爱因斯坦广义相对论

核心思想

广义相对论是爱因斯坦于 1915 年提出的引力理论，它将引力解释为时空几何的弯曲， 而非传统意义上的力。质量越大的物体，弯曲时空的程度越大。

爱因斯坦场方程

其中 G_μν 是爱因斯坦张量（描述时空曲率），T_μν 是能量 - 动量张量（描述物质分布）， Λ 是宇宙学常数，G 是引力常数，c 是光速。

史瓦西度规（球对称质量）

描述球对称质量周围的时空几何。当 r = 2GM/c² 时，即为史瓦西半径， 也就是黑洞的事件视界。

关键预言与验证

• 光线偏折（1919 年）：爱丁顿日食观测证实星光经过太阳附近时发生偏折
• 水星近日点进动：解释了牛顿理论无法解释的 43 角秒/世纪的进动
• 引力红移（1960 年）：庞德 - 雷布卡实验证实引力场中光的频率变化
• 引力透镜（1979 年）：观测到类星体的多重像
• 引力波（2015 年）：LIGO 首次直接探测到双黑洞合并产生的引力波
• 黑洞照片（2019 年）：事件视界望远镜拍摄到 M87*黑洞阴影

时空弯曲的直观理解

想象一张弹性的橡胶膜，当放置一个重球时，膜会向下凹陷。如果在膜上滚动小球， 小球会沿着凹陷的曲面运动，看起来像是被重球"吸引"。这就是广义相对论对引力的几何解释—— 物体沿着弯曲时空中的测地线（最短路径）运动。