“牛顿 请原谅 ”
2019年4月10日晚上21: 00。
全人类都在兴奋地等待着一张照片的出版。
在宣布之前，科学家们非常高调和自信。
照片一出来就在朋友圈刷屏。有好奇，有赞美，有疑惑。这是人类第一次确认黑洞的存在。
图片：黑洞，由“事件视觉望远镜”发布
左图为科学家根据现有宇宙理论计算出的黑洞，右图为实拍。可以看出他们很像。这说明理论预言又一次取得了巨大的成就，人类在“从何而来，何去何从”这个终极问题上又迈进了一步。
什么理论这么有远见？
本文将时间倒推至105年。1915年，爱因斯坦提出了广义相对论。随着相对论的出现，我们逐渐了解了黑洞。
星际穿越
在上面这张照片发布之前，人们对黑洞印象最深的场景，也是最接近真实黑洞的场景，来自科幻大片《星际穿越》。自2020年8月起，该片再次在各大影院上映。
影片讲述了这样一个故事：地球黄沙席卷，农作物灭绝，自然环境恶化，人类所剩无几。美国宇航局科学家在土星附近发现了一个“虫洞”。通过这个“时间隧道”，我们可以突破人类科技的极限，找到一个可以延续生命的星球。35岁的大师库珀告别了10岁的女儿墨菲，执行这次太空任务。然而，一个小时的太空飞行相当于地球上的七年。
在太空中，库珀经历了时空扭曲，掉进了黑洞，进入了超空间。库珀再见到女儿的时候，已经124岁了，但生理年龄37岁，无论是身体上还是现实中，女儿都99岁了。换句话说，父亲比女儿小62岁。
图：《星际穿越》父女变故
相对论揭示了这种情况：“时间变慢的机制”。一个物体移动得越快，时间流逝得越慢。超高速飞行的库珀神父在太空旅行后变得比女儿“年轻”，这完全符合物理学原理。
同理，常年在天的飞行员和空乘也比地面上的同龄人年轻。当然只是一点点，因为飞机的速度远远不够快，比飞一辈子还年轻不到一秒。要达到“天上一天，地上一年”的效果，就要求你加速到接近光速。
《星际穿越》中的超长距离旅行依靠的是“虫洞”，是在时空曲率下连接空间两部分的小隧道。比如从北京经地球表面飞到西雅图需要很长时间，但如果在地球上打个洞，距离会大大缩短。同样，在宇宙中，通过虫洞，我们可以从太阳系穿越到另一个星系。
照片：虫洞，来源：《星际穿越中的科学》
库珀又把我们带进了黑洞。黑洞的引力如此之大，以至于落入黑洞的一切都再也回不来了，包括光。人掉进去是什么体验？它会被来自侧面的潮汐力挤成面条，身体下部的重力比上部强很多，重力的差异最终会把你撕成碎片。但是，影片采用了“轻度奇点”的说法，并没有把库珀撕成碎片。
图片：《星际穿越》中的黑洞。为了呈现黑洞，剧组组建了一个30人的科研团队，花了上千个CPU，在电影里算了整整一年的黑洞。
虽然《星际穿越》有一些槽点，但不要以为剧情都是异想天开。其中有虫洞，黑洞，奇点.都是根据广义相对论推导出来的。这部电影的科技总监基普索恩也因其对引力波观测的决定性贡献获得了2017年诺贝尔物理学奖。他也是黑洞支持者约翰惠勒的后代。
毫不夸张地说，当今关于空间主题的科幻小说和各种脑洞很大的异想天开，几乎都是广义相对论的推论。
著名物理学家杨振宁称赞说，“作为一场科学革命，广义相对论在人类历史上是独一无二的；它的视野宏伟、精彩、宽广，孕育了令人敬畏的宇宙观，它是一个人独自孕育完成的，这一切都让我想起了《旧约》年的创造。”
这个创造者是阿尔伯特爱因斯坦。
创作前
20世纪初，经典物理学的大厦已经建成。受人尊敬的开尔文勋爵在英国的一次演讲中自信地说：“目前，物理学没有什么新发现，剩下的就是让测量越来越精确。”
然而，在晴朗的天空中，远处有令人不安的乌云。
1905年，西方距离牛顿奇迹年240年，东方距离清光绪31年。在瑞士，26岁的爱因斯坦是伯尔尼专利局的助理鉴定师，每周工作6天，收入3500法郎，和家人凑合。他还是走后门让同学的爸爸找这份工作。
这份工作最大的好处就是休闲。如果什么都不会发生，我会揣摩他的思维实验——，被普通人视为疯子。“如果我飞得和光一样快，我会看到什么？”
这个想法，一定是巨大的。
照片：1905年的爱因斯坦，来源：视觉中国
今年6月，爱因斯坦发表论文，提出“光量子假说”，开创了“量子理论”，并因“光电效应”获得1921年诺贝尔奖。
7月，爱因斯坦测量了分子和原子的存在。
9月，狭义相对论创立。
11月，根据狭义相对论推导出E=MC2。没有这个公式，就没有原子弹。
就这样，爱因斯坦用了半年的时间，发表了五篇神奇的论文，比如《闪电破夜》，吹散了整个物理学的乌云，就像场上26岁的迭戈马拉多纳
，在物理世界中“甚至五个人”，演绎“世纪目标”。
但是！这些都是“后知后觉”。在1905年，情况并非如此。
这些闪闪发光的论文并没有帮助他获得博士学位或教师职位，即使他在中学教书。如果此时他放弃了理论研究，物理学界也不会后悔。
1907年，伯尔尼大学拒绝了他无薪讲师职位的申请。
