愛因斯坦的廣義相對論為我們描述了一種不同於牛頓定律的新的引力觀,根據愛因斯坦的觀點,引力實際上就是空間和時間的彎曲。在牛頓的引力理論裡,太陽將地球限制在固定的軌道上,依靠的是一根「看不見的繩子」。似乎從太陽或者地球生出了一根隱形的「引力之繩」,將兩者拴在了一起。事實上,儘管牛頓的引力理論已經相當精確了,但牛頓自己也意識到他的理論存在嚴重的缺陷,即,兩個相距遙遠的物體憑藉什麼相互影響?引力是以什麼方式發生作用的?
牛頓曾在自己的著作中坦言:「非生命物質不藉助任何其他非物質形式的中介,而能無接觸相互發生作用,是無人能信的。」200多年後,愛因斯坦用時空彎曲的觀點解釋了牛頓心中的疑問,假如牛頓在世,不知道會不會同意。當代物理學家喜歡用「保齡球放在一片二維的橡皮膜上」來形象地、直觀地比喻空間彎曲,在這樣的圖景中,地球繞太陽運動是因為地球進入了由太陽造成的彎曲空間的一道「溝谷」。準確地說,地球是在太陽周圍的彎曲空間中走一條阻力最小的路徑。
應該說,「保齡球與橡皮膜」所表現的空間彎曲圖景讓人很容易理解,但不要忘了還存在一個時間彎曲的問題。如果用上面同樣的方法來類比時間彎曲,就很難讓人理解了。這是因為,我們很容易感知到空間的存在,比如你身處位置的前後、左右和上下共三個維度,你可以用不藉助任何工具也能測量出來。但時間就不同了,比如說你身處一個漆黑的空間,如果不藉助鐘錶,你就很難感知到時間作為一個維度的存在。所以要描述時間彎曲,還只能通過純文字來解釋。
那麼時間到底是如何彎曲的呢?打個比方,假如有張三和李四兩個人,同時身處太陽系的邊緣,他們各自攜帶了已校準過的極精確的時鐘,張三停留不動,而李四向著太陽運動,這時會發生什麼呢?說明一點,為了簡單起見,我們忽略其他天體的影響,只考慮太陽的引力場。在李四向太陽運動的過程中,每隔一段時間就會與張三對表,這時他們會發現,兩個人的時鐘不同步了,張三的時鐘走得較快,而李四的時鐘則走得較慢,李四離太陽越近,他的時鐘走得越慢。
從這個意義上來說,太陽的質量像扭曲空間那樣也扭曲了時間,這就是廣義相對論中預言的時間彎曲。這裡有一點不同的是,在一顆如太陽這樣的普通恆星附近,引力場對時間的影響是很小,不像對空間的影響那麼大。舉例來說,假如張三停留在距離太陽10億千米處,而李四距離太陽幾千米,那麼李四的時鐘節律大約為張三的99.9998%,的確慢了,但慢得不多。
但是,如果不是太陽而是一顆中子星,那就不同了,在同樣的距離上,李四的時鐘節律將是張三的76%,時間彎曲就很明顯了。這是因為,中子星的體積雖然不及太陽,但質量卻是太陽的千萬億倍,所以它的引力場要比太陽大得多。以此類推,像黑洞那樣的天體具有更強的引力場,越靠近黑洞,時間也就走得越慢,從黑洞的引力場外觀察,無限靠近黑洞的時鐘仿佛是停止的。所以,歸根到底一句話,引力場越強,時間彎曲得也就越厲害。