當(dāng)你第一次在愛因斯坦的相對論里見到“彎曲空間”這
個(gè)字眼時(shí),恐怕是會(huì)感到困惑的,真空怎么能是彎曲的呢?
你怎樣能使它彎曲起來呢?
為了弄明白這是怎么一回事,先讓我們這樣想象：在一
艘宇宙飛船里,有人在仔細(xì)觀察附近的一顆行星.這顆行星
的表面完全被深深的海洋覆蓋著,因此有著象臺球那樣的光
滑表面.再假設(shè)有一條船在那個(gè)行星的海洋上沿赤道線朝正
東方向行駛著.
現(xiàn)在再進(jìn)一步設(shè)想一下,這位觀察者根本看不見這顆行
星,而只能看到這條船.當(dāng)他研究這條船的運(yùn)動(dòng)路線時(shí),他
會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)這條船走的是一條圓弧.它最后會(huì)回到自己的
出發(fā)點(diǎn),從而描繪出一個(gè)完整的圓周.
如果這條船改變路線,航道就會(huì)變得彎彎折折的,不再
是個(gè)簡單的圓周.但是,不管它怎么改道,無論它怎么行進(jìn),
它的航線總是在一個(gè)球面上.
根據(jù)所有這些事實(shí),這位觀察者可能會(huì)推斷出,這條船
被束縛在一個(gè)看不見的球體的表面上,而束縛它的力正是指
向球體中心的重力.要不,他就可能會(huì)認(rèn)為,這條船被限制
在一塊特殊的空間里面.這塊空間是彎曲的,而且彎曲成一
個(gè)球形,從而迫使這條船走出這樣的路線來.換句話說,我
們必須在一個(gè)力和一種空間幾何形態(tài)之間作出選擇.
你大概會(huì)認(rèn)為這是一種想象出來的局面,但實(shí)際上并非
如此.地球這顆行星是沿著橢圓路線繞著太陽運(yùn)行的,正象
一條船在某個(gè)看不見的曲面上行駛一樣.至于這條橢圓路線,
我們是假設(shè)太陽和地球之間有一種引力來解釋的,正是這種
引力使地球保持在它的軌道上.
不過,我們也可以從空間幾何形態(tài)來考慮問題.我們不
是通過觀察空間本身——空間是看不見的——而是通過考察
物體在這種空間里的運(yùn)動(dòng)方式,來確定這種空間的幾何形態(tài).
如果空間是“平坦的”,各種物體就會(huì)走直線從這個(gè)空間中
通過,如果空間是“彎曲的”,各種物體就會(huì)走出彎曲的路
線來.
一個(gè)具有確定質(zhì)量和速度的物體,如果在離開其他質(zhì)量
都很遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng),那么,它的路徑真的可以說是一條直線.
而當(dāng)它走近另一個(gè)質(zhì)量的時(shí)候,它的路徑就會(huì)變得越來越彎
曲,顯然,是質(zhì)量把空間彎曲了.質(zhì)量越大,離質(zhì)量越近,
空間彎曲的曲率就越大.
把萬有引力看作是一個(gè)力,看來要比用空間幾何形態(tài)去
解釋它方便得多,也自然得多.但是,如果在考慮光的行進(jìn)
時(shí),情形就會(huì)顛倒過來.按照比較舊的觀點(diǎn),光是不受重力
影響的,因?yàn)樗鼪]有質(zhì)量.然而,當(dāng)光在彎曲空間里穿過時(shí),
它的路徑也會(huì)彎曲起來.把光的速度考慮進(jìn)來,它在太陽這
個(gè)巨大質(zhì)量的附近經(jīng)過時(shí)路徑的彎曲就能計(jì)算出來了.
1919年,愛因斯坦的這一理論（發(fā)表于三年之前）
在一次日蝕期間受到了檢驗(yàn),人們把太陽位于空間某處時(shí)靠
近太陽的某些恒星的位置,與太陽不在此處時(shí)這些恒星的位
置進(jìn)行了比較.結(jié)果,愛因斯坦的理論站住腳了.用彎曲空
間來討論萬有引力,看來要比用力學(xué)術(shù)語更為精確.
不過,我們還應(yīng)該提一下,1967年,人們對太陽的
形狀所進(jìn)行的精密測量,發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的引力理論出了問題,
今后將會(huì)發(fā)生些什么情況?還得等著瞧.