愛因斯坦的廣義相對論誕生100多年了，今天的科學家們觀測到了很多的天文現象都驗證了廣義相對論的正確性。然而對於很多普通人來說，時空扭曲還是很難接受的。
本文就嘗試著，跟各位小夥伴們聊聊時空彎曲究竟是怎回事。其實在大質量天體附近都會觀測到時空彎曲的現象，科學對於空間時空的認識過程如下：
圖1 牛頓萬有引力定律
一、牛頓發現了萬有引力
牛頓發現了引力的規律之後，最先預言了第一宇宙速度。也就是說當物體速度達到7.9公裡每秒的時候，物體就能圍繞地球旋轉，而不掉落到地面上來。
有數學家計算，如果太陽的直徑變成3公裡，或者是地球變成直徑1釐米左右的大小，那麼光都會跑不出來，成為一顆暗星。
如果您這麼理解，黑洞是一個引力足夠大，體積足夠小，連光都跑不出來的一顆星，那麼恭喜您，您對黑洞的理解達到了初級的認識。
圖2 星光偏折示意圖
二、牛頓引力理論的困境
在牛頓的理論中，引力的作用是瞬間的，物體從A點移動到B點，引力會立刻發生作用。然而，這個問題在天文學家把望遠鏡對準木星的衛星的時候出現了問題。
天文學家發現，當在地球上觀察這些木星的衛星時，它們有時候會提前一些出現，有時候又會落後一些時候出現。這種現象，用牛頓的萬有引力定律是無法解釋的。
事實上，如果找不到合適的解釋，那麼我們只能說，牛頓的萬有引力定律是錯誤的。然而，愛因斯坦找到了原因，即光速是有極限的，不是瞬間傳輸的。
木星的衛星提前的時候，是距離地球比較近的時候；而木星衛星出現落後一些的時候，是木星距離地球比較遠的時候。羅莫第一個利用木星的衛星測量了光的傳輸速度，比較接近我們現在的數值。
愛因斯坦提出了很多的論據，表明我們不能以超過光速的速率發送信號，因此牛頓的理論一定是有問題的。在把延遲考慮進來之後，得到的叫做愛因斯坦引力定律。
這條定律中一個比較容易理解的內容是：任何具有能量的東西也具有質量（質能方程）——這裡質量的意義是，它可以受到引力的吸引。
圖3 引力透鏡效應
三、愛因斯坦對牛頓引力理論的修正
隨著麥克斯韋方程組取得的巨大成功，科學家們認識到光是一種電磁波。而這個方程組在理論上預言了，真空光速是一個常數。再加上後來的一系列實驗，似乎都表明真空光速是個固定值。
愛因斯坦在光速不變和引力質量與慣性質量等效這兩個原理的基礎上，提出了廣義相對論。而廣義相對論預言了，大質量天體可以扭曲周圍的空間，光線在它們周圍的彎曲就代表該處的空間曲率。
當時正在當炮兵上尉的德國數學家史瓦西，第一個計算出來一個特殊解。這個解意味著，有可能存在這樣一種天體，它們的質量大到足以扭曲周圍的時空，以至於光找不到出口，這種星被稱為暗星，後來這種暗星被稱為黑洞。
圖4 引力透鏡的幾何示意圖
總結
從前面的分析我們可以看到，質量會扭曲時空，這是科學認識上的一次進步。大質量帶來的時空曲率變化比較大，甚至光都找不到出口，這就是黑洞。讀到這裡的小夥伴們，你們一定搞明白黑洞會扭曲周圍空間這個問題了吧。
我是老郭，一個物理系的畢業生，科學愛好者，努力為您提供嚴謹又通俗的科普文章。