廣義相對論是人類最偉大的理論壯舉之一，它源於一個人豐富想象力和頑強的數學才華，這使它更加令人印象深刻。這個理論本身是“經典”理論中最後也是最持久的。在過去的一百年裡，人類無法做出任何更復雜的東西，這不斷提醒我們愛因斯坦有多聰明。愛因斯坦天才的另一個證明來自於由複雜、相互關聯方程式組成的錯綜複雜意大利麵條。愛因斯坦做了一個漂亮的機器，但他並沒有給我們留下用戶手冊。
博科園-科學科普：我們可以追溯到他自我折磨了7年，最終形成了這個理論，但這條發展之路是由愛因斯坦的直覺引導的，我們普通人很難像他那樣盲目地跳躍。為了讓大家明白這一點，廣義相對論是如此複雜，以至於當有人發現方程的解時，他們就會得到一個以他們名字命名的解，並憑藉自己的能力成為半傳奇。卡爾史瓦西(Karl Schwarzschild)是一個家喻戶曉的名字(或者至少是物理學是這樣)，他發現了黑洞的幾何結構。
幾何決定命運
廣義相對論的絕對核心，以及它一個完全可以接受的替代名稱，就是地質力學。繼續，大聲說出來——這很有趣。廣義相對論是通過時空自身的動態機制來建模重力的。根據該理論，物質和能量的存在改變了這些物質周圍基本時空幾何結構，而改變了的幾何結構影響了運動。這種關係源於最重要的、最基本的、不能忽視的一個概念：等價原理。這個原理是假設慣性質量(移動一個物體需要多少能量)和重力質量(物體對重力的響應程度)是一樣的，這是開啟整個引力系統的鑰匙。使用這個等價關係，我們可以想象一個場景來幫助可視化幾何和重力之間的聯繫。
廣義相對論是一個複雜的理論，但想象落體有助於追蹤它的輪廓（在這裡GPS衛星在地球周圍顯示——GPS依賴於相對論來給出精確的位置）。圖片：NASA
假裝你在地球上空盤旋，平靜地看著大陸和海洋在你的有利位置下翻滾。然後你打開一盒垃圾，當碎片從你身邊飄走的時候，你會思考你剛剛所做的一切的後果。當然你現在已經制造了一個潛在危險的碎片雲，對衛星和未來的任務構成了重大風險。但經過進一步的思考，你的思維就會放鬆下來。你正在做一個科學實驗，等效原理保證所有這些碎片，不管它們的形狀和質量，都能完美地追蹤到地球引力的影響，而不需要進行任何其他計算。這是重力所獨有的，多虧了E.P.
違反規則
看看你扔進太空的垃圾會怎麼樣。一些，純粹出於偶然，可能從一條完全水平線開始。但是，當這些物體落到地球上時，它們會沿著直線向地球中心移動。如果你仔細觀察，你會發現當它們向下移動時，它們會逐漸收斂。如果它們能穿過固體地球，它們最終會在中心相撞。其他的垃圾碎片可能會以一條完全垂直的直線開始，以地球為目標，彼此之間平均間隔。他們也會下降。但幸運的是排在最前面的那隻會下降得稍快一些，因為它離地球的距離稍微近一些，排在最後的那隻會稍微慢一些。所以，當碎片繼續下降時，它們會在垂直線上慢慢分開。
在某些情況下，我們得到收斂，縮小的痕跡。在其他情況下，我們得到發散的，擴散的軌跡。在這兩種情況下，路徑一開始都是完全平行或均勻的，但是改變了字符。這些變化的路徑正是數學家們用“曲率”來描述的，這就是幾何學的語言。叮,叮,叮，在這裡，等效原理告訴你，墜落垃圾的路徑直接告訴你重力的性質，而同樣的路徑揭示了潛在時空的複雜幾何，換句話說，重力是時空的幾何——幾何動力學
拓展智慧
時空中的“時間”對於完整的理論是非常重要的，你可能已經看過科學博物館的演示或者圖片，裡面有一篇關於廣義相對論的文章，展示了什麼看起來像一個拉伸的橡膠片。一個代表行星、恆星、黑洞或其他物體的重球被放置在中心，將織物拉下。在紙上滾動其他的球揭示了重力的“影響”：它們試圖沿著直線運動，但它們的路徑會被潛在的曲率偏移。作為幼兒園的第一個介紹，這個演示很好，但是我們現在已經超過幼兒園了。在真實時空中沒有“下降”，曲線是在四維空間中發生的，而不是在二維空間中。這有點難以可視化，這就是為什麼我們通常退回到更簡單的演示。確實，一個巨大的物體扭曲了它附近的靜態空間，但這只是圖片的一半。質量也會影響時間的維數，它通過改變物體可能的軌跡來影響時間的維數。
每個物體都有所謂的光錐，或一組可能的目標，物體可以到達的目的地比光速慢。想象一下，當一粒塵埃在太陽旁邊飛奔時，你正與它同行。它有一系列的未來可能，由它的光錐給出。但當塵埃靠近太陽時，巨大火球的引力使塵埃的光錐向太陽本身傾斜，塵埃現在有了一個新的、更具體的未來：有些目的地是禁止進入的(它們不在新的光錐之外)，而另一些則開放了。這看起來像是細枝末節，但在廣義相對論的數學中，空間的靜態彎曲和光錐的變化分別出現在不同的地方，只有將這兩種效應結合起來，我們才能得到理論的全面(而且準確)預測。空間和時間必須同時考慮;你不能忽視跟上。換句話說，重力是時空的幾何——幾何動力學。
博科園-科學科普｜ 文：Paul Sutter, Astrophysicist/Space
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