在所不能。想當(dāng)年，高斯的高足黎曼為這套幾何可是耗盡了一生的心血。這黎曼也是德國人，他緊跟老師高斯徹頭徹尾跟歐幾里德唱反調(diào)，黎曼幾何最基本的原則就是：“在同一平面內(nèi)，任何兩條直線都有交點”。What？黎曼根本不承認(rèn)平面內(nèi)存在平行線！黎曼幾何告訴愛因斯坦童鞋，我們的宇宙并非只有長、寬、高三維，還得加上時間，因此它是四維時空。這個四維時空并非人類一直相信的那樣平直，而是一個彎曲空間。說了半天，到底啥子是“彎曲空間”？彎曲空間就是，如果你站在地球邊上向宇宙發(fā)出一束光，若干年后，如果地球還存在的話，你會發(fā)現(xiàn)光從你背后繞了回來。愛因斯坦是對的：宇宙空間遵循的是黎曼幾何，而不是歐幾里德幾何。當(dāng)你精確測量空間三點連成的三角形之內(nèi)角和，你會發(fā)現(xiàn)它大于180度。歐幾里德空間是平直的，而黎曼空間是彎曲的，彎曲程度取決于空間中物質(zhì)的分布，物質(zhì)密度越大的地方（比如有個銀河系或黑洞懸在那兒），引力就越大，相應(yīng)地，空間彎曲就越厲害。兩點之間直線最短，這句話沒問題吧？實際上，兩點之間最短的是條曲線，即愛因斯坦提出的“世界線”。么么噠，啥子是世界線？在地圖上的北京與紐約之間劃條最短的線，那是條直線，遵循的是歐幾里德歐幾何°Allright？可你找個地球儀，再在北京與紐約之間畫條線，你會發(fā)現(xiàn)那是條曲線。為啥子？因為地球是圓的！它只在地圖上才是平的。在真正的地球上，北京與紐約之間最短的線不是直線，而是一條曲線，這段距離稱之為“度規(guī)”（metric）。光線的傳播同理。在宇宙中，光線在引力影響下發(fā)生彎曲，意味著兩點之間最短距離是曲線一一世界線。世界線涉及到等效原理。啥子是等效原理？想當(dāng)年還沒有狹義相對論，物理學(xué)家研究加速運動把后腦勺都撓爛了。1907年德國諾貝爾獎獲主斯塔克約愛因斯坦給他編輯的《輻射學(xué)年鑒》寫篇文章介紹狹義相對論，結(jié)果，愛因斯坦“坐在伯爾尼專利局辦公桌前椅子上”思考這篇文章時，那個幸福的靈感突然降臨：一個人從屋頂摔下來時，他無法感覺到自己的體重?？垂俨恍?？那不妨自己爬上18層樓頂摔下來一回試試，反正物理上這點已被驗證。此即等效原理。愛因斯坦在《輻射學(xué)年鑒》發(fā)表的這篇狹義相對論論文“相對性原理及其結(jié)論”提出著名的“封閉箱”：在完全封閉的箱子中，觀察者無法確定他自己究竟是靜止呆在一個引力場中，還是處在沒有引力場卻在做加速運動的空間中。此即慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量“等效”。到底是啥子意思嘛？意思就是：如果馮教授今天被所有22個女朋友集體甩了，憤而跳下162層高的迪拜塔自殺，跳下時扔出身上帶的222根兒每根兒重22公斤的金條，這些金條將跟馮教授同時下落。在落地摔得腦漿迸裂之前，如果馮教授倆眼兒只盯著金條，他根本無法判斷自己和金條到底是在同時下落呢，還是跟金條一起在空中自由漂浮。翻譯成愛因斯坦的話，就是：馮教授自由下落時看著金條的這個小參照系“等效于”沒有引力作用時的慣性（大）參照系（迪拜塔和地球）。根據(jù)等效原理，愛因斯坦提出高速運動會讓時間變慢。正是在這一點上，廣義相對論超過了狹義相對論。狹義相對論把相對性擴展到時間與空間，即時間的快慢取決于運動的速度；而廣義相對論再進(jìn)一步，把相對性擴展到慣性系與非慣性系，于是，時間的快慢不僅取決于運動速度，還要取決于物質(zhì)分布的密度。