廣義相對論是愛因斯坦繼狹義相對論之后,深入研究引力理論,于1913年提出的引力場的相對論理論。這一理論完全不同于牛頓的引力論,它把引力場歸結(jié)為物體周圍的時空彎曲,把物體受引力作用而運(yùn)動,歸結(jié)為物體在彎曲時空中沿短程線的自由運(yùn)動。因此,廣義相對論亦稱時空幾何動力學(xué),即把引力歸結(jié)為時空的幾何特性。
如何理解廣義相對論的時空彎曲呢?這里我們借用一個模型式的比擬來加以說明。假如有兩個質(zhì)量很大的鋼球,按牛頓的看法,它們因萬有引力相互吸引,將彼此接近。而愛因斯坦的廣義相對論則并不認(rèn)為這兩個鋼球間存在吸引力。它們之所以相互靠近,是由于沒有鋼球出現(xiàn)時,周圍的時空猶如一張拉平的網(wǎng),現(xiàn)在兩個鋼球把這張時空網(wǎng)壓彎了,于是兩個鋼球就沿著彎曲的網(wǎng)滾到一起來了。這就相當(dāng)于因時空彎曲物體沿短程線的運(yùn)動。所以,愛因斯坦的廣義相對論是不存在“引力”的引力理論。
進(jìn)一步說,這個理論是建立在等效原理及廣義協(xié)變原理這兩個基本假設(shè)之上的。等效原理是從物體的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等這個基本事實(shí)出發(fā),認(rèn)為引力與加速系中的慣性力等效,兩者原則上是無法區(qū)分的;廣義協(xié)變原理,可以認(rèn)為是等效原理的一種數(shù)學(xué)表示,即認(rèn)為反映物理規(guī)律的一切微分方程應(yīng)當(dāng)在所有參考系中保持形式不變,也可以說認(rèn)為一切參考系是平等的,從而打破了狹義相對論中慣性系的特殊地位,由于參考系選擇的任意性而得名為廣義相對論。
