彎曲時空----摘自《黑洞》

我相信，單純的思考足以了解世界觀

    　　　　　　　　　　　　　　 ——阿爾伯特·愛因斯坦

愛因斯坦在1905年既復(fù)活了光的微粒說，又維護(hù)了麥克斯韋電磁理論的正確性，但是他發(fā)覺自己進(jìn)退維谷。關(guān)于輻射的這兩個概念是相互矛盾的：如果光是由粒子組成，那么按照萬有引力定律，它就會受別的物質(zhì)影響，果若如此，光速又怎能如狹義相對論要求的那樣是絕對恒星呢？

這個矛盾當(dāng)然應(yīng)歸根于引力。引力在宇宙中無處不有，并使所有物質(zhì)加速，而狹義相對論的慣性系是嚴(yán)格地沒有加速度的。愛因斯坦很清楚這個癥結(jié)，并認(rèn)識到，要使引力能與狹義相對論的電磁時空相協(xié)調(diào)，首先必須重新理解“力”的概念本身。

牛頓萬有引力定律要求一切物體都具有一種稱為引力質(zhì)量的內(nèi)在屬性，用以量度每個物體所能產(chǎn)生的引力。此外，牛頓還用三個基本定律概括了物體在任何力（引力或別的力）作用下的行為。第一定律簡單地說就是笛卡兒的慣性原理：不受力的物體保持靜止或作勻速直線運(yùn)動；第二定律規(guī)定使一個物體加速的力與物體的加速度和質(zhì)量都成正比（即人們熟知的公式F＝ma）；第三定律陳述作用與反作用的平等性：每一個力（例如人推墻的力）都伴之以一個大小相等、方向相反的力（墻也推人）。所以，牛頓的力是使物體偏離其慣性運(yùn)動的原因。物體總是反抗對其慣性狀態(tài)的改變，這種反抗由其慣性質(zhì)量來量度。按照這個思路，萬有引力同其他任何力一樣，也是一種力，而引力質(zhì)量之于引力恰如電荷之于電力。

我們知道，慣性質(zhì)量相同而帶電荷不同的物體在同一電場中受到不同的加速，因而在牛頓理論中就沒有理由認(rèn)為引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量必定相等。但是，伽利略和牛頓所觀察到的引力的基本性質(zhì)，正是地心引力同樣地加速所有物體，而與物體的慣性質(zhì)量或引力質(zhì)量、體積以及化學(xué)性質(zhì)都無關(guān)。一片羽毛、一個分子或是一塊磚，在地球表面附近釋放后都同樣具有約9.8米／秒的加速度（也就是說，假如沒有空氣阻力，它們的速度每秒鐘都增加9.8米／秒，在第一秒末是9.8米／秒，在第二秒末是19.6米／秒，等等。這個恒定的加速度正是地球表面的引力加速度）。

這意味著，不僅根本不存在“引力中性”的物體，而且所有物體都具有完全一樣的相應(yīng)引力荷。這只有在引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量嚴(yán)格相等時才可能。這種相等性于是被接受為一條公理，稱為等效原理。這種相等起初被認(rèn)為只是近似的，后來卻經(jīng)受住了整個科學(xué)史上最高精度的核查。

匈牙利男爵羅蘭•萬•厄伍（Lorandvon E6tvbs）先在1889年，后又在1922年對等效原理作了驗(yàn)證，精度達(dá)十億分之一?，F(xiàn)在，檢驗(yàn)精度已經(jīng)提高了1000倍。由于一個物體中的所有能量都對慣性質(zhì)量有貢獻(xiàn)（把電子和核束縛在原子中的電磁能就很顯然），我們就能得出結(jié)論：所有能量都有重量，尤其是，光也有重量。

愛因斯坦意識到，等效原理是理解引力的關(guān)鍵。引力與電磁力大不相同，包括進(jìn)引力，將給狹義相對論帶來實(shí)質(zhì)性的擴(kuò)充。讓我們來進(jìn)一步考慮等效原理的物理意義。

在愛因斯坦看來，引力質(zhì)量與慣性的等效只是一個更強(qiáng)得多的等效性的弱形式，而強(qiáng)等效性是把均勻引力和加速統(tǒng)一起來。愛因斯坦指出：

1.任何加速都相當(dāng)于引力:一個坐在加速度與地心引力（即g＝9.8米／秒’）相等的飛船里的人感覺不出與站在地面上有什么區(qū)別。

2.引力的作用可以通過選擇一個適當(dāng)?shù)募铀賲⒖枷祦硐?。他的著名例子是一架突然斷了纜繩的電梯，其中的人將覺得失重，與在太空中已脫離地球引力的人的感覺一樣。我們在這里看到引力與自然界所有其他的力（如電力）之間的巨大差異。不可能用加速來冒充電力，因?yàn)橐粋€電場中的物體并不受到同樣的加速，加速度與物體的電荷有關(guān)。準(zhǔn)確地說，引力實(shí)際上不是一種作用于時空中的不同物體之間的力，而是時空自身的一種性質(zhì)。引力對人們早已熟悉的時空結(jié)構(gòu)摧毀性地入侵的結(jié)果，就是廣義相對論。