廣義相對論用空間結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)來描寫引力場，一統(tǒng)幾何與物理。在這個四維時空中，引力速度等于光速。廣義相對論證明，我們之所以只能看見三維空間，是因為人類思維早已習(xí)慣三維空間，我們只想看見三維空間。說了半天，愛因斯坦發(fā)明這一堆理論，到底是啥子意思三？愛因斯坦的意思是:萬有引力根本就不是力!牛頓認(rèn)為太陽吸引地球，而地球吸引蘋果，最后蘋果掉下來砸到牛頓腦袋上。事實居然并非如此！無論地球還是蘋果，它們都不過是義無反顧地選擇了最近的路，而它們的路之所以是彎的，以至我們錯誤地認(rèn)為它們受到萬有引力的影響，僅僅是因為任何物體的存在都會導(dǎo)致自己周圍的空間彎曲，重量巨大的物體（如黑洞或銀河系）會使空間明顯彎曲。換句話說，如果宇宙中什么東西都沒有，它就是平直的歐幾里德空間；它之所以是彎的，就是因為存在黑洞、銀河系、馮八飛教授這些東西。舉個例子：我們把床單繃在長方形框架上，然后放個橙子，它會凹陷下去，之后我們再放一個小石子，石子會自動滾向凹洞中的橙子。這并非因為橙子具有“萬有引力”而吸引了石子，而是橙子在床單上壓出的那個坑讓石子義無返顧地選擇最短的路順著坑壁滾了下去。地球繞太陽旋轉(zhuǎn)，蘋果落向牛頓的腦袋，同理。廣義相對論誕生過程的惟一現(xiàn)場目擊者是愛因斯坦第二任妻子羅愛莎。她曾向卓別林講述，后被卓別林記入自傳，原文是這樣的：博士像往常那樣穿著睡袍下樓吃早餐，可那天他什么都沒吃。我想一定出了什么大事兒，于是就問到底啥事兒讓他魂不守舍？他回答說：“親愛的！我突然有了個巧妙的想法。”喝完咖啡后他走去彈鋼琴，幾次停下來在紙上記錄，然后重復(fù)說：“我有了個巧妙想法，非常奇妙的想法?！彼f：“這很困難，我仍需工作。”他繼續(xù)彈鋼琴，并在紙上寫來寫去。半小時后他上樓去書房，告訴我不要打擾他。他一直留在書房里兩個星期，每天我上樓給他送飯，傍晚時他散一會兒步當(dāng)作運動，回來繼續(xù)工作。最后，他走下樓來，把兩張紙放在桌上，臉色蒼白地說：“這是我的發(fā)現(xiàn)?！边@就是廣義相對論！為什么說廣義相對論偉大?因為廣義相對論解決了人類的兩大問題。第一個是引力。狹義相對論圓滿解釋力學(xué)、熱力學(xué)和電動力學(xué)物理規(guī)律，卻無法圓滿解釋引力。牛頓的引力理論是超距的，他認(rèn)為兩個物體之間引力的傳遞是瞬時的，即傳遞速度無窮大，而廣義相對論認(rèn)為光速恒定30萬公里。第二個是非慣性系。狹義相對論與牛頓力學(xué)以及其它物理學(xué)原理一樣只適用于慣性系，但事實上我們很難找到完全的“慣性系”。例如狹義相對論無法解釋“雙胞胎佯謬”:雙胞胎的哥哥乘宇宙飛船以亞光速航行，高速運動讓時間變慢，哥哥回到地球時弟弟已經(jīng)比哥哥老多了。這事兒大家都知道。可大家不知道的是，按照相對性原理，飛船相對于地球高速運動，實際上也等于地球相對于飛船高速運動，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了。因此他倆看上去應(yīng)當(dāng)一樣。這問題簡直沒法兒回答。那么，狹義相對論錯了嗎？沒錯。這里的問題就出在慣性系。狹義相對論討論的運動，其速度都是恒定的（即慣性系），而雙胞胎哥哥要回地球，他乘坐的飛船必須減速（即非慣性系）才能降落地球?？瑟M義相對論并不討論減速運動的事兒，因此無法解釋雙胞胎佯謬。廣義相對論介末偉大，可它對我們?nèi)祟惖降子猩队媚?？