【第1課：廣義相對論簡介】
今天，我們要全面講解廣義相對論，從最基本的概念出發，全面幫助你明白時空為何會呈現彎曲狀態。
重力是宇宙中一個普遍的現象，它存在於任何兩個物體之間，導致它們相互吸引。
不論是蘋果掉落還是月球環繞地球轉動，或是地球圍繞太陽的執行，重力都在起作用，使得這些物體彼此接近。
許多人可能會覺得，重力是由物體的重量決定的，重量越重，重力也越強。
按照牛頓的理論，這種解釋是可行的，牛頓的理論確實能準確預測蘋果的落地時間，以及行星圍繞太陽的軌跡。
但實際上，重力並不是一個真正的力量。
例如，假設有一顆衛星正在墜向地面，如果重力是一種實際的力量，衛星應該直接墜向地球的中心。但實際上，當衛星墜落時，它的路徑會因地球自轉而偏離。
再舉一個例子，水星圍繞太陽的軌域會隨時間逐漸改變。
如果重力僅僅是一種力，我們應該能非常精確地預測這種軌域的變化。
然而，牛頓的重力理論無法精確解釋水星軌域的這種偏移。
因此，我們有理由懷疑，重力並不是物質間質素相互吸引的結果，而是由時空的彎曲造成的。
廣義相對論基於一個非常基礎的假設，即等效原理。
設想在宇宙的一個空曠區域，周圍幾光年內沒有其他星系，因此可以忽略來自其他星系的重力幹擾。
假設你現在位於一個密封的箱子中，手裏拿著一個小球。此時你正處於失重狀態，如果你釋放手中的小球，它會在原地懸浮。
突然，箱子底部的推進器啟動了，箱子開始以恒定的加速度a「向上」加速。這時，你會感覺到有一股力將你拉向箱底，小球也會以同樣的加速度a落向箱底。
如果這個加速度的大小為9.81m/s²，你在密閉的箱子內感受到的效果與站在地球表面無異。
你會感覺到箱底有一股力在拉扯你，這股力的大小與地球表面的重力相同。你還會註意到小球向箱底的下落速度與在地面上無異。因此，你無法分辨自己是靜止站在地面上，還是在宇宙空間中以9.81m/s²的加速度運動。
在箱子內的你，可能會誤以為自己站在地面上，感受到的是地球的重力。
但從箱外觀察，你和小球都靜止未動，箱子不在地球上，自然不會受到地球重力的影響，只是由於箱底的加速「向上」移動撞到了你和小球。
現在我們停止箱底的引擎，你再次進入失重狀態。
此時，你開啟手中的手電筒，假設引擎此時再次啟動，你一開始將光線對準箱子右側的中心。
但由於箱底向上的加速度，你最終會看到光線落在箱子右側中心的下方。這樣，你看到的光線似乎發生了彎曲。
同時，箱外的觀察者看到的是，光線沒有彎曲，只是因為箱底部以恒定加速度向上移動而接近光線。
現在問題來了，到底是箱內的觀察者正確，還是箱外觀察者看到的情況準確無誤。
廣義相對論認為，無論是箱內的人還是箱外的人，他們的觀察都是正確的。
由於箱底推進器的作用，箱內的人會誤以為自己站在地面上。而箱外的人則認為箱內的人是被底部的加速度所迷惑，誤認為受到了地球的重力。
這樣看來，我們難以分辨物體的自由下落是由重力造成的，還是由加速度造成的。因此，重力可被視為一種加速度。
星球的質素越大，其等效的加速度就越大。
接下來，我們將探討為什麽光線的彎曲會導致時間變慢的現象。
我們已經提到，在宇宙深空中，以恒定加速度移動的箱子內的人，看到的光線會彎曲。
而箱外的人看到的是直線光線。
對於同一束光線，箱內外的人會得出不同的觀察結果。顯然，箱內的人看到光線彎曲，意味著光線的路徑變長了。
根據光速恒定原理，無論是箱內人還是箱外人，測量到的光速都是相同的。但箱內的人感覺到光路線徑變長了。我們知道，時間等於路徑除以速度，由於光速固定不變，而光的路徑變長了，因此箱內的時間就相對延長了。
因此，箱內的時間相對於外部參考系變慢了。
之前我們提到，一個星球的質素越大，其等效的加速度也越大。
黑洞由於其巨大的質素，等效的加速度非常大，因此箱內的光線彎曲程度更大，光線經過的路徑更長，相對於外部參考系的時間也更慢。
這就是為什麽一個天體的質素越大，其周圍的時間流逝得越慢的原因。
一個蘋果在宇宙空間中原本沿直線勻速前進，當它接近地球時，受到了地球的重力作用。這時我們可以把地球的重力等效為蘋果所受的加速度，使得蘋果原本直線勻速的運動軌跡變成了曲線。
你也可以認為是蘋果按原來的路徑行進，但是地球的重力彎曲了周圍的時空，導致蘋果只能在彎曲的時空中行進，因此看起來是曲線運動。
為了簡化描述，廣義相對論通常不區分重力和加速度的等效問題，而是直接表述為：有質素的物體會使周圍的時空彎曲，這本質上等同於加速度引起的曲線運動。
一個天體的質素越大，其引起的等效加速度越大，因此周圍物體
的運動軌跡越曲折，路徑越長，時間也就流逝得越慢。
不過，這種描述比較復雜，不如直接說一個天體的質素越大，其周圍的空間和時間就越彎曲。時空的彎曲就意味著路徑更長，時間更慢。
時空一詞就是對空間和時間的簡稱。因此，我們常說的是：天體的質素越大，時空彎曲越嚴重，時間流逝越慢。宇宙中質素最大的天體，如黑洞，周圍的時間流逝非常緩慢。
事實上，任何大質素的天體周圍的時間相對於地球都流逝得很慢，但是一旦星體的質素超過了史瓦西極限，它就必然會變成黑洞，因此黑洞成了時間變慢的象征。
