“學習知識要善於思考，思考，再思考。我就是靠這個方法成為科學家的。”——愛因斯坦
愛因斯坦在我們的心目中是一個敢於接受新事物、和勇於挑戰未知的科學家，他的偉大成就刷新了人們固有的直覺，但在有些問題上也跟牛頓一樣犯了同樣的錯誤。
今天就說下，廣義相對論的偉大成功，以及它如何為我們揭示了一個充滿“活力”的動態宇宙。
廣義相對論的預測與成功
廣義相對論讓人類的宇宙觀經歷了一次革命。在我們日常生活的經驗中，空間的座標體系是恆定的，時間的流逝也是連續而一致的，廣義相對論的命題顛覆了我們的這些經驗。正因為這個理論具有強烈的“反直覺”特徵，所以哪怕是在它誕生一百年之後的今天，它也是一個最頻繁地受到質疑和挑戰的理論。
許多人使用了遍及當代科學各個門類的知識，將廣義相對論翻過來掉過去地一遍遍“拷問”著。固然，廣義相對論不但能完成牛頓引力理論所能完成的一切，還可以解釋牛頓理論解釋不了的行星軌道進動狀況，並且預言了星光經過太陽邊緣時會拐彎的現象且得到了觀測的證實，但是它也帶來了許多新的、有待觀測和實驗去檢查的其他推論。
如果要我們心悅誠服地按這個新的框架去理解宇宙的運行，就必須讓我們百分之百地相信它是正確的！愛因斯坦自己用廣義相對論做出的最後一個預言是：當光子向引力場更強的區域運動時，其能量會增加；相反，光子要想從引力場較強的地方逃逸出來，就必須損失一些能量。
這種能量的增益或損失，會反映在光子自身的波長變化上：當光子攜帶的能量增加時，它的波長會減短，頻率會升高，即顏色變得更偏藍；而當光子損失能量後，它的波長會增加，頻率會降低，即顏色變得更偏紅。該預言中的這兩種現象，分別稱為“引力藍移”和“引力紅移”。
愛因斯坦在有生之年並未看到該預言被成功證實，不過，1959年的“龐德一雷布卡（Pound-Rebka）實驗”乾淨利落地徹底驗證了這一點。這就要說到原子內部的運行機制。電子繞著原子核運轉，其狀態有“基態”和“激發態”。電子的這兩種狀態之間的轉換，只有在得到或失去特定數量的能量之時才會發生。
這就意味著特定的原子可以吸收或釋放特定波長的光子。假定某個原子可以釋放出一種特定波長的光子，那麼只要這個光子在傳播過程中波長保持不變，另一個與之相同的原子就應該可以完全吸收掉這個光子。但是，如果這個光子的波長受到引力場變化的影響發生了上述偏移現象，則它就應該不能被後一個原子吸收。
所以，愛因斯坦的相關預言可以這樣來驗證：讓前一個原子處於地面附近，後一個原子處於離地面更高的地方，則後者所在位置的時空彎曲程度就應該小於地面附近。不用多說，後者無法吸收前者釋放出的光子。不過，假如前者釋放光子時正在以某個特定的速度運動，則其釋放的光子的波長也會受到運動效應（如多普勒效應）的影響而改變，其結果可能導致我們觀察不到愛因斯坦預測的波長變化。
令人讚歎的是，利用發現於1958 年的“穆斯堡爾效應”的相關技術，實驗物理學家成功地抵消了光子發生的這種頻移，讓接收端的原子得以成功地吸收掉了光子。這也就精確地證明了廣義相對論做出的相關預言是對的，其預測的頻移幅度與在實驗中看到的是相符的。
從愛因斯坦的時代開始，與廣義相對論有關的許多很精微的效應陸續被預言出來，如光子在掠過大質量物體時會相對遲滯，這稱作“夏皮羅（Shapiro）時延效應”，太陽系各大行星的雷達波反射情況可以驗證它。目前，驗證這個效應的最佳實驗結果來自環繞土星運行的“卡西尼”探測器，其數據與廣義相對論預測值之間的偏差小到只有0.002%，令人稱奇。
其他常見的預言還有 GPS衛星的時間延遲、夜空中群星實際位置與所見位置的微小偏差、對在引力場內旋轉或移動的設備所做的相對論性校正、在近距離內相互繞轉的大質量天體呈現出的引力衰減等。當然，要說最為壯觀的一個相關預言，那還得說是因極遠天體的光線被擋在它前面的天體所折彎而生成的奇景——引力透鏡。
所有這些預言都已經被實驗或觀測確鑿地證實了，而且，目前除了廣義相對論，沒有其他任何一個科學理論能嚴謹地解釋上述全部現象。廣義相對論這一以“時空”及其彎曲為特色、統攝著物質和能量的理論，可以被認為是描述宇宙的物理機制、解釋引力現象的最佳理論。
說到底，這些知識對我們的宇宙觀到底有何意義呢？