無用之用相對論馮八飛上回說到廣義相對論是人類有史以來最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。那么，這個最偉大的理論到底有啥用？啥用都沒有。它既不能讓我們變得年輕漂亮，也不能讓我們大吃大喝同時減肥，更不能幫助我們找到又輕松掙得又多的工作。世界上真正偉大的東西，通常都沒有實際的用處。沒聽說過無用之用？廣義相對論的用處無窮，經(jīng)濟觀察報版面金貴，我就在這里挑些我覺得重要的說下。廣義相對論最大的用處，不過就是告訴我們，宇宙到底是啥樣。夠不夠有用！看官須知，直到1917年，整個人類最聰明的大腦包括偉大的牛頓，都認(rèn)為我們的銀河系就是整個宇宙，而且這個宇宙永遠(yuǎn)固定不變。從有人類這種東西開始，我們最大的問題就是：為什么有我們？為什么有這個世界？為什么月球不離開地球，地球也不離開太陽？基督教說，上帝規(guī)定月球與地球必須呆在一起。牛頓說，是因為萬有引力。愛因斯坦說，那是因為空間彎曲。牛頓說引力是了解宇宙萬物的紐帶，引力將太陽和地球吊在空間中，并且自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)。愛因斯坦說，其實宇宙根本沒什么萬有引力，那是我們?nèi)庋劭床灰姷目臻g彎曲造成的假象。牛頓認(rèn)為宇宙空間是平直的。愛因斯坦認(rèn)為宇宙就象一張繃在方框上的床單，質(zhì)量巨大的星系就象放在這張床單上的鉛球。鉛球在床單上壓出的坑，豎起來看就相當(dāng)于哈哈鏡，而光線通過這些哈哈鏡時會使我們產(chǎn)生宇宙廣闊無邊的幻覺。愛因斯坦預(yù)言，如果我們站的位置合適，我們可以看見一個遙遠(yuǎn)星體的數(shù)個幻像。這就是天文學(xué)上著名的引力透鏡”，后來被天文學(xué)證實，我們才知道：空間居然真的彎曲！我們這時才發(fā)現(xiàn)，牛頓不過看見了自己的鼻子尖，而愛因斯坦看見了萬里之外的大海。如此開闊而精彩的大海！空間可以彎曲，我們很難理解，因為我們生活在慢速地球上，感受不到空間是彎曲的。牛頓的萬有引力之所以容易理解，就是因為它建立在人類日常生活經(jīng)驗之上。牛頓不僅認(rèn)為太陽系是平的，他認(rèn)為宇宙也是平的，所以他帶領(lǐng)我們發(fā)現(xiàn)了三維世界，即萬物都有長、寬、高。牛頓提出的萬有引力是物理學(xué)的偉大革命，問題是一直到這場革命結(jié)束他都無法說明引力來自何處。史上最大的科學(xué)暴動發(fā)起人牛頓用萬有引力否定了上帝，但這個偉大的暴動者最后卻不得不回到上帝溫暖的身邊：牛頓宣布引力源于上帝。西方文明老祖兒亞里斯多德認(rèn)為世界轉(zhuǎn)動來自“第一推動者”，基督教神學(xué)狂批亞里斯多德幾百年后出了個意大利神父阿奎那，他宣布亞里斯多德的“第一推動者”就是上帝（其實亞里斯多德本人從未說過這句話），歐洲歷史上最為黑暗的政教合一中世紀(jì)隨這句話降落人世。順便說一句，這個阿奎那是中世紀(jì)天主教最偉大的神學(xué)家之一，著作據(jù)說達(dá)1,500萬字。愛因斯坦根本否認(rèn)宇宙空間是平的，他認(rèn)為宇宙就象一幅放了無數(shù)棉花球和鉛球的床單，床單被這些球壓出深淺不一的坑。牛頓之所以認(rèn)為宇宙是平的，是因為他只看到了幾乎壓不出坑的棉花球——地球。想在宇宙空間中壓出明顯的坑來，需要巨大的質(zhì)量（即重量）。太陽這么大的星球也只能壓出幾個原子大小的坑（即坑深只相當(dāng)于幾個原子的直徑），這樣的坑，我們用現(xiàn)在最先進(jìn)的儀器也測不出來。所以，要找到地球人看得見的坑，必須放眼整個宇宙。