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然而，爱因斯坦的广义相对论包含了狭义相对论那些充满哲学意味的特征。同时的相对性依然正确，更确切地说，得到了扩展。这样看来，之前我给出的种种哲学论证，在广义相对论中依然成立，我们会得出同样的结论：作为一个整体宇宙的全部历史，是这个世界唯一的真实。
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同样，在广义相对论中，所有独立于观测者的信息都被因果结构和原时囊括。如果我们确实在广义相对论的框架下展示整个宇宙的全部历史，那么最终，我们依然会得到块状宇宙图景。
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广义相对论不但继承了狭义相对论中论证时间非真时所需的种种特征，还为这一论证增添了新的论据。首先，我们有多种方法将时空划分为时间和空间（见图6-3）。你可以通过散布于宇宙之中的时钟网络定义时间，但网络中的时钟各自为政——它们在不同的地方以不同的速率走动。每个钟都可能走快，抑或走慢，我们将这一特点称作广义相对论时间的多指性（many-fingered）。其次，时空中空间的几何变得十分驳杂，不再简单、规整，比如从平面或球面变为各种曲面；同时，其几何形态变得更为动态。被称作“引力波”的波纹，可以穿过几何化的时空；黑洞可以形成、运动，相互绕行成为双星系统。世界的位形空间不再由粒子在空间中的位置决定，还由空间自身的几何决定。
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图6-3 “普通”时间与广义相对论时间的对比
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通常我们认为，时间在世界各处以相同的速率流逝。在这种假设下，我们就会看到上图所示的情景：等时面均匀分布。在广义相对论中，每一处的时间均由该处的时钟度量，只要等时面之间不存在因果关系，这些时钟便能以任意速率相对于其他时钟运行，即这样的时间具有多指性，下图展现了这一情景。
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空间的几何或是时空的几何，又和引力有什么联系？在所有科学理论中，广义相对论的根基最为简单，即下落是一种自然状态。
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什么是自然运动？物理学中的各种革命都可被视作对这一问题的重新思考。这里“自然”指的是运动状态不言自明、无须解释。对亚里士多德来说，自然运动状态指的是物体相对于地球中心静止，除此之外的所有运动皆不自然，因此需要解释。比如，外力作用使得物体开始运动并一直运动下去。对伽利略和牛顿来说，自然运动状态指的是物体沿直线匀速前进。只有当物体速度的大小或方向发生改变时，即物体具有加速度时，我们才需要引入外力。如果你搭乘火车或飞机出行，只要这些交通工具不加速，你便察觉不到它们的运动。
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或许你会问，如果所有的运动都是相对的，那么火车或飞机到底在相对什么加速呢？这是个很好的问题。答案是它们相对于不加速的观测者加速。等一下，这不就成了循环论证吗？倘若我们有这样一大群观测者，都感觉不到自身的运动，他们相对运动的速度大小和方向均恒定，那么我们便可以摆脱循环论证。我们称这些观测者为惯性系观测者（inertial obervers）。牛顿力学定律专门为他们而定义。从这个角度来看，牛顿第一定律其实在说，一个自由运动（不受外力作用）的粒子在惯性系观测者看来，总是在匀速运动。
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顺带一提，这也显示出太阳或地球是否运动这个问题的重要性。当地球绕日运转时，在所有惯性系观测者看来，地球运动的方向在不断改变。这体现了加速度，而加速度的出现必然要求我们提供解释，问题的答案就是地球受到了来自太阳的引力作用。
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对于牛顿来说，引力同其他力并无差别，但爱因斯坦认识到了引力产生的运动所具有的特殊性。这一特殊性在于，无论物体的质量或其他特性，所有下落的物体均以同样的加速度下落。这是牛顿定律的一个推论。物体所受到的加速度常常与物体的质量成反比。然而，在牛顿的引力理论中，引力的大小与物体的质量成正比。我们将两者合在一起，质量的正比反比相消，最终引力所产生的加速度与物体的质量无关，因而所有的物体均以相同的加速度下落。
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下落的自然性被爱因斯坦敏锐地捕捉并归入他的等价原理（equivalenceprinciple）中。等价原理是爱因斯坦所有工作中最为精彩的理论，也是古往今来一切物理工作中最为精彩的理论。等价原理指出，当你下落时，你感觉不到自己在运动。人在下落电梯中的感受与人在外太空中自由漂浮的感受完全一致。当我们不再下落时，我们才会感受到“引力”的存在。我们站着或坐着时感受的力其实并不是引力，而是地板或椅子的支持力，正是支持力阻止了我们的下落。现在我正坐在书桌旁，这其实是一种不自然的运动状态。
