愛因斯坦的相對論，作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一，盡管看似復(fù)雜，但實(shí)際上可以用最簡單的語言來進(jìn)行科普。故事要從年輕的愛因斯坦說起。大學(xué)畢業(yè)后，他成為了一名公務(wù)員，但在閑暇時(shí)，他喜歡思考各種物理問題。有一天，他在電車上，突然想象：如果電車的速度接近光速，那么他看到的時(shí)鐘上的時(shí)針和分針會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，但對于正常速度下的人來說，時(shí)間卻仍然流逝。這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)讓愛因斯坦開始思考：當(dāng)一個(gè)人在空間中以越來越快的速度移動(dòng)時(shí)，他自己感覺到的時(shí)間流逝速度會(huì)變慢。這引發(fā)了一個(gè)重大問題：如果宇宙中的時(shí)間被認(rèn)為是一個(gè)不變的物理量，為什么速度會(huì)影響時(shí)間呢？
愛因斯坦首先研究了牛頓和麥克斯韋關(guān)于這一問題的觀點(diǎn)。牛頓認(rèn)為速度是相對的，而麥克斯韋認(rèn)為光速是一個(gè)不變的常數(shù)，兩束光的相對速度永遠(yuǎn)是恒定的，而不是相對運(yùn)動(dòng)的速度相加。這兩種觀點(diǎn)似乎相互矛盾，因此愛因斯坦提出了一個(gè)新的理論，認(rèn)為時(shí)間可以根據(jù)物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度而被拉伸或壓縮。這就是狹義相對論中所描述的"時(shí)間膨脹"現(xiàn)象。在后來的廣義相對論中，愛因斯坦進(jìn)一步提出了時(shí)間和空間都是宇宙的一部分，構(gòu)成了四維時(shí)空觀念。
在這個(gè)四維時(shí)空觀念中，大質(zhì)量物體如太陽和地球會(huì)扭曲周圍的時(shí)空，就像在彈簧床上放一個(gè)保齡球會(huì)使床墊凹陷一樣，這會(huì)導(dǎo)致周圍的物體像保齡球周圍的物體一樣沿著扭曲的時(shí)空軌跡運(yùn)動(dòng)。因此，月球繞地球公轉(zhuǎn)，地球繞太陽公轉(zhuǎn)，太陽則繞著銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*公轉(zhuǎn)。
由于星球在空間中的運(yùn)動(dòng)，時(shí)間相對于每個(gè)物體自身而言會(huì)有所不同。因此，引力越強(qiáng)的星球，時(shí)間流逝速度越慢。黑洞作為宇宙中引力最強(qiáng)的天體，會(huì)極大地影響其附近的時(shí)間流逝速度。這就是為什么在電影《星際穿越》中，靠近黑洞的地方一小時(shí)相當(dāng)于地球上的七年時(shí)間的情節(jié)出現(xiàn)的原因。
雖然時(shí)間膨脹目前離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，但在高速飛行導(dǎo)航衛(wèi)星上，已經(jīng)使用了時(shí)間膨脹公式來校準(zhǔn)時(shí)差，否則衛(wèi)星上的時(shí)間將會(huì)比地面上的時(shí)間慢，從而影響導(dǎo)航的精度。
至于廣義相對論中的扭曲時(shí)空對現(xiàn)代人類文明的應(yīng)用，目前還遙不可及。然而，科學(xué)界根據(jù)愛因斯坦廣義相對論所揭示的時(shí)空性質(zhì)，設(shè)想了一些令人興奮的概念，如基于時(shí)空曲率的超光速飛船和利用時(shí)空折疊產(chǎn)生的蟲洞，這些概念有望在未來實(shí)現(xiàn)跨越千萬光年距離的短時(shí)間旅行。
盡管相對論對大多數(shù)人來說仍然是一個(gè)復(fù)雜的理論，但隨著時(shí)間的推移，它將逐漸成為與牛頓的普遍引力定律一樣的基礎(chǔ)物理教材，也許在未來，22世紀(jì)的小學(xué)生們都將學(xué)習(xí)相對論。然而，值得注意的是，相對論并非完美理論，因?yàn)楝F(xiàn)代物理學(xué)的另一支柱——量子力學(xué)，認(rèn)為引力是由引力子的交換引起的，而不是時(shí)空的扭曲，這導(dǎo)致了相對論和量子力學(xué)之間的矛盾。因此，未來必然會(huì)出現(xiàn)一種新的理論，統(tǒng)一相對論和量子力學(xué)，以更全面地解釋宇宙的奧秘。