相對論的第二個用處是發(fā)現(xiàn)黑洞。廣義相對論問世后德國物理學(xué)家史瓦西證明，如果把太陽壓縮成半徑3公里的球體，引力的強烈擠壓會使太陽密度無限增大，隨后產(chǎn)生災(zāi)難性崩塌，使太陽的時空變得無限彎曲，在這樣的時空中，連光都不能逃出來！由于無法反射光，崩塌后的太陽與宇宙就分割成兩個截然不同的區(qū)域，而那個分割的球面就是“黑洞視界”，即我們眼睛能看到的盡頭，超過這個盡頭，我們就看不見了。也就是說，如果太陽變成黑洞，我們站在地球上就看不到太陽，卻能看見太陽前后的其它星球。這就是黑洞！以他命名的“施瓦西度規(guī)”說，當(dāng)我們接近黑洞達(dá)到一定半徑之后，時空彎曲會變得無窮大，這時我們不再像是下緩坡，而是突然從懸崖邊上掉下去了——你走得太遠(yuǎn)了，已經(jīng)無法找到回家的路。此即“施瓦西半徑”，即黑洞的半徑。任何東西包括光線進(jìn)入施瓦西半徑后將無法逃走，最后一定會被黑洞撕碎吞掉。黑洞質(zhì)量巨大，最大黑洞的質(zhì)量據(jù)說超過太陽10億倍?？垂夙氈?，太陽相當(dāng)于130萬個地球！130萬乘10億，相當(dāng)于多少，大家可以拿手機自己算下。如果黑洞是地球，地球大概相當(dāng)于一粒芝麻。然后，這粒芝麻上還有很多細(xì)菌那么大根本看不見的小人兒，因為沒當(dāng)上處長或者沒發(fā)財而郁郁一生！有意思的是，當(dāng)時所有科學(xué)家，包括愛因斯坦本人和證實相對論的愛丁頓，全體斷然否認(rèn)存在黑洞。愛因斯坦還宣布他可以證明沒有任何星體可以達(dá)到密度無限大。黑洞這個名稱也是50年之后才由美國物理學(xué)家惠勒命名的。嚴(yán)格說來黑洞并非星球，它只是宇宙中的一塊兒地方，這地方跟宇宙互不通連，黑洞視界將它們徹底分隔。黑洞視界以外光可以任意相互了解，就是說我們可以看見所有的東西，這就是我們的宇宙。黑洞視界以內(nèi)，光線不能自由傳播，而是向中心集聚，這就是黑洞。在黑洞內(nèi)部，物體向黑洞墜落的過程中潮汐力越來越大，在中心區(qū)域，其引力和起潮力都是無限大。因此，在黑洞中心，除了質(zhì)量、電荷和角動量以外，原子、分子等等都將分崩離析，根本不存在我們?nèi)祟愐阎娜魏挝矬w”。在黑洞中心，全部物質(zhì)被極為緊密地擠壓成為一個體積無限趨近于零的幾何點，任何強大的力量都不可能把它們分開。這就是“奇點”！廣義相對論無法說明“奇點”，量子論才能說明，于是令人啼笑皆非的情況出現(xiàn)了：廣義相對論發(fā)現(xiàn)了黑洞，卻在'奇點”失效，被迫讓位給量子論，可廣義相對論的發(fā)現(xiàn)者愛因斯坦與量子論的發(fā)現(xiàn)者玻爾，卻水火不相容！廣義相對論的第三個用處是宇宙常數(shù)。在愛因斯坦天文學(xué)中，宇宙不是膨脹就是收縮。那宇宙如何在膨脹與收縮之間保持平衡呢？創(chuàng)立廣義相對論的第2年愛因斯坦發(fā)表論文《廣義相對論的宇宙學(xué)應(yīng)用》，否定傳統(tǒng)物理定論“宇宙無限”。他把宇宙看作一個具有有限空間體積的自身閉合的連續(xù)區(qū)，推論宇宙在空間上“有限無邊”。這是天文學(xué)史上最大膽的推測。從此，人類對宇宙的研究擺脫了閉著眼睛瞎猜，真正睜開眼進(jìn)入了現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域。愛因斯坦認(rèn)為宇宙在膨脹與收縮之間保持平衡的原因是“宇宙常數(shù)”一一一個與引力相反，但強度完全一樣的斥力，它隨著天體之間距離的增大而增強，完全抵消引力，從而讓宇宙保持穩(wěn)定，避免宇宙崩潰。