聲明：本文純屬個人觀點，重點是給出一種思路，拋我的磚引你的玉，沒有經過深入數學論證，所以切勿拿本文和正規研究論文對比，留言請文明，多談談自己思考，少進行語言攻擊。

談物理必須先談歷史

牛頓和愛因斯坦

大家都知道，牛頓和愛因斯坦是兩位偉大的科學家，牛頓對萬有引力和三大運動定律進行了準確全面的描述，奠定了此後我們接近四個世紀里物理世界的科學觀點，並成為了現代物理學、工程學的基礎。牛頓確立了絕對的時空觀，牛頓認為宇宙星體運行就是機械，完全依賴於萬有引力定律，時空是脫離於物質存在的，不受物質實體影響，絕對存在。當時物理學屆普遍存在一種悲觀情緒，認為物理學已死，沒有什麼可以研究的了。

然鵝，就在大家還沉醉於牛頓的成就時，愛因斯坦卻在1905年當年發表了《論動體的電動力學》的論文，提出了狹義相對性原理和光速不變原理，建立了狹義相對論。之後，他馬不停蹄，於1915年創建了廣義相對論，進一步揭示了四維時空與物質的關係，他認為時空並不是一成不變的，而是依賴於物質和運動。大質量物體和高速運動物體都可以彎曲時空。

………………此處省略一千字！

廣義相對論對時空彎曲的描述

愛因斯坦老先生的廣義相對論認為，物體並非受引力吸引，而是沿著四維時空的曲率「下跌」。而扭曲時空的，就是質量。相對論大師惠勒曾用一句精闢的話總結愛因斯坦場方程式︰物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。

愛因斯坦廣義相對論，屬於非歐幾何時空問題，需要使用張量、度規、協變導數的數學概念，非常複雜。上圖公式是愛因斯坦場方程式，是一組十式獨立的張量微分方程組（對，一條公式已包含了十條方程），方程組的解不單能夠描述物體在重力影響下的運動，更能描述整個宇宙的演化。因為在廣義相對論里，時空就是宇宙本身。

以上方程小編第一次看的時候感覺好難呀，本以為是智商低的原因，後來發現原來愛因斯坦這個方程也是求助別人（他的同學格羅斯曼，一名研究非歐幾何學的教授）才得出來的，小編才心裡稍稍淡定了一些！

所以，小編在這裡可以放心的撇開方程談思想了，再也不怕有方程俠出來攪局了。

廣義相對論通俗的解釋是什麼呢？

物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動

這是標準的比喻︰想像有張彈床，彈床上放了個保齡球，令彈床向下陷。一個乒乓球滾過保齡球旁邊，就向彈床下陷的方向跌落去了。看起來就好像是保齡球吸引乒乓球一樣。

上面這個比喻是一個二維化的比喻，愛因斯坦所謂的四維（三維空間加一維時間）的時空彎曲是包括時間在內的全方位彎曲。值得說明的是，大家不要把時間和空間混為一談，時間是存在於所有維度的。一維空間加上時間就成為二維時空，二維空間加上時間就是三維時空，三維空間加上時間就是四維時空。

休息時間到，下面插入一段知識，便於後面展開討論。

歐氏幾何和非歐幾何

歐幾里得幾何指按照古希臘數學家歐幾里得的《幾何原本》構造的幾何學，歐式幾何的傳統描述是一個公理系統，通過有限的公理來證明所有的「真命題」。歐式幾何的五條公理是：

1、任意兩個點可以通過一條直線連接。

2、任意線段能無限延長成一條直線。

3、給定任意線段，可以以其一個端點作為圓心，該線段作為半徑作一個圓。

4、所有直角都全等。

5、若兩條直線都與第三條直線相交，並且在同一邊的內角之和小於兩個直角和，則這兩條直線在這一邊必定相交。

第五條公理稱為平行公理（平行公設），可以等價為：

過直線之外一點有唯一的一條直線和已知直線平行。

然後，俄國數學家羅巴切夫斯基就是不服氣，他認為，「過直線之外的一點至少有兩條直線和已知直線平行」（也稱「雙曲平行公理」）。在這種公理系統中，經過演繹推理，可以證明一系列和歐式幾何內容不同的新的幾何命題，比如三角形的內角和小於180度。

