導讀：愛因斯坦與他的彎曲時空是怎么樣的？時空是如何彎曲的？廣義相對論中提到，具有一定質量的物體可以扭曲它周圍的時間與空間，而扭曲程度的大小可以用時空曲率來表示。

做個形象一點的比喻，宇宙原本的時空就像一個無限伸張的彈力床，此時放置一個具有一定質量的天體在上面，那么很自然的那塊地方將下沉，就好比下面這幅圖：

當物體具備的質量越大時，那么下沉的趨勢就越明顯，它的時空曲率就越大，時間與空間被扭曲得就越厲害。

黑洞正是時空曲率無限大的天體，天文學家史瓦西計算引力場方程時得出來一個解，這個解表明，如果將大量的物質聚集于空間上某一點，那么那個點周圍就會出現(xiàn)不可思議的現(xiàn)象。本章將通過理解運動，來理解彎曲空間。以下內容摘錄自靈遁者先生書籍《變化》

內容正文：

大家知道經(jīng)典力學的一個基本原理是：任何一個物體的運動都可看作是一個不受任何外力的自由運動（慣性運動）和一個偏離于這種自由運動的組合。

這種偏離來自于施加在物體上的外力作用，其大小和方向遵循牛頓第二定律（外力大小等于物體的慣性質量乘以加速度，方向與加速度方向相同）。

而慣性運動與時空的幾何性質直接相關：經(jīng)典力學中在標準參考系下的慣性運動是勻速直線運動。用廣義相對論的語言說，慣性運動的軌跡是時空幾何上的最短路徑（測地線）。

小球落到正在加速的火箭的地板上（左）和落到地球上（右），處在其中的觀察者會認為這兩種情形下小球的運動軌跡沒有什么區(qū)別。

反過來，原則上講也可以通過觀察物體的運動狀態(tài)和外力作用（如附加的電磁力或摩擦力等）來判斷物體的慣性運動性質，從而用來定義物體所處的時空幾何。不過，當有引力存在時這種方法會產生一些含糊不清之處：牛頓萬有引力定律以及多個彼此獨立驗證的相關實驗表明，自由落體具有一個普遍性（亦即慣性質量與引力質量等價），即任何測試質量的自由落體的軌跡只和它的初始位置和速度有關，與構成測試質量的材質等無關。

這一性質的一個簡化版本可以通過愛因斯坦的理想實驗來說明，如上圖所示：對于一個處在狹小的封閉空間中的觀察者而言，無法通過觀測落下小球的運動軌跡來判斷自己是處于地面上的地球引力場中，還是處于一艘無引力作用但正在加速的火箭里（加速度等于地球引力場的重力加速度），而由于引力場在空間中存在分布的變化，弱等效原理需要加上局域的條件，即在足夠小的時空區(qū)域內引力場中的自由落體運動和均一加速參考系中的慣性運動是完全相同的。

由于自由落體的普遍性，慣性運動（實驗中的火箭內）和在引力場中的運動（實驗中的地面上）是無法通過觀察來區(qū)分的。這是在暗示一類新的慣性運動的定義，即在引力作用下的自由落體也屬于慣性運動。

通過這種慣性運動則可以重新定義周圍的時空幾何：從數(shù)學來看，引力場中慣性運動的軌跡是彎曲時空的測地線，彎曲時空代表了引力對于物體的軌跡所產生的效應。

從另一個方面可以這樣理解：狹義相對論的建立改變了人們對質量唯一性的觀念，即質量不過是系統(tǒng)能量和動量的一種表現(xiàn)形式，這使得愛因斯坦著手將弱等效原理納入一個更廣泛的框架中：處于封閉空間中的觀察者無論采用什么測量方法（而不僅限于投擲小球）都無法區(qū)分自己是處于引力場還是加速參考系中。

這種概括成為了著名的愛因斯坦等效原理：在足夠小的時空區(qū)域中物理定律約化成狹義相對論中的形式；而不可能通過局域的實驗來探測到周圍引力場的存在。

狹義相對論是建立于引力可以被忽略的前提，因此，對于引力可以被忽略的實際案例，這是一個合適的模型。如果考慮引力的存在并假設愛因斯坦等效原理成立，則可知宇宙間不存在全域的慣性系，而只存在跟隨著自由落體的粒子一起運動的局域近似慣性系。

用時空彎曲的語言來說，在無引力作用的慣性系里的幾條筆直類時世界線，在實際時空中會變得彼此相互彎曲，這意味著引力的引入會改變時空的幾何結構。 所以無論是經(jīng)典力學還是相對論，對于的慣性和慣性系的深入理解，是非常非常有必要的?，F(xiàn)在的初中，高中生，應該對這一塊知識反復琢磨。

所以關于慣性的本質一定是引力。引力的本源是時空。

且由于能量物質分布的不均勻，時空彎曲的情況是復雜的。這也是我不支持用時空彎曲來解釋引力的原因。這一復雜情況，使得具體物體的引力無法想象。所以引力的本源是時空，而不是時空彎曲。引力是時空的性質。

而且愛氏的場方程從一開始就是四維時空，g_uv{\displaystyle g_{\mu \nu }\,}是從(3+1)維時空的度量張量。這是正確的理論，符合現(xiàn)在的天文觀測。而一些理論物理學家，為了使得引力納入到量子體系中，將場方程運用到更高維度的空間中。這我是不贊同，高度懷疑的。具體內容可見第三十四章《宇宙時空的哲學》。這樣做的結果是把問題復雜化，更不利于大統(tǒng)一理論。數(shù)學游戲和實際天體物理不是一回事，高維度本身就不可想象。所以時空的彎曲，是在四維時空中進行的。

興趣閱讀：你就一下個丁肇中！

丁肇中，男，1936年1月27日生于美國密歇根州安阿伯城，祖籍是中國山東省日照市，實驗物理學家。

1959年獲美國密西根大學物理學學士和數(shù)學學士學位，1962年獲得美國密歇根大學物理學博士學位，1965年發(fā)現(xiàn)反氘核；1967年測量電子半徑，發(fā)現(xiàn)電子是沒有體積的，半徑小于10E-14厘米；1969年測量普通光和有質量的光(即矢量介子)之間的轉變，證明高能量普通光可以變成矢量介子，同年任美國麻省理工學院物理系教授；1975年當選美國藝術和科學院院士；1974年發(fā)現(xiàn)第4種夸克的束縛態(tài)—J粒子，因此貢獻，1975年被美國政府授予洛侖茲獎，1976年被授予諾貝爾物理獎。

1977年當選美國國家科學院院士；1979年發(fā)現(xiàn)膠子噴注；1989年確定三代中微子種類的數(shù)目只有三代；1994年起領導AMS實驗在空間尋找反物質和暗物質，同年當選為中國科學院外籍院士。

1998年在太空中首次發(fā)現(xiàn)氦-4和同位素氦-3的空間分布是不同的； 2015年首次發(fā)現(xiàn)在太空中有大量高能正電子，這些正電子的來源很可能是暗物質碰撞所產生的。

他說：“任何科學研究，最重要的是要看對于自己所從事的工作有沒有興趣，換句話說，也就是有沒有事業(yè)心，這不能有絲毫的強迫。許多人從事科學研究的時間并不長，而接連出成果，我認為很重要的原因是他們有事業(yè)心?！?/p>

摘自獨立學者，科普作家，藝術家靈遁者書籍《變化》