上一期內容，我們重點講解了把四維時空進行降維處理，得到一個二維時空，然後對二維時空進行分析，畫出時空圖，發現是彎曲的，說明時空本身的確是彎曲。這裡有個重要的知識點，那就是我們要證明時空是彎曲的，需要讓物體做不受力的運動才行，因為只有不受力，我們才能研究時空彎曲對物體運動的影響，如果有第二個因素的干擾（比如給物體加一個電磁力），那麼我們得到的時空圖就算是彎曲的，也不能判斷，到底是時空本身造成的，還是第二個因素干擾造成的。
這裡再次強調，在廣義相對論裡面，引力已經不是力了，是時空彎曲的表現，是一種幾何效應。所以當一個物體做自由落體運動，按照傳統力學來看：物體受到重力，做非慣性運動。但是按照廣義相對論來看：該物體不受力，做慣性運動，時空本身會確定物體運動軌跡。
所以根據以上分析，我們知道，要做這個實驗畫出一個時空圖，將小球做自由落體運動，是最簡單的辦法，並且下落過程中，不要讓其它力來干擾。
接下里，我們就詳細看看這個四維時空，到底是如何彎曲，從而讓小球做自由落體運動的。由於上一期我們將四維時空，降低維度到二維時空，畫出了時空圖，是一個曲線。但是實際愛因斯坦研究的對象是四維時空，並不是二維，所以我們這篇文章會重新升維。首先我們定義一個座標系（x，y，z）如下圖所示。
這是我們非常熟悉的三維立體座標系，現在假設小球就在x=10，y=15，z=0位置處。並把這個時刻t=0。假設我手一鬆，小球就會往下掉做自由落體運動對不對？這裡為了保證小球運動方向與Z軸正方向一致，我們假設手一鬆，小球是往上做自由落體運動（就當是你做實驗時，是倒著做的，因為實驗是正著做還是倒著做，並不影響時空本身的彎曲性）。
當t=0，小球靜止，當t>0，小球往z軸正方向做自由落體運動。如果此時我們要畫出四維時空圖，誠如上一篇文章所說，我們這個世界空間維度目前測量只發現有3維，也就是空間維度只有三維，至於非空間維度還有多少，尚無定論。所以一口氣全部畫出時空圖不太可能，但是我們可以把時空圖分為3個部分，第一個部分：x和t構成的二維時空圖。第二個部分：y和t構成的二維時空圖。第三個部分：z和t構成的二維時空圖。這樣一來，一個四維時空圖，就被拆分成了3個二維時空圖，因此我們只要分別畫出x、y、z三個方向上的二維時空圖即可。
經過以上簡化後，我們都可以直接推理出三個時空圖是啥樣，x和t的時空圖，由於x一直沒變是10，只是t在增加，所以時空圖就如下圖，其實就是一條豎直的直線。
再看y和t的時空圖，其實y也是一直沒變是15，t一直增加，所以時空圖如下圖，也是一條豎線。
最後我們畫z和t的時空圖，由於z在不斷增加，t也在不斷增加，且z方向是做勻加速直線運動，所以單位時間內走的位移肯定會越來越多，所以時空圖如下圖所示：
大家看到沒，三個二維時空圖，有2個是平直的，最後1個是彎曲的，合併起來的四維時空，說明就是彎曲的，且只是在Z方向彎曲。如果三個時空圖都是平直的，那麼合併起來的四維時空肯定也是平直的。
當然以上的分析只是近似的表達，將地面某個局部近似成一個平面（但是實際地面是一個曲面），如果我們取一個極小的空間範圍來做這個實驗，其實就可以得出這個局部空間範圍內，時空到底是如何彎曲的，這就是所謂“微分”思想。
需要說明的是，以上實驗，可以用自由落體運動來做，也可以平拋小球，斜拋小球來做，你會發現，三個圖前面2個依然是直線，就只有最後1個是曲線，所以小球本身運動狀態並不改變最後得出的結論：空間往Z方向彎曲了。另外這次實驗是在速度不大的情況下做的，因為當速度變大，時間會變慢，所以這個曲線的實際彎曲效果比上圖效果更好，本篇文章希望能夠給您一個簡單的思維模式來理解廣義相對論裡面的“四維時空彎曲”。我是頭條號《小彭來給您解惑》，如果喜歡我的文章可以關注我，如果對文章有異議可以留言評論。
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