這是啥子意思？意思就是：愛因斯坦認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的?？?922年俄裔美籍物理學(xué)家弗里德曼通過數(shù)學(xué)計算發(fā)現(xiàn)宇宙隨著時間在不斷膨脹。1927年，比利時天文學(xué)家、頂級橋牌大師喬治斯?勒梅特得出同樣的計算結(jié)果。愛因斯坦拒絕接受動態(tài)宇宙。他堅信宇宙是靜態(tài)的，除了時間變化，其它一切都不變。因此他尖銳地批評弗里德曼和勒梅特。這時，哈勃閃亮登場。1929年，現(xiàn)代天文學(xué)之父哈勃觀察宇宙深處星云的紅移現(xiàn)象后證實，所有星系都在高速離銀河系而去，而且，無論我們站在宇宙中哪個星系中，看到的情形也都一樣：別的星系也在高速逃離我們所站的這個星系。距離越遠(yuǎn)的星系，逃離的速度越大。這又是啥子意思？意思就是，整個宇宙在不斷膨脹，即：宇宙是動態(tài)的。哈勃得意洋洋地把觀測結(jié)果拿給愛因斯坦看，愛因斯坦當(dāng)場啞口無言，不得不宣布放棄宇宙常數(shù)并公開收回對弗里德曼的批評。按照哈勃定律，如果將宇宙的膨脹反推，就意味著在非常非常遙遠(yuǎn)的過去，最早的宇宙是半徑為零的一個點。1948年美國物理學(xué)家伽莫夫根據(jù)哈勃定律提出宇宙大爆炸理論，認(rèn)為原始宇宙誕生于一次壯觀的大爆炸，立刻變成意見領(lǐng)袖。50年后天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙不只在膨脹，而且這種膨脹還是加速度的，即所有星系逃離銀河系的速度都越來越快。這是啥子意思？意思就是，一定有某種神秘的力量在暗中以加速膨脹的方式撕扯著宇宙的所有星系。這種力量科學(xué)家稱之為'暗能量”。近年來，科學(xué)家通過觀測和計算證實暗能量不僅存在，而且還是宇宙的主流，約占宇宙總量的73%,此外，暗物質(zhì)”約占23%，而我們?nèi)搜勰芸匆姷挠钪嫖镔|(zhì)如地球月亮星星等，僅占4%！咱們從小就知道，天上星，數(shù)不清。愛因斯坦告訴我們，數(shù)不清的滿天星只是宇宙中的“一小撮”，宇宙的絕大部分我們知之甚少，或者干脆毫無所知。夠不夠驚心動魄？夠不夠有用！人類認(rèn)識的道路永遠(yuǎn)如此：我們對最重要的東西總是視而不見。我們知道得越多，就越發(fā)現(xiàn)自己實際上非常無知。記得蘇格拉底那句話吧：我最大的知識即“我知我無知”。暗能量給宇宙常數(shù)平了反，證明它起碼從思路上是正確的。宇宙常數(shù)以暗能量的面目滿血復(fù)活，它產(chǎn)生的洶涌澎湃的斥力令整個宇宙為之色變。暗能量和引力之間的戰(zhàn)爭自宇宙誕生起就從未停止?？茖W(xué)實驗證明現(xiàn)在暗能量的密度已大于物質(zhì)的密度，即引力已經(jīng)戰(zhàn)敗，宇宙正在以前所未有的速度加速膨脹?？茖W(xué)家預(yù)測，再過200億年宇宙將迎來動蕩的末日，恐怖的暗能量終將把所有行星、恒星、星系一一撕碎，宇宙將只剩下沒有盡頭的寒冷。和黑暗。記不記得《菜根譚》下篇第12節(jié)那句話：“山河大地已屬微塵，而況塵中之塵；血肉身軀且歸泡影，而況影外之影。非上上智，無了了心。"Takeiteasy。當(dāng)沒當(dāng)上處長或中國首富，拿沒拿諾貝爾獎，真沒那么重要。愛因斯坦雖然拿了諾貝爾獎，但卻深得其中三昧。