【第1课：广义相对论简介】
今天，我们要全面讲解广义相对论，从最基本的概念出发，全面帮助你明白时空为何会呈现弯曲状态。
引力是宇宙中一个普遍的现象，它存在于任何两个物体之间，导致它们相互吸引。
不论是苹果掉落还是月球环绕地球转动，或是地球围绕太阳的运行，引力都在起作用，使得这些物体彼此接近。
许多人可能会觉得，引力是由物体的重量决定的，重量越重，引力也越强。
按照牛顿的理论，这种解释是可行的，牛顿的理论确实能准确预测苹果的落地时间，以及行星围绕太阳的轨迹。
但实际上，引力并不是一个真正的力量。
例如，假设有一颗卫星正在坠向地面，如果引力是一种实际的力量，卫星应该直接坠向地球的中心。但实际上，当卫星坠落时，它的路径会因地球自转而偏离。
再举一个例子，水星围绕太阳的轨道会随时间逐渐改变。
如果引力仅仅是一种力，我们应该能非常精确地预测这种轨道的变化。
然而，牛顿的引力理论无法精确解释水星轨道的这种偏移。
因此，我们有理由怀疑，引力并不是物质间质量相互吸引的结果，而是由时空的弯曲造成的。
广义相对论基于一个非常基础的假设，即等效原理。
设想在宇宙的一个空旷区域，周围几光年内没有其他星系，因此可以忽略来自其他星系的引力干扰。
假设你现在位于一个密封的箱子中，手里拿着一个小球。此时你正处于失重状态，如果你释放手中的小球，它会在原地悬浮。
突然，箱子底部的推进器启动了，箱子开始以恒定的加速度a「向上」加速。这时，你会感觉到有一股力将你拉向箱底，小球也会以同样的加速度a落向箱底。
如果这个加速度的大小为9.81m/s²，你在密闭的箱子内感受到的效果与站在地球表面无异。
你会感觉到箱底有一股力在拉扯你，这股力的大小与地球表面的引力相同。你还会注意到小球向箱底的下落速度与在地面上无异。因此，你无法分辨自己是静止站在地面上，还是在宇宙空间中以9.81m/s²的加速度运动。
在箱子内的你，可能会误以为自己站在地面上，感受到的是地球的引力。
但从箱外观察，你和小球都静止未动，箱子不在地球上，自然不会受到地球引力的影响，只是由于箱底的加速「向上」移动撞到了你和小球。
现在我们停止箱底的引擎，你再次进入失重状态。
此时，你打开手中的手电筒，假设引擎此时再次启动，你一开始将光线对准箱子右侧的中心。
但由于箱底向上的加速度，你最终会看到光线落在箱子右侧中心的下方。这样，你看到的光线似乎发生了弯曲。
同时，箱外的观察者看到的是，光线没有弯曲，只是因为箱底部以恒定加速度向上移动而接近光线。
现在问题来了，到底是箱内的观察者正确，还是箱外观察者看到的情况准确无误。
广义相对论认为，无论是箱内的人还是箱外的人，他们的观察都是正确的。
由于箱底推进器的作用，箱内的人会误以为自己站在地面上。而箱外的人则认为箱内的人是被底部的加速度所迷惑，误认为受到了地球的引力。
这样看来，我们难以分辨物体的自由下落是由引力造成的，还是由加速度造成的。因此，引力可被视为一种加速度。
星球的质量越大，其等效的加速度就越大。
接下来，我们将探讨为什么光线的弯曲会导致时间变慢的现象。
我们已经提到，在宇宙深空中，以恒定加速度移动的箱子内的人，看到的光线会弯曲。
而箱外的人看到的是直线光线。
对于同一束光线，箱内外的人会得出不同的观察结果。显然，箱内的人看到光线弯曲，意味着光线的路径变长了。
根据光速恒定原理，无论是箱内人还是箱外人，测量到的光速都是相同的。但箱内的人感觉到光线路径变长了。我们知道，时间等于路径除以速度，由于光速固定不变，而光的路径变长了，因此箱内的时间就相对延长了。
因此，箱内的时间相对于外部参考系变慢了。
之前我们提到，一个星球的质量越大，其等效的加速度也越大。
黑洞由于其巨大的质量，等效的加速度非常大，因此箱内的光线弯曲程度更大，光线经过的路径更长，相对于外部参考系的时间也更慢。
这就是为什么一个天体的质量越大，其周围的时间流逝得越慢的原因。
一个苹果在宇宙空间中原本沿直线匀速前进，当它接近地球时，受到了地球的引力作用。这时我们可以把地球的引力等效为苹果所受的加速度，使得苹果原本直线匀速的运动轨迹变成了曲线。
你也可以认为是苹果按原来的路径行进，但是地球的引力弯曲了周围的时空，导致苹果只能在弯曲的时空中行进，因此看起来是曲线运动。
为了简化描述，广义相对论通常不区分引力和加速度的等效问题，而是直接表述为：有质量的物体会使周围的时空弯曲，这本质上等同于加速度引起的曲线运动。
一个天体的质量越大，其引起的等效加速度越大，因此周围物体
的运动轨迹越曲折，路径越长，时间也就流逝得越慢。
不过，这种描述比较复杂，不如直接说一个天体的质量越大，其周围的空间和时间就越弯曲。时空的弯曲就意味着路径更长，时间更慢。
时空一词就是对空间和时间的简称。因此，我们常说的是：天体的质量越大，时空弯曲越严重，时间流逝越慢。宇宙中质量最大的天体，如黑洞，周围的时间流逝非常缓慢。
事实上，任何大质量的天体周围的时间相对于地球都流逝得很慢，但是一旦星体的质量超过了史瓦西极限，它就必然会变成黑洞，因此黑洞成了时间变慢的象征。
