3.广义相对论模型： 一个崭新的时空观

继牛顿时空观提出两百多年后，爱因斯坦提出了一种崭新的数学模型：广义相对论。该理论改变了人们对时间和空间的理解，对世界产生了深远的影响。

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时间维和空间的三维

爱因斯坦在1915年的革命性论文中提出了广义相对论。该理论把时间维和空间的三维合并形成了四维时空。这是人类历史上，首次在科学中将时间和空间融合到一起。时间不再独立于空间而存在，时间也不再被赋予无限久、无限长，在这里，时间和空间有着千丝万缕的联系，这就是爱因斯坦提出的新的时空观。

什么是四维时空

爱因斯坦的时空观将牛顿提出的引力效应表达为：宇宙中物质和能量的分布引起时空弯曲和变形，使之不再平坦。这代表，在牛顿模型中作为背景的时间和空间，在爱因斯坦模型中主动参与到了事件中。如果宇宙中的某颗大质量恒星坍缩成黑洞，则该恒星附近的时空将会发生极度扭曲。

在爱因斯坦的时空观对引力不一样的认识中，我们会发现时间的一些有趣现象。在爱因斯坦的广义相对论中有一个很奇妙的结论：空间弯曲越大，时间流淌越慢。很多人都在追求所谓的长生不老或者永葆青春，所以如果我们能够活在靠近空间弯曲更大的地方，那么自然会消耗更短的时间。

《星际穿越》里的时空

在我们观看电影《星际穿越》时，我们看到当主人公库珀回来的时候，时间几乎没有在他身上产生任何变化，而他的女儿却已经变成了一个老太太。

按照物理法则来计算，他们在米勒星球的1小时相当于地球上的7年，这个时间被拉伸了6万倍。按照广义相对论的解释就是，米勒星球其实更靠近空间弯曲更大的黑洞附近。

橡皮膜的譬喻

为了便于理解爱因斯坦的时空弯曲，我们做一个简单的比喻。请想象一张橡皮膜，当橡皮膜上没有任何物体的时候，它是平坦且光滑的。然后我们把一个直径较大、质量较重的大球放到橡皮膜上，大球会向下塌陷，使橡皮膜呈现出内凹的弧度。我们将这个大球比喻为太阳，将橡皮膜凹陷的区域比喻为被太阳弯曲的时空。

紧接着我们将一颗小滚珠放到橡皮膜上，它会沿着橡皮膜的凹陷弧度，围绕大球做圆周运动。我们将这颗小滚珠比喻为地球，它的运动过程就像行星绕日公转一样。这个例子可以生动地阐释时空弯曲对物体运动的影响。

之所以说这是一个简单的比喻，是因为这个例子是不完整的。首先，橡皮膜和小滚珠之间存在着摩擦力，而地球和弯曲的时空之间并没有所谓的摩擦力。其次，这个例子中只有空间的两维截面（橡皮膜表面）是弯曲的，而时间并没有受到干扰。

意识中的时间

除了宇宙中的空间存在弯曲，还存在着一个非常重要的时间弯曲，它存在于我们的意识当中。例如，我们常常感觉愉快的时间特别短暂，一转眼就消逝了；而悲伤的时间，却似乎永远持续着。这个关于意识中时间长度不对等的问题，曾被广泛地研究——关注统筹心理活动的神经系统。

时间知觉

时间知觉是人们对客观现象延续性和顺序性的感知。人们总是通过某种度量时间的媒介来感知时间。度量时间的媒介主要分为外在标尺和内在标尺两种，它们的作用在于为人们提供关于时间的信息。

心理学家研究发现，计时器测量的时间与估计的时间不完全一致，这说明时间知觉与活动内容、情绪、动机以及态度有关。一些实验表明，时间知觉明显地依赖于刺激的物理性质和情境。

赋予时间以形状

广义相对论认为，宇宙中到处存在着弯曲的空间，而时间和空间难解难分地纠缠在一起。这就赋予了时间以形状。虽然直到现在，科学家也难以描绘出时间的形状，但可以肯定的是，时间的形状与牛顿模型中的时间完全不同。

在牛顿理论中，时间独立于宇宙中的空间和物质而存在。因此那个时代的人们常常会问：上帝在创造宇宙之前做了什么？当人们认为时间永恒地独立于世间万物之外，这的确是个较为深刻的问题。但是，在爱因斯坦没有提出广义相对论之前，也有人阐述过非常有洞见的观点。这个人便是古罗马帝国时期的天主教思想家奥古斯丁。

奥古斯丁认为，在世界开端之前时间并不存在。“在上帝创造天地之前，它根本无所作为。”当我们站在21世纪重新审视这一观点时，发现它已经和现代观念非常接近。我们不得不对他肃然起敬。

奥古斯丁