主题：几何直观地介绍广义相对论的时空以及大爆炸模型 （0） -- changshou

几何直观地介绍广义相对论中的时空以及大爆炸模型 （7）广义相对论预览

广义相对论主要说的是以下三件事。

7.1 时空是（某一类）度量流形

这里的时空指的是 我们现实世界中的 物理空间和时间。因为度量流形可以内在的弯曲， 所以时空可以是 内在弯曲的。 这就是通常说的 弯曲的时空。

从下一节开始我会详细解释 7.1的含义。

7.2 时空是 动力学的

这指的是 时空 作为度量流形 并不是与含于其中的物质无关了。 恰恰相反，时空 作为度量流形 是由一个 叫做爱因斯坦方程 的微分方程决定。 而爱因斯坦方程 包含了物质的分布。于是 时空是与物质有关的。

这我以后也会解释。在我看来 这是最难理解的部分。 而一般科普在打个比方后就回避了。

7.3 万有引力 就是 内在弯曲的时空

这就是为什么 万有引力 是万有的。任何物质都在时空中， 因此都受到弯曲的影响，这种影响就是万有引力。

这一点我以后未必解释了。 为什么？因为没有必要。 如果我要解释 广义相对论怎么来的 或者 它和 有关引力的其他理论 如牛顿引力理论或（未成熟的）量子引力理论 有何关系等， 那我需要解释7.3。 可我的目的只是 解释广义相对论中的时空 以及一些重要的模型如大爆炸宇宙模型 是怎么回事。要达到这个目的，我不需要解释7.3。简言之 7.1 7.2 本身 就是一个完整的理论体系。 而7.3 则更进一步指出 我们熟悉的引力 同这理论体系是何关系。 一旦我们肯接受 7.3 的论断， 我们就可以 只玩时空（依照7.1 7.2） 而彻底忘掉万有引力。

历史上 广义相对论建立的顺序 不是从7.1 到7.2 再到7.3。而是从 探究引力的本质 一步步 走到 爱因斯坦方程。 其顺序类似于从7.3和7.1 到7.2。 不少科普就是遵循历史发展的脉络来介绍。 我的科普思路是不一样的。

7.4 广义相对论的地位

广义相对论无论在物理概念还是基本数学原理上都显得相当的自然（在理解之后）。 就如同 20世纪之前 牛顿力学的威望不仅在于实验的支持 也在于其基本观点 看起来相当的合理自然。 在实验观测方面，广义相对论经受住了极为精确的考验，包括它的一些惊人的预言。当然 很多人认为广义相对论 将会被更基本的量子引力理论取代。 到那时 时空的观点就颇有可能 与广义相对论的不同了。不过 在可靠的更基本理论建立起来之前， 广义相对论是目前物理学最可靠最准确的关于时空的理论。 即使将来被取代了， 由于广义相对论已经取得的巨大成功，它仍将是一个相当准确的近似理论。

待续

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