三角形的內角和小於180度

後來，德國數學家黎曼坐不住了，他心想羅巴切夫斯基隨便改改都能創立「羅氏幾何」，我也要創一個，於是他又把這條公理改成「過直線外一點，不能作直線和已知直線平行」，其公設也很奇葩：任意兩條直線必相交；三角形內角和大於180°。黎曼這樣一改，大家一想還真有道理，於是黎曼幾何被創立。

左為黎曼幾何，中間為歐式幾何，右側為羅氏幾何

當然上面這些圖示都是在二維面上的簡單幾何表示，這三種幾何也當然可以擴展到高維空間使用。

廣義相對論的時空彎曲到底彎向哪裡？

幾何也學了，相對論也溫習了，下面我們要問問題了。

下面大家跟隨小編來思考一下（注意：下文中三維時空和二維世界表達的意思都是一樣的，不要弄糊塗了，小編為了談愛因斯坦才專門提到三維時空這個概念）：

彎曲的二維平面世界可以用三維坐標直觀描述

你有沒有想過，如果你是二維平面人，那麼你就只能建立有兩個坐標的二維平面坐標來研究問題（因為你始終無法理解第三個空間緯度，就像我們無法理解第四個空間緯度一樣），那麼當你的世界忽然有一天出了個平面版愛因斯坦，他提出了一個理論，這個平面世界不是平直的，而是和時間一起構成了三維的時空（二維平面加一維時間），這個三維時空是彎曲的，那麼他通過什麼方法來建立方程呢？

對，他找到了二維平面世界的數學家，數學家告訴他，這個問題可以用非歐幾何來解決（當然，平面世界裡這個數學理論應該不叫這個名字），所以這個平面版的愛因斯坦建立了屬於他的「廣義相對論」，用了很多高深的數學概念，在平面世界裡當真是晦澀難懂。當然，作為三維世界的人來說，一個上過學的學生就可以通過建立第三個坐標軸來精確描述這個平面世界的彎曲程度，這就是高維度世界對低維度世界的碾壓！

但是這個平面版愛因斯坦終其一生也始終想不通一個事：那就是這個平面世界到底怎麼彎曲？彎向哪裡？

但是，作為三維世界的人，我們是否可以這樣告訴那個二維世界的愛因斯坦，你的世界其實是彎向了三維世界，在三維世界我們能夠清晰的看到二維平面世界的皺褶，那個皺褶有可能就是二維世界上的一個質量體對周圍時空造成的彎曲。

講完這個平面世界的故事後，小編就可以問大家，對於時空彎曲的理解是否可以從時空維度的改變來解釋呢？

換句話說，我們所在的時空——也就是四維時空（三維空間加上一維時間），是不是有可能是彎向了五維時空（四維空間加上一維時間）呢？

什麼是引力？

說完了彎曲的問題，小編就必然要提出對引力的理解了，小編認為，如果時空彎曲是維度的彎曲，也就引出來一個問題，低維度是否有一種向高維度跌落的趨勢（按照以前的理解是，高維度有向低維度跌落的趨勢，劉慈欣的《三體》就有相關的描述）？低維度空間的質量體是否真的會引起維度向高維度彎曲？就像黑洞一樣，吸收的物質，其實是到了五維時空（四維空間加一維時間）？

那麼引力呢？如果低維度時空的物質向高維度時空跌落是一種趨勢，那是否就可以把引力理解為維度之間的跌落勢能造成的？

總結

什麼是時空彎曲，什麼是引力，相信大家都很想知道終極答案，但是現在所有的一切還都是猜測，包括小編的這一篇，也是一種猜測，大家還有什麼其他的想法都可以留言和小編交流。

熱門內容，點擊進入

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！