爱因斯坦广义相对论的两个基本原理 20分钟看懂爱因斯坦广义相对论

引力是人类最熟悉的一种力，它最先由牛顿系统归纳总结，变成了牛顿万有引力定律，从星球运行到细胞分裂都受到了牛顿万有引力的影响。

然而牛顿的引力理论并不是完美的，19世纪末到20世纪初，以爱因斯坦为首的新派物理学家门发现：在强引力和近光速运动过程中，牛顿的万有引力定律是失效的，哪怕是预测水星近动问题，牛顿万有引力的计算结果和实际观测结果也存在无法容忍的误差。

基于这种情况，爱因斯坦以光速不变且不可被超越为基础，创立了广义相对论这一新的引力理论，在广义相对论中，宇宙时空变成了充满弹性的薄膜，质量不同的天体在薄膜上压出了凹陷，而这种凹陷会偏转光前进的角度，如果凹陷过于深的话，还会产生黑洞。

在广义相对论的指引下，物理学家用日全食时太阳背后星光的位置，与夜晚同一方位恒星的位置进行对比后，确定了太阳引力确实会偏转后方恒星发出的光。

同样是靠着相对论，天文学家在宇宙中发现了黑洞，发现了引力波，发现了引力透镜，但这就能证明广义相对论是正确的吗？

要知道从爱因斯坦提出广义相对论开始，物理学界就有了不同的声音，因为这个理论太过颠覆性，所以诺奖委员会也没给爱因斯坦的广义相对论颁奖，在这种情况下，今天的物理学界仍在寻找广义相对论的破绽，而且他们似乎真的找到了。

目前最新的有关广义相对论的破绽，位于百亿光年外的宇宙深处，是宇宙学家们在研究可观测宇宙的大尺度结构时发现的。

简而言之就是

宇宙学家们发现我们的宇宙正在加速膨胀，绝大部分星系都在远离地球和银河系，且距离地球越远的星系远离的速度越快，但根据广义相对论的引力场方程，我们的宇宙应该是稳恒态才对，广义相对论并不允许一个动态的宇宙出现！

但目前所有的观测结果却都表明，宇宙确实是在加速膨胀，这种与广义相对论相违背的情况出现后，物理学家们只能设想宇宙中还存在暗物质和暗能量，这两个广义相对论中没能预言的因素，导致了目前宇宙加速膨胀的发生。

在这种情况下，爱因斯坦广义相对论这个有关于引力的理论就必须得到修正了，因为暗物质和暗能量加起来占了宇宙质能总量的95%，而广义相对论描述的普通物质之间的引力作用，只占了全宇宙质能总量的5%，有高达95%的范围是广义相对论没有概括的！

种种迹象都表明，广义相对论需要像当年的牛顿万有引力定律一样被修正，即加入有关暗物质和暗能量的内容，那么人类文明的下一个引力理论会是什么呢？

霍金生前研究的量子引力论也许是一条出路

所谓量子引力论，就是把解释微观世界的量子力学和解释宏观宇宙的广义相对论相结合的新引力理论，虽然物理学界早在20世纪下半叶就开始为这个理论而努力，但包括费曼在内的老一辈物理学家，以及包括霍金和基普索恩在内的21世纪物理学家，都还没能完成量子引力论的构建，因为两个理论太难自洽了。

比如量子力学认为万物是由基本粒子构成的，因此也该有引力子存在，但广义相对论认为引力是时空弯曲引起的，而不是什么引力子的交换。

再比如广义相对论坦言自己会在黑洞奇点处失效，但奇点附近的量子效应又是真实存在的，又无法与相对论兼容了。

以上种种矛盾，都决定了新理论是很难在短时间内被创造出来的，而下一位比肩爱因斯坦的天才物理学家又不知道什么时候才能出现，所以在可以预见的未来，广义相对论的缺陷将长期存在。

不过好在目前的应用科学还很落后，完全没涉及到广义相对论中关于大尺度宇宙的部分，所以缺陷暂时不会影响到人类文明。