1905年，愛因斯坦完成了狹義相對(duì)論，但是對(duì)其結(jié)果并不太滿意，原因是愛因斯坦無法將牛頓提出的“萬有引力”納入狹義相對(duì)論的框架之中。

   牛頓認(rèn)為，無論兩個(gè)物體之間的距離多么遠(yuǎn)，萬有引力都能夠瞬間傳播（就是說引力的速度無限大），這一點(diǎn)與愛因斯坦的狹義相對(duì)論相矛盾，狹義相對(duì)論認(rèn)為任何信息的傳播速度，都無法超過光速（光速是宇宙中最快的速度）。

  于是愛因斯坦開始嘗試將引力納入狹義相對(duì)論中，在1915~1916年成功的發(fā)表了廣義相對(duì)論，狹義相對(duì)論的“狹義”就是表示無法納入引力等，只適合特殊情況，廣義相對(duì)論則將這一理論改善和普及，使其適用于任何情況。

   牛頓萬有引力定律認(rèn)為：任何兩個(gè)物體之間都存在相互吸引的力，且萬有引力的大小與物體的質(zhì)量和距離有關(guān)。

  但是，萬有引力為什么存在，萬有引力定律對(duì)此沒做任何解釋，廣義相對(duì)論則指出：引力是由時(shí)空（時(shí)間與空間）彎曲產(chǎn)生的，這種彎曲將使的從它旁邊經(jīng)過的任何物體，即使是光線也要改變路徑，也就是“時(shí)空彎曲”。

  時(shí)空彎曲會(huì)引起很多的神奇現(xiàn)象，比如“引力透鏡效應(yīng)”：遙遠(yuǎn)星系等發(fā)出的光在靠近地球一側(cè)天體，在地球的引力的作用下會(huì)發(fā)生彎曲，看上去會(huì)產(chǎn)生變形，或者更加明亮，這一現(xiàn)象具有聚光的作用，因此有時(shí)候能夠看到在通常情況下無法看到的遙遠(yuǎn)星系。

  愛因斯坦在廣義相對(duì)論中，認(rèn)為引力是因?yàn)闀r(shí)空彎曲所產(chǎn)生的，也就是說，引力不僅能導(dǎo)致空間彎曲，還能改變時(shí)間的快慢。

  比如一道光線經(jīng)過一顆大質(zhì)量星體附近時(shí)，大質(zhì)量星體所造成的時(shí)空彎曲，使得這道光線的行進(jìn)發(fā)生彎曲，而光速是恒定不變的，光線彎曲意味著光線內(nèi)側(cè)的距離變短，內(nèi)側(cè)距離變短意味著內(nèi)側(cè)的時(shí)間也必須變慢，實(shí)際上引力越大的地方時(shí)間流逝的越慢。

  1960年，美國(guó)物理學(xué)家羅伯特.龐德和格倫.里貝卡通國(guó)實(shí)驗(yàn)首次驗(yàn)證了廣義相對(duì)論說的時(shí)間差：在22.6米的高度差內(nèi)，每秒有0.00000000000000024秒的時(shí)間差。

  2010年，美國(guó)立標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的研究團(tuán)隊(duì)成功測(cè)量出33厘米高度差內(nèi)的時(shí)間差，每年僅為7000億分之一秒。

 在現(xiàn)代生活中，GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）已經(jīng)是日常生活中，必不可少的工具了，GPS衛(wèi)星的飛行速度大約為每小時(shí)1.4萬千米（每秒大約4000米），根據(jù)狹義相對(duì)論，GPS衛(wèi)星上的時(shí)鐘每天大約比地面時(shí)鐘慢120微秒。

  由于GPS衛(wèi)星距離地面大約兩萬千米的高空中，受到地球的引力比地面小，根據(jù)廣義相對(duì)論，GPS衛(wèi)星上的時(shí)鐘每天大約比地面時(shí)鐘快150微秒。

  綜合結(jié)果是，GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘，每天大約比地面上的時(shí)鐘快30微秒，換算為距離，相當(dāng)于大約10千米，因此，為了得到準(zhǔn)確的定位，消除相對(duì)論效應(yīng)所導(dǎo)致的時(shí)間差，就必須事先對(duì)GPS內(nèi)的時(shí)鐘加以修正。

   廣義相對(duì)論認(rèn)為，當(dāng)時(shí)空彎曲無限大時(shí)，會(huì)形成一個(gè)連光都會(huì)被吞噬，而無法逃脫的區(qū)域，1967年，美國(guó)物理學(xué)家約翰.惠勒將這一天體命名為“黑洞”，在黑洞的表面，時(shí)間是停止的。

  廣義相對(duì)論認(rèn)為，黑洞和中子星（幾乎全部由中子組成的密度極高的天體）等超高密度物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致的“空間波動(dòng)”會(huì)像水面泛起的波紋那樣向四周擴(kuò)散，被稱為“引力波”。

  黑洞或者中子星合并時(shí)，會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的引力波，引力波會(huì)導(dǎo)致空間波動(dòng)，波動(dòng)的大小因距離而不同。

  在地球到太陽(yáng)這么長(zhǎng)的距離內(nèi)，一般引力波所導(dǎo)致的空間波動(dòng)只有一個(gè)原子大小，很難被直接探測(cè)到，引力波被稱為“愛因斯坦最后的預(yù)言”。

  2016年2月11日，美國(guó)引力波探測(cè)站LIGO直接探測(cè)到了時(shí)空波動(dòng)~引力波。

引力波源在大麥云所在方向，距離地球大約13億光年，分析結(jié)果表明，這次探測(cè)到的引力波，是由兩個(gè)互相纏繞的黑洞逐漸靠近，最后碰撞合并到一起所產(chǎn)生的。

  發(fā)生碰撞的兩個(gè)黑洞的質(zhì)量，分別是太陽(yáng)質(zhì)量的36倍和29倍，合并后的黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的62倍，就是說，兩個(gè)黑洞在合并成為一個(gè)黑洞的過程中，損失了3個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。

  根據(jù)質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式，E=mc2（平方），損失的那3個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為巨大的能量，以引力波的形式被釋放到宇宙空間，這次探測(cè)到的空間波動(dòng)為1毫米的1萬億分之1的100萬分之1（10的負(fù)16次方毫米）。

  在廣義相對(duì)論誕生之前，我們的宇宙是如何誕生的，這個(gè)問題，幾乎沒有人從科學(xué)角度討論這個(gè)問題，甚至愛因斯坦也認(rèn)為宇宙是沒有起點(diǎn)的。

  但是，廣義相對(duì)論表明，空間并非是不變化的，具有質(zhì)量的物體會(huì)導(dǎo)致周圍的空間彎曲，1922年，前蘇宇宙物理學(xué)家亞歷山大.弗里德曼將廣義相對(duì)論應(yīng)用于整個(gè)宇宙，從而推導(dǎo)出整個(gè)宇宙空間可以膨脹或者收縮。

基于宇宙空間能夠變化這一觀點(diǎn)，才誕生了真正意義上的“宇宙學(xué)”，人類才開始探索宇宙的誕生、演化和未來。

歡迎您繼續(xù)與本系列文章一起，探索宇宙的終極秘密。。