原标题：广义相对论：丈量宇宙一百年
提要：相对论已经彻底改变了人类对于自己所在世界的认识；即便你完全理解不了广义相对论，也应该了解由它推演而来的这些结果。
文/方玄昌
从六千多年前的古埃及到两千多年前的古希腊，人们通过对三大现象——越往北，北极星离地平线越高；月食时，地球在月亮上的投影总是圆弧形的；远处航行而来的海船，岸上的人们总是先看到桅杆，再看到船身——的观察，推论出我们生活的大地是一个球体。更晚一些，中国古人也有了类似的论述。
亚里士多德将这些发现归纳在其《论天》一书中，并且据此计算了地球的大致直径。这就是生活实践结合纯粹的哲学思辨的最高成就。
在接下来的近两千年，人类的视野没有显着扩大，直到伽利略的诞生。1609年，伽利略将他刚刚发明的望远镜对准了木星，他看到有四颗卫星围绕着木星旋转，从而彻底宣告了“地心说”的死亡，同时将人类的视野扩大到了12亿公里之外。作为近代科学的奠基人，伽利略在晚年双目失明之后曾经哀叹，他脑海中那个黑暗的宇宙，因为他自己的惊人发现和出色论证“而变得比以往智者眼中所见更广大千百倍”——这正是科学力量的写照。
伽利略之后两百多年，科学家们较为完美地描摹出了太阳系八大行星的运动轨迹，同时也意识到太阳很可能只是满天繁星中的普通一颗。然而，由牛顿领衔建立的经典力学缺乏进一步窥视宇宙更深处的工具，因而留下了一连串悬而未决的问题：我们的宇宙真的是无限的吗？最早推动日月星辰运行的力量来自何处？时间有开端吗？宇宙的未来是永恒的吗（终极命运如何）？
爱因斯坦的工作，为回答这一系列问题提供了可能。他几乎是以一己之力，构建起狭义相对论和广义相对论学术体系。十年前，值狭义相对论创立一百周年之际，笔者曾经写过一组文章《相对论改变百年》，阐述狭义相对论在颠覆人们的绝对时空观的同时是怎样改变这个世界的，那组文章的论述拿到十年后的今天依然适用——狭义相对论还在继续改变着整个世界，从航空航天及核电应用，到手机通讯、交通导航，我们时刻都在享受着它带来的便利。
相比较而言，广义相对论距离我们的生活要遥远得多——它几乎就是为了解释、描摹宇宙运行的规律而创立。公众对广义相对论陌生，理解不了其深奥的学术概念及复杂的数学演算，这很正常；但笔者认为，作为生活在现代文明社会中的人们，却有必要了解经由相对论推演而来的种种结果，因为那已经成为我们对这个世界认识的最重要部分。
广义相对论的第一个重要预言是作为时空“奇点”的黑洞的存在。由于科幻电影的渲染，公众对此已经不是那幺陌生。
但更重要的是另一个“奇点”，即宇宙大爆炸之初的时间开始之“点”。宇宙开始于一场“大爆炸”这一思想最早始于美国天文学家埃德温·哈勃的工作，他在1929年发现，距离我们越远的星系，正以越快的速度离我们远去。由此反推，可以得到一个结果：一两百亿年前，所有的星系都聚合在一起，宇宙是在一场超级大爆炸中诞生的。后来，苏联科学家伽莫夫完善了这个理论，并且预言：早期大爆炸留下的辐射依然存在，只是已经“冷却”到了3K左右（绝对温度），并以微波的形式充满着整个宇宙。1965年，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊测得了大爆炸的“余烬”——微波背景辐射，验证了伽莫夫的预言，他们后来因此获得了诺贝尔物理学奖（伽莫夫彼时还活着，作为理论的提出者，他其实更应该获奖，笔者曾经着文为他鸣不平）。
大爆炸理论解答了牛顿力学遗留下来的几个问题：宇宙在时间和空间上都有一个开端；推动一切天体运行的初始动力来自于大爆炸；宇宙在空间上是有限的，但无边界，即所谓的“有限无界”。我们可以借助于一个篮球来理解这一点：篮球的表面积显然是有限的，但你如果在其二维表面上寻找，却不存在边界；宇宙，则是更高维度上的“有限无界”。
剩下的最后问题——宇宙的终极命运如何——则一直到2003年才得到了较为肯定的答案。这一年的年初，科学家借助于“威尔金森微波各向异性探测器”拍下了婴儿时期的宇宙照片，结合之前的另外两项独立发现，科学家给出了关于我们宇宙的一系列论断：
宇宙目前的年龄大约是137亿岁；
宇宙在“暗能量”推动下，正在加速膨胀；
宇宙的构成：可见物质（也叫“发光物质”）仅占4%，暗物质（不发光物质，我们目前仅能测得其质量）占23%，暗能量占据宇宙的73%；
宇宙的终极命运是：由于加速膨胀，大约在数百亿年之后“大撕裂”，所有的物质均不能幸免。
宇宙演化的这一切结论，都离不开作为理论工具的广义相对论。
1955年4月18日，作为宇宙解释者的爱因斯坦辞世，次日《华盛顿邮报》刊登了一幅漫画来缅怀他。漫画中，地球埋藏于太阳系中，其图说用另一种方式来概括爱因斯坦的伟大贡献：“许多年以后，当外星的智慧生命透过浩瀚的宇宙俯视地球这颗‘宇宙尘埃’之时，他们在此只看到了一句话：‘阿尔伯特·爱因斯坦曾经在这里生活和工作过。’”
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