第7章 空间和时间(2)[第2页/共4页]

对于时空中的每一事件我们都能够做一个光锥（统统从该事件收回的光的能够途径的调集），因为在每一事件处在任一方向上的光的速率都是一样的，以是统统光锥都是全等的，并朝着同一方向。这实际又奉告我们，没有任何东西行进得比光更快。这意味着，通过空间和时候的任何物体的轨迹必须由一根线来表示，而这根线落在它上面的每一事件的光锥以内。狭义相对论非常胜利地解释了以下究竟：对统统察看者而言，光速都是一样的（正如迈克耳孙――莫雷尝试所揭示的那样），并胜利地描述了当物体以靠近于光速活动时会产生甚么。但是，它和牛顿引力实际不相调和。牛顿实际说，物体之间相互吸引，其吸引力依靠于它们之间的间隔。这意味着，如果我们挪动此中一个物体，另一物体所受的力就会当即窜改。或换言之，引力效应必须以无穷速率行进，而不像狭义相对论要求的那样，只能以即是或低于光速的速率行进。爱因斯坦在1908年至1914年之间停止了多次不胜利的尝试，诡计找到一个和狭义相对论调和的引力实际。1915年，他终究提出了明天我们称为广义相对论的实际。

但是在广义相对论中，环境则完整分歧。这时，空间和时候变成为动力量：当物体活动，或者力感化时，它影响了空间和时候的曲率；反过来，时空的布局影响了物体活动和力感化的体例。空间和时候不但去影响、并且被产生在宇宙中的每一件事影响。正如人们没有空间和时候的观点不能议论宇宙的事件一样，一样地，在广义相对论中，在宇宙边界以外讲空间和时候也是没成心义的。

光芒也必须在时空中遵守测地线。时空是曲折的究竟再次意味着，光芒在空间中看起来不是沿着直线行进。如许，广义相对论预言光芒必须被引力场折弯。比方，实际预言，因为太阳的质量的原因，太阳近处的点的光锥会向内略微弯折。这表白，从悠远恒星收回的刚好通过太阳四周的光芒会被偏折很小的角度，对于地球上的察看者而言，这恒星仿佛位于分歧的位置。当然，如果从恒星来的光芒老是在靠太阳很近的处所穿过，则我们就无从辩白，是光芒被偏折了，还是该恒星实际上就在我们看到的处所。但是，因为地球环绕着太阳公转，分歧的恒星显得从太阳前面通过，并且它们的光芒遭到偏折。以是，相对于其他恒星而言，它们窜改了表观的位置。

在广义相对论中，物体老是沿着四维时空的直线走。固然如此，在我们看来它在三维空间中是沿着曲折的途径。

正如我们已经看到的，麦克斯韦方程预言，不管光源的速率如何，光速应当是一样的，这已被紧密的测量证明。由此推出，如果有一个光脉冲从一特定的空间点在一特定时候收回，在时候的过程中，它就会作为一个光球面发散开来，而光球面的形状和大小与源的速率无关。在一百万分之一秒后，光就散开成一个半径为300米的球面；一百万分之二秒后，半径变成600米，等等。这正如同将一块石头扔到水池里，水大要的波纹向四周散开一样，波纹作为一个圆周散开并随时候越变越大。如果人们把不应时候波纹的快照一一堆叠起来，扩大的水波圆周就会画出一个圆锥，其顶点恰是石块击到水面的处所和时候。近似地，从一个事件散开的光在（四维的）时空里构成了一个（三维的）圆锥，这个圆锥称为事件的将来光锥。以一样的体例能够画出另一个称为畴昔光锥的圆锥，它表示统统能够用一个光脉冲传播到该事件的事件调集。