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广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的革命性引力理论。它彻底改变了我们对引力的理解,将引力不再视为一种力,而是描述为时空本身的几何性质。在这个理论中,物质和能量会使时空发生弯曲,而这种弯曲就是我们感受到的引力效应。
等效原理是广义相对论的核心基础。它指出,在一个封闭的小空间内,引力效应与加速度效应是完全无法区分的。比如,在地面上的电梯中感受到的重力,与在太空中向上加速的电梯中感受到的惯性力是等效的。这个原理启发爱因斯坦认识到引力的本质。
爱因斯坦场方程是广义相对论的核心数学表达式。这个方程的左边是爱因斯坦张量,描述时空的几何性质,右边是应力能量张量,描述物质和能量的分布。方程告诉我们,物质和能量的存在会使原本平直的时空发生弯曲,而这种弯曲就是引力的几何本质。
在广义相对论中,引力不再是一种力,而是时空几何的表现。物体在弯曲的时空中会沿着测地线运动,这是连接两点的最短路径。就像在弯曲的表面上,直线会变成曲线一样。我们感受到的引力,实际上是物体在弯曲时空中自由运动的结果。
广义相对论提出了许多惊人的预言,这些预言都已被实验证实。包括引力会使时间变慢,光线在强引力场中会发生弯曲,水星轨道的近日点会发生进动,以及引力波的存在。最极端的预言是黑洞,这些天体的引力强到连光都无法逃脱。广义相对论彻底改变了我们对宇宙的理解。