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以上洞见正是爱因斯坦过人智慧的体现。他的智慧并不在于最终成型的相对论所包含的复杂数学结构，这些都是大部分物理系或数学系学生能够轻易掌握的细节；他的智慧在于独辟蹊径，针对一个极为简单的日常体验，成功地将人们的传统观念彻底改变。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876966]
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弯曲的时空
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在爱因斯坦之前，人们简单地认为，引力时刻在把我们往下拽。爱因斯坦认为这是不对的。我们时刻感受到的其实是地板在把我们向上推。爱因斯坦从这个最为简单又最为现实的想法出发，在他的数学家朋友马塞尔·格罗斯曼（Marcel Grossmann）的帮助下，将这一想法转换为描述几何化世界的假说。这一假说基于一个简单操作，操作的对象正是最为简单的几何概念——直线。
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在高中几何课里，直线被定义为两点之间的最短路径。这一定义适用于平面，但并不适用于曲面。想象一个球面，比如地球的表面。或许你会认为球面是弯曲的，因此球面上不可能有任何直线存在。但是，我们依然可以找到曲面上两点间的最短路径，这样的曲线可被视作曲面上的直线，我们称之为“测地线”（geodesics）。在平直空间中，测地线就是直线；在球面上，测地线是大圆弧。穿行于城市间的飞机沿大圆弧飞行，所飞的飞行距离最短。[11]
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如果物体在引力场中的自然运动是下落，那么下落对应的轨迹将会是直线的延拓。毕竟在牛顿力学中，物体不受外力时的自然运动轨迹就是直线。可现在我们面临一个选择，自由粒子在空间中沿直线运动，自由粒子在闵可夫斯基时空中也沿直线运动。那么，我们究竟要用空间的弯曲来描述引力，还是该用时空的弯曲来描述引力呢？
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从块状宇宙观出发，答案再清楚不过：一定是时空的弯曲。这个判断基于时空的相对性，不同观测者对两个事件是否同时持有不同的意见。如果我们选择空间的弯曲，那么对于这一弯曲的描述注定无法简洁、客观、独立于观测者。
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爱因斯坦选择了通过时空的弯曲来实现等价原理。他的想法如下：
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引力效应通过时空的曲率传递给物体。当物体在引力场中下落时，它总是会走测地线。自由下落的物体会坠至地面，这不是因为它们直接受到了某个力，而是因为时空被地球所弯曲，弯曲后的测地线径直通过地心。行星围绕太阳运动，并不是太阳直接向行星施加了什么力，而是因为太阳的巨大质量弯曲了四周的时空几何，弯曲后的测地线是环绕太阳的。
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这便是爱因斯坦将引力诠释为时空几何的方法。通过影响物体运动的测地线，几何影响了物质。不过，爱因斯坦广义相对论的出神入化还在于另一点，这种影响是双向的。爱因斯坦设想质量可以弯曲几何时空，测地线会向着物体加速。为了实现这些想法，爱因斯坦列出了一系列方程。依据这些方程，时空的弯曲恰恰模仿了引力的影响。
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这些方程给出了许多预言，这些预言被一系列高精度的观测一一确认。这些方程预测，宇宙作为一个整体在不断膨胀。它们同时也预测，行星绕日运动的轨道或月亮绕地运动的轨道，与牛顿力学的预言略有不同，这些不同已经被我们观测到。这些方程还预测，存在这样一些致密的天体，它们周围的空间非常扭曲，以至于光都无法逃逸——这些天体就是黑洞。黑洞质量可以高至百万个恒星质量，绝大多数星系的中心都栖息着这样一种庞然大物。
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或许广义相对论最为著名的预言是，几何时空可以因穿行其中的引力波而发生抖动，这很像池塘的水面。当有波穿过时，几何空间开始上下振动。巨大星体运动的快速变化将会引发引力波，比如两个相互绕行的中子星。引力波承载着这些激烈的事件，将它们的图像散布于宇宙。探测这些图像是当今科学探索的前沿，人们相信它将打开天文学观测的新视野。通过引力波，我们可以观测超新星的坍缩、大爆炸的初始时刻，甚至可能看到大爆炸之前的宇宙。
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我们已经通过间接测量发现了引力波。当两颗中子星急速互相绕行时，它们产生的引力波将带走系统的一部分能量，这会造成它们更近距离的绕行。我们已经观测到这种螺旋式绕行运动。观测结果与广义相对论的预测在非常高的精度上相符。
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