廣義相對論告訴我們，引力不是一種力，而是時空的彎曲,

阿爾伯特.愛因斯坦是20世紀最重要的科學家之

一，被譽為“現代物理學之父”，而他最偉大的貢獻便是相對論。這一理論永遠改變了我們對空間和時間的理解。

相對論是什麼?簡而言之，相對論的概念意味著物理定律在任何地方都是相同的。

我們在地球上遵循的光和引力定律，與宇宙遙遠角

落裡的外星人一--如果存在的話一一也是一樣的。

物理學的普遍性意味著歷史是偏狹的，不同的觀察者會看到不同的時間和事件間隔，在我們看來百萬年的時間，對於乘坐高速火箭飛行或墜入黑洞的人來說可能只是一眨眼的功夫。一切都是相對的。

狹義相對論

愛因斯坦的理論分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論首先提出，其基礎是光速在任何參考系下都是恆定不變的,這看起來很簡單，但卻有著深遠的影響。

愛因斯坦是在1905年得出這個結論的,當時的實驗證據表明，當地球繞著太陽旋轉時,光速並沒有發生變化，這一結果令物理學家感到驚訝,因為其他大多數物體的速度取決於觀察者移動的方向，

如果你把車開在鐵軌旁邊,迎面駛來的火車似乎比與你同向而行的火車要快得多。

愛因斯坦提出,所有觀察者所測量的光速都將是每秒30萬千米,無論觀察者移動得有多快，方向如何。這一論點促使喜劇演員斯蒂芬，賴特問道:“如果你在一 艘以光速飛行的宇宙飛船裡， 開啟車頭燈,會發生什麼?”

答案是，從飛船裡某個人的角度來看,車頭燈是正常開著的;但對於站在外面看著飛船飛過的人來說，車頭燈似乎並沒有開啟:光出來了,但它的速度與宇宙飛船相同。

之所以會看到這樣相互矛盾的結果，原因在於對不同的觀察者來說,標記空間和時間的標尺和時鐘是不一樣的。如果光速像愛因斯坦說的那樣保持恆定,那麼時間和空間就不可能是絕對的;它們必須是主觀的。

例如，如果-艘100米長的宇宙飛船以99.99%的光速飛行,對於靜止的觀察者來說，它的長度為1米，但對於飛船上的人來說，它的長度是正常的。

也許更奇怪的是,一個人移動的速度越快,其時間就過得越慢。如果雙胞胎姐妹中的姐姐乘坐宇宙飛船前往遙遠的星球，當她回來時, 她將比留在地球上的妹妹還年輕。

品質同樣取決於速度。

物體運動得越快,品質就越大。事實上，沒有一艘宇宙飛船能達到100%的光速，因為它的品質會增長到無窮大。品質和速度之間的關係通常表示為品質和能量之間的關係: E=mc^2,其中E是能量, m是品質, c是光速。廣義相對論

愛因斯坦進一步挑戰我們對時間和空間的理解, 他通過引入加速度來擴充套件相對論理論，發現這會導致時間和空間的扭曲。

還是用上面的例子:想象宇宙飛船通過點燃推進器來加速，飛船上的人會像在地球上一樣穩穩地站在地板.上，愛因斯坦提出,我們所說的重力與在一艘加速飛船上感受到的力是無法區分的。

這本身並不是革命性的觀點,但當愛因斯坦計算出複雜的數學公式(他花了10年的時間)之後，他發現空間和時間在一個品質巨大的物體附近是彎曲的,而這種彎曲就是我們所體驗到的引力。

很難描繪出廣義相對論的曲線幾何，但如果把時空想象成一-種結構，那麼一個品質巨大的物體就會拉伸周圍的結構，使得任何經過其附近的物體都不再沿著直線運動。

廣義相對論方程預測了許多現象，其中很多已經得:到證實:

大品質物體周圍光線的彎曲(引力透鏡效應)水星軌道的緩慢演變(近日點進動)旋轉物體周圍時空的參考系拖拽

光遠離引力場源時頻率降低(引力紅移)

由宇宙碰撞引起的引力波(時空結構中的漣漪)黑洞的存在(可以捕獲包括光在內的一切)

黑洞周圍時空的扭曲比其他任何地方都要強烈。前面提到的雙胞胎姐姐如果墜入黑洞，她會像義大利麵一樣被拉長,幸運的是, -切在幾秒鐘內就會結束，但是她在地球.上的妹妹永遠不會看到這一 切的結束,而是會看著她可憐的姐姐在無窮無盡的時間裡一點點地向黑洞靠近。

現實生活中與相對論有關的現象

我們不需要一 艘以接近光速飛行的宇宙飛船才能看到相對論的效應,事實上,在日常生活中就可以看到相對論的一 些例子,我們今天使用的許多技術也證明愛因斯坦是正確的。電磁鐵

磁力是一種相對論效應。你之所以能享受電力帶來的方便生活，需要感謝相對論,因為相對論讓發電機可以工作。

如果你將 圈導線穿過磁場,就會產生電流,導線中的帶電粒子受到不斷變化的磁場的影響，導致其中-些帶電粒子移動併產生電流，。但是，想象一下導.線靜止,磁鐵運動的情況,此時導線中的帶電粒子(電子和質子)不再運動,因此不應該受到磁場的影響，但磁場的影響確實存在,而且仍然有電流,這表明並不存在絕對的參考系。

加州克萊蒙特波莫納學院的物理學教授托馬斯.摩爾利用相對論原理,證明了法拉第定律的正確性。法拉第定律認為,不斷變化的磁場會產生電流,摩爾說:“這是變壓器和發電機的核心原理,因此任何用電的人都體驗著相對論的影響。電磁鐵也通過相對論起作用。

當直流電通過導線時，電子就在導線中流動，通常情況下，導線看起來是電中性的，沒有淨正電荷或負電荷，這是因為質子（正電荷）和電子（負電荷）的數量相同，但是，如果你在它旁邊放另一根帶直流電的導線，二者就會相互吸引或排斥，這取決於電流的方向。

假設電流沿同一方向運動，第一根導線上的電子相對第二根導線上的電子是靜止的（假設電流的強度大致相同），與此同時，從電子的角度來看，兩根導線中的質子都在運動。由於相對論的長度收縮效應，質子之間的距離也似乎更近，因此導線單位長度中的正電荷比負電荷多，由於同性電荷相斥，這兩根導線也會相斥。

相反方向的電流則會使兩根導線相互吸引，因為從第一根導線的角度看，另一根導線上的電子更密集，產生淨負電荷，與此同時，第一根導線中的質子產生淨正電荷，相反的電荷相互吸引。

下一部分講的是關於GPS的。