夏天，量子物理学的创始人马克斯普朗克派助手冯劳厄去联系爱因斯坦。当劳厄到达瑞士时，他惊讶地发现爱因斯坦不是伯尔尼大学的教授。“所以我没有和他打招呼，”劳厄回忆道。”他递给我一支雪茄。它闻起来很难闻，我把它扔进了河里。”
尴尬的爱因斯坦，看到苏黎世一所高中招几何老师，就申请了，附了一篇狭义相对论的论文。在21名申请者中，他被提前刷了。
后来，他不情愿地成了伯尔尼大学的无薪讲师。他教热学理论，参加过三次讲座；他做了一个辐射理论的讲座，有一个人参加，最后课程取消了。
好吧，“MoMo里的人，谢谢你们贬低我。”爱因斯坦从1907年11月开始，独自踏上了物理学史上最优雅、最震撼的旅程。
几年后，他将名满天下，他以前上过的每一堂杂乱无章、支支吾吾、不修边幅的课都将成为人间美谈。
广义相对论
秋天到冬天。
1915年11月，“狭义相对论”提出已有十年，“广义相对论”被证明已有八年。爱因斯坦打算放大。
牛顿曾经说过苹果是因为重力从树上掉下来的。他提出了“万有引力”理论。
爱因斯坦说，不是，苹果掉下来是因为它掉进了地球质量造成的时空坑里。
比如先看图：
来源：www.uh.edu
把宇宙中的时空想象成蹦床。蹦床是平的。现在放一个球在上面，有球的地方就会弯曲，弯曲周围的时空。然后，小球会沿着大球周围凹陷的地方滚来滚去。这就是为什么地球绕着太阳转。广义相对论解释说，这叫做“物质告诉空间如何弯曲”。
这和牛顿说地球自转是因为太阳引力的说法大相径庭。广义相对论中，引力的本质是空间的变形，影响物质的运动。这叫“空间告诉物质如何运动”。
理解这张图，可以说是广义相对论的介绍。
最伟大的理论，最简单的思想。
1915年11月底，爱因斯坦在普鲁士科学院做讲座《引力的场方程》时完成了广义相对论的解释。让我们享受“宇宙之美”的等式：
这时，36岁的爱因斯坦对宇宙做了历史上最富想象力的修正。对于这个方程，量子力学创始人、诺贝尔奖获得者玻恩称赞“人类对自然思考的最大成就，哲学洞见、物理直觉和数学技能最惊人的结合”。有了相对论，人类的时空观将彻底改变。
但是！当时除了圈子里的一些人认可之外，社会普遍对这种过分先进的理论一无所知，更不可能相信牛顿可以被推翻。
现在，需要一个实验来证明相对论的正确性。
运气
在过去的常识中，人们认为光总是在真空中直线前进。
但根据爱因斯坦的解释，引力会使光弯曲，他还预言了光通过太阳附近的强引力场时的弯曲程度。
证据呢？
难点在于太阳光太刺眼，周围的星光被太阳遮住了。最好的时间是等待日全食，用月亮遮挡阳光。如果此时可以观察到隐藏在太阳后面的恒星发出的光，说明太阳弯曲了光路，这一点得到了很好的证明。
来源：www.bbvaopenmind.com
证明爱因斯坦的高瞻远瞩和宏观理论需要巨大的人力和财力。许多伟大的理论猜想，如日心说、大陆漂移说、费马大定理，在它们老了，甚至死了很多年之后，都能够证明它们的价值。更不用说，日全食几十年才发生一次，发生的当天观测点不可能下雨。
可见证明广义相对论不仅需要智力，还需要运气。爱因斯坦非常幸运。
第一个幸运是这一天来得非常快。三年后，1919年5月29日，发生了日全食。而错过这一次，要等到20多年后的1937年6月8日。
第二幸运的是，我遇到了对的人。在反德情绪高涨的英国，剑桥天文台台长亚瑟爱丁顿(Arthur Eddington)和皇家天文学家弗兰克戴森爵士(Sir Frank Dyson)被相对论深深吸引，游说政府寻找资金，说服英国海军部在下一次日全食期间带领一支探险队测试广义相对论。
第三件幸运的事是天空很美。爱丁顿带领他的团队来到非洲的普林西普岛，这是最好的观察点。日全食那天早上，雨下得很大，但随着日食的临近，天空开始放晴。爱丁顿拍摄了16张照片，日珥非常明显，偏转1.7弧秒，符合爱因斯坦的预测。
六个月后。
1919年11月6日下午，皇家学会和皇家天文学会齐聚皮卡迪利大街的伯灵顿大厅。大厅里挂着一幅牛顿的巨幅画像，俯视着全场，只有一个议程：听日食观测报告。爱丁顿读了观测：广义相对论，没错。
11月7日《泰晤士报》在伦敦发表了以下三篇头条：
科学革命！
新宇宙理论！
牛顿的思想被推翻了！
爱因斯坦出名了，并赢得了世界声誉。远离柏林的爱因斯坦买了一把新小提琴来庆祝。他后来写道：“牛顿，请原谅我。”
图片：爱因斯坦拉小提琴，来源：视觉中国
至此，这种略微烧脑的思考之旅就结束了。在过去的105年里，时间旅行，原子裂变，BIGBANG，暗能量，黑洞，虫洞，引力波.从简洁精彩的相对论公式中，人们不时解开宇宙之谜。时至今日，仍有许多未知的内容等待我们去发现和完善。
[参考文献]
《爱因斯坦传》，walter isaacson
《爱因斯坦的机遇与眼光》，杨振宁
《星际穿越》胶片
《星际穿越中的科学》纪录片