要知道，在廣義相對論誕生的時代，人們還從未聽說過宇宙島、大爆炸、暴脹宇宙等詞語。在當時人們的眼中，眾多的恆星，以及星雲、星團這些深空天體，就如同我們看到的那樣，差不多是均勻地散佈在一個廣大的宇宙空間中的，僅此而已。
不過，如果用牛頓理論的舊框架來看，這種宇宙觀念並非無懈可擊。例如，假定眾多恆星是差不多均勻地分佈在宇宙空間裡的，那麼根據牛頓的定律，這並不是一個能夠持續穩定下去的狀態，由於這種引力分佈格局中必然存在某些微小的不均勻，那麼只需要幾千年的時間，就會有一些彼此距離很近的恆星通過引力而明顯變得更近，由此形成許多團塊狀的結構，同時剩下許多空蕩蕩的星際空間。
然而我們看到的事實卻是，雖然確有不少恆星聚集成團塊狀，但像我們的太陽這樣單顆存在、不與其他恆星成團的恆星卻更加常見。簡言而之，一個各向同性的、均勻的宇宙，按牛頓的引力理論推算，必然是不穩定的。
說到這裡，你可能會立刻想到：既然牛頓理論不能破解的許多難題都可以被廣義相對論所征服，那麼這個問題是不是也可以用廣義相對論來搞定呢？可惜的是，如果使用廣義相對論去解答，則這個問題非但不能被解決，還會變得更加難纏！在愛因斯坦提出的這個框架中，不論你設定宇宙中的物質有什麼樣的初始分佈，它們都不會穩定下去，都難以逃脫在引力之下發生坍縮的宿命。
也就是說，眾多星體不論分佈成球狀、方塊狀、柵格狀還是隨便什麼奇怪的形狀，無一例外都會最終匯聚到一起。由於這一塌縮現象的速度通常較慢（也不全都很慢），明顯低於光速，所以你可以算出這個坍縮過程將在多長時間後完成。不止如此，按照廣義相對論的計算，宇宙中所有的物質在匯聚成一個大圓球之後還不算完，它們最終將形成一個“黑洞”！
很明顯，宇宙的實際情況跟這種設想不太一樣。愛因斯坦當然也不傻，他也覺得如果做出這種預言就太荒謬了，所以他必須解釋一下到底是什麼力量在抗衡著這種坍縮。
他給出的“答案”是這樣的：存在一種能量，其影響力可以叫作“宇宙常數”，它的力量正好抵消了引力的作用。那麼為什麼會有“宇宙常數”呢？愛因斯坦只是說，這是“時空”自身天然具有的一種性質。如果我們把這個常數改小一點去算，那麼前述的坍縮結局就依然無法避免；而如果把這個常數設大一點去算，那麼就會算出宇宙中所有星球都在四散遠去，最終會把我們留在一片孤寂之中。
幸虧這個常數在我們的宇宙裡恰好與引力取得了平衡，才會有我們這些生活在穩定的物質世界中，整天問這問那，而且不用擔心被擠成黑洞或被遺落成孤島的人類。
這種解決方式，離不開那個既不許增加也不許減少的特定數值——只要不承認那個數值，宇宙就會重新回到災難之中。對於只能以這種方式去“解決”的問題，我們可以統稱為“精細調節問題”(fine-tuning problem）。這類問題的“答案”，總是讓人在各種意義上覺得挺“彆扭”的。試想，假如當初宇宙中某兩個天體的位置與實際情況稍有差別，原有的宇宙常數就無法再保證宇宙的穩定了，就得調整數值。
不過，在接下去的幾年裡，也沒有出現比這更好一點的回答。人們想，或許宇宙中的物質就是這樣正巧以比較均勻的狀態分佈著，而且正巧還沒有坍縮成一個巨型黑洞吧。
但是，不等時間進入20世紀30年代，就出現了一個更為可取、更接近正確的回答：如果將弗裡德曼( Alexander Friedmann)、勒梅特( Georges Lemaitre)、羅伯森( HowardPercy Robertson）、沃克爾（Arthur Geoffrey Waker）四位理論家各自獨立工作的成果結合起來，就會意識到宇宙常數或許不存在，而宇宙有可能在隨著時間的流逝而不斷膨脹。
他們不僅說明了可能沒有什麼向外的“時空能量”正好和引力作用相平衡，還提醒我們“時空”本身是可以膨脹或收縮的。無論單獨看這四人中哪一個給出的回答，都會隱隱感受到一個動態的、有活力的宇宙。至於各向同性的均勻宇宙模型，此時已經顯得落伍了。
在60年代，由哈勃通過對遙遠星系的觀察，結合距離與星光紅移之間的關係，發現了宇宙正在膨脹，這也驗證了在廣義相對論下對一個動態宇宙的猜測。而愛因斯坦面臨這個宇宙學跨時代發現的問題上，卻沒有表現出他之前的風格。如果愛因斯坦能再一次靈光乍現，堅持認為宇宙必須膨脹，不然就無法穩定的存在的話，估計又會是一次諾貝爾獎。
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