你知道吗？为什么引力会导致空间弯曲？

2017年10月16日，人们第一次发现双中子星引力波。你知道为什么吸引力也会导致空间弯曲吗？

万有引力定律是牛顿的伟大发现之一。万有引力定律描述为所有两个物体都相互吸引。吸引力方向与两个物体之间的联系方向正相关。吸引力的大小与两个物体的质量乘以正相关。与它们之间的距离平方米相比，比例系数称为牛顿吸引力常数或万有引力常数。

牛顿并没有警告我们万有引力定律有什么更深层次的起源，换句话说，牛顿认为万有引力定律是完全有效的。大家都不觉得这有什么奇怪的，比如磁场力就是磁场力，更不能复原为更基本的力。万有引力定律非常强大，不仅可以表达地球上所有被地球吸引的物体运动，还可以表达星体运动，比如地球如何绕太阳做椭圆运动，月球如何绕地球做椭圆运动，还可以表达潮汐现象，银河系和星系团的结构和起源。

在从牛顿到爱因斯坦的250年里，几乎没有人怀疑万有引力定律，也没有人想调整这一基本理论。那么，爱因斯坦为什么要改变万有引力定律呢？意外发现万有引力定律无法表达什么现象？还是哪些星体的运动规律突然偏离万有引力定律？还是爱因斯坦觉得万有引力定律背后有更深层次的物理原因？

爱因斯坦有两种基本理论动机来启发新的万有引力定律。从某种意义上说，它的广义相对论是麦克斯韦电磁理论所需的动力学。爱因斯坦广义相对论的第一篇论文题目是《论动体电动力学》，他想了解不同惯性系中间电磁场理论运动方程的相互关系。在广义相对论中，麦克斯韦方程在不同惯性系中的数学方法完全相同。自然，光速度本身就是麦克斯韦方程式的观点之一，所以光速保持不变。所以上面提到的伽利略相对原理对于麦克斯韦方程式来说是正确的。当爱因斯坦把目光转向万有引力定律时，问题来了。牛顿万有引力定律是瞬时力，万有引力定律不符合广义相对论中伽利略的基本原理。这样，牛顿的基本定律就必须改变。

第二个原因是，为什么惯性质量与重力质量有关？这两种质量的起源完全不同。惯性质量在广义相对论中等于动能，而重力质量是牛顿的惯性质量，以描述万有引力定律的引入。

爱因斯坦认为，要将吸引力与广义相对论相结合，营销推广惯性的基本原则是不可避免的。他花了很多年才找到出路。最后，有一天，他高兴地想到，同样的惯性质量和引力质量可以解决问题的核心。

为什么这个简单的想法是处理问题的核心？主要是因为，如果重力质量和惯性质量完全相同，那么我们就会看到每个颗粒在时间和空间周围的瞬时速度是相同的。如果你我作为观察者也有这样的瞬时速度，那么以我们自己为参考系，所有颗粒都没有瞬时速度。这不是局域网的惯性系统吗？在我随意着陆的惯性系中，物理定律与惯性系完全相同。因此，你也可以完全记录惯性系中的物理定律。这样，物理定律就可以通过空间坐标系中，物理定律可以通过中文翻译惯性系中的物理定律获得。

因此，爱因斯坦想到了弯曲几何图形的对比。取任何斜面，如曲面，在球面上的一个点周围，斜面类似于平面，这个周围类别越低，几何图形就越平坦。所有弯曲表面的几何图形都是由无数这样平坦的几何图形组成的。有些像足球队。每个缝纫足球的五边形和六边形看起来都不那么弯曲。如果这个小皮肤更小，它会更平。如今，在重力场中，即使每个时空点周围都有一些惯性系，我们也可以将成千上万的惯性系缝制成一个弯曲的时空。

惯性系统绝对平坦，因为根据爱因斯坦的立场，在惯性系统中，最重要的不是空间距离，而是时空距离，这种时空距离有一定的现实意义，如果我们从惯性系统切换到另一个相对恒定的惯性系统，时空距离不会改变，但空间距离不再具有积极的现实意义。因此，爱因斯坦将弯曲室内空间营销推广为弯曲时空，其场方程警告我们时间与空间弯曲、动能及其动量矩有关。

很容易想象弯曲的斜面，主要是因为你可以直接在三维空间中看到曲面、环面等。自然，在数学原理中，数学家必须能够解决三维空间科学研究斜面，只需要测量斜面的长度，斜面的特性就决定了。类似于空间图形斜面，不难想象三维弯曲室内空间，不需要将三维弯曲室内空间放入四维空间或更高的维度空间。对于一个几何图形水平稍好的学生来说，空间弯曲并不难想象。最后，如何想象弯曲的空间和时间？弯曲时间很容易想象，即数字时钟在不同的空间点以不同的速度行走。当代万有引力定律的基本理论是爱因斯坦的弯曲时空。