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，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，那么他看到的時鐘上的時針和分針會停止運(yùn)動，但對于正常速度下的人來說，時間卻仍然流逝。這個思想實(shí)驗讓愛因斯坦開始思考：當(dāng)一個人在空間中以越來越快的速度移動時，他自己感覺到的時間流逝速度會變慢。這引發(fā)了一個重大問題：如果宇宙中的時間被認(rèn)為是一個不變的物理量，為什么速度會影響時間呢？
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新的理論，認(rèn)為時間可以根據(jù)物體在空間中的運(yùn)動速度而被拉伸或壓縮。這就是狹義相對論中所描述的"時間膨脹"現(xiàn)象。在后來的廣義相對論中，愛因斯坦進(jìn)一步提出了時間和空間都是宇宙的一部分，構(gòu)成了四維時空觀念。
在這個四維時空觀念中，大質(zhì)量物體如太陽和地球會扭曲周圍的時空，就像在彈簧床上放一個保齡球會使床墊凹陷一樣，這會導(dǎo)致周圍的物體像保齡球周圍的物體一樣沿著扭曲的時空軌跡運(yùn)動。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，時間相對于每個物體自身而言會有所不同。因此，引力越強(qiáng)的星球，時間流逝速度越慢。黑洞作為宇宙中引力最強(qiáng)的天體，會極大地影響其附近的時間流逝速度。這就是為什么在電影《星際穿越》中，靠近黑洞的地方一小時相當(dāng)于地球上的七年時間的情節(jié)出現(xiàn)的原因。
雖然時間膨脹目前離實(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)使用了時間膨脹公式來校準(zhǔn)時差，否則衛(wèi)星上的時間將會比地面上的時間慢，從而影響導(dǎo)航的精度。
至于廣義相對論中的扭曲時空對現(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空性質(zhì)，設(shè)想了一些令人興奮的概念，如基于時空曲率的超光速飛船和利用時空折疊產(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間旅行。
盡管相對論對大多數(shù)人來說仍然是一個復(fù)雜的理論，但隨著時間的推移，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，因為現(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。