話說有天他在朋友家吃飯，忽然來了靈感，拿起筆找不到紙，居然直接把公式統(tǒng)統(tǒng)寫到主人家雪白的新桌布上。這則膾炙人口的愛因斯坦幽默故事實際源于一個誤會：我們沒明白，當(dāng)愛因斯坦在桌布上寫公式時，他腦海中浮現(xiàn)的是宇宙的終極毀滅。跟黑洞、暗能量、200億年后的宇宙末日相比，一塊新桌布和主人痛心疾首的白眼，算哪把夜壺？廣義相對論還有一個用處是發(fā)現(xiàn)了引力波。愛因斯坦的這篇文章1916年發(fā)表于《普魯士科學(xué)院學(xué)報》。引力波理論進(jìn)一步完善了廣義相對論。啥子是引力波？廣義相對論說，質(zhì)量巨大的星系在宇宙中壓出深坑的同時還會形成'引力波”。任何被外力彎曲的物體在連續(xù)時間里都會形成“波”，比如風(fēng)吹西湖會產(chǎn)生水波。這種星系彎曲過程中在宇宙中形成的“波”，就是引力波。引力波處處存在。聲波和光波無法穿越墻壁，更不用說地球了，而任何物體對引力波而言都是透明的。引力波形成后就攜帶能量和波源物體的密碼在宇宙中游蕩，永不消逝。聲波和光波為人類打開了地球的奧秘之門，而引力波為人類打開了一扇了解宇宙的全新窗口。凡是有質(zhì)量的物體進(jìn)入加速運動都會發(fā)射引力波：一個李娜發(fā)出的網(wǎng)球，一個散步的馮八飛，月亮圍繞地球運動不過，對人類來說，引力波實在太弱了，太陽這么大的星球發(fā)出的引力波，我們用現(xiàn)有儀器也無法測量。要測引力波，只能把目光投向宇宙中那些質(zhì)量巨大的恒星。天狼雙星產(chǎn)生的引力波功率可達(dá)1.1x1015瓦，其能量足以推動太陽那么大的恒星。不過，它們的引力波穿越遼闊的宇宙到達(dá)地球時僅剩下1.3x10-24瓦，微弱得只能震動一個原子，根本測不出來。我們只好想別的辦法。1974年美國射電天文學(xué)家胡爾斯及泰勒在宇宙深處發(fā)現(xiàn)了射電脈沖星PSR1913+16，它以每秒自轉(zhuǎn)200圈，同時以不到8小時一圈的公轉(zhuǎn)繞其伴星旋轉(zhuǎn)，在這場高速的“二人轉(zhuǎn)”舞蹈中，其能量在它們自己激起的時空巨浪中逐漸損耗，結(jié)果兩者越來越近，轉(zhuǎn)速越來越快，預(yù)計在距離剩下500公里時它們就會以亞光速撲向?qū)Ψ?，直到碰撞融合，成為黑洞。這個碰撞的慘烈程度是我們用人類語言無法描寫的，它相當(dāng)于宇宙中發(fā)生一場巨型時空海嘯。我們津津樂道的什么“火星撞地球”在它面前連個土鞭炮都不如。根據(jù)計算，這場宇宙大沖撞將于3億年后發(fā)生。可它們離地球如此遙遠(yuǎn)，如果沖撞今天發(fā)生，以我們今天的科技，我們甚至聽不到它們合二為一時發(fā)出的歡叫。胡爾斯與秦勒的觀測證實引力波存在。如果我們對引力波的了解達(dá)到聲波和音波的水平，我們就可以看見地球內(nèi)部到底有什么、黑洞到底是什么、甚至有可能看見137億年前宇宙是不是真的發(fā)生過大爆炸。我們尋找外星生命都是通過電磁波和聲波，其實它們連墻壁都無法穿透，在宇宙中到底能走多遠(yuǎn)很值得懷疑。也許外星人早就用引力波跟我們了解過了，只是我們的耳力如此不好，從來沒聽到過而己。我們仰望夜空，總覺得宇宙無限美麗寂靜，其實那是因為宇宙沒有空氣，聲波無法傳送，所以宇宙無聲。如果我們有引力波喇叭，宇宙將變得萬聲鼎沸，引力波能讓我們聽到宇宙所有的故事:耀眼的超新星爆炸的聲音像爆米花一樣;中子星碰撞和黑洞產(chǎn)生像一場《歡樂頌》大合唱；你甚至能聽見宇宙炸開、但光子還沒跑出來之前那陣空前絕后的巨響。光波讓我們看見遠(yuǎn)處的東西，而引力波則能讓我們聽見