2019年4月10日 晚上 21點00分
全人類都在興奮地等待着一張照片的釋出。
在宣布之前，科學家們顯得非常高調和自信。
照片一出來，馬上在朋友圈裡刷屏，有好奇、贊美、有疑惑——這是人類第一次确認黑洞的存在！
圖：黑洞，事件視覺望遠鏡
左邊的圖像，科學家根據現有宇宙理論計算出的黑洞，右邊的圖像是真實的。如您所見，這兩者已經非常相似。這表明，理論預測再次産生了重大成果，人類在從哪裡來和去哪裡的最終問題上又向前邁進了一步。
什麼理論如此有遠見？
這篇論文将105年前推回，1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論。通過相對論，我們開始了解像黑洞這樣的東西。
星際穿越
在照片釋出之前，黑洞最令人印象深刻的場景是最接近真實黑洞的場景，來自科幻大片《星際穿越》。從2020年8月至今，該片仍在各大影院重新上映。
影片講述了地球黃沙掃蕩、農作物滅絕、自然環境惡化、其餘人文景觀的故事。美國宇航局的科學家在土星附近發現了一個"蟲洞"，可以突破人類技術的極限，找到一顆持久的行星。35歲的主持人庫珀在太空任務中向他10歲的女兒墨菲告别。然而，一小時的太空飛行相當于在地球上的七年。
在太空中，庫珀經曆了時間和空間的扭曲，掉進了黑洞，進入了超空間。庫珀再次見到她的女兒時已經124歲了，但生理年齡是37歲，而她的身體和現實都是99歲。換句話說，父親比他的女兒小62歲。
附圖：《星際穿越》中的父女變化
這是相對論揭示的"時間減慢機制"，物體移動得越快，時間的流逝就越慢。庫珀，一個超快速飛行的父親，在太空中旅行，變得比他的女兒"年輕"，完全符合實體學。
同樣的玩具，天空中的常年飛行員和空乘人員比地面上的同齡人年輕一點。當然，隻是一點點，因為飛機的速度還遠遠不夠快，一輩子飛得不到一秒。要達到"一天在天上，一年在地球上"的效果，你需要提高速度，接近光速。
在蟲洞的幫助下，星際穿越中的超長距離旅行是一條在空間和時間之間彎曲并連接配接空間兩部分的小隧道。例如，從北京到西雅圖，飛越地球表面需要很長時間，但是如果你在地球上打一個洞并穿過它，它的距離就要短得多。同樣，在宇宙中，通過蟲洞，我們可以從太陽系旅行到另一個星系。
圖檔來源：《科學日報》
庫珀再次帶領我們進入黑洞。黑洞具有特别強的引力，任何落入黑洞的東西都不會回來，包括光。人們陷入困境的經曆是什麼？潮汐力會從側面擠進面條，身體下半部的引力比後半部分的引力強得多，重力的差異會把你撕碎。然而，這部電影使用"适度奇點"這個詞并沒有撕裂庫珀。
圖：星際穿越中的一個黑洞。為了呈現黑洞，該團隊組建了一個30人的團隊，花了數千個CPU計算了整整一年，然後計算了電影中的黑洞。
雖然《星際穿越》有一些槽點，但不要以為劇情是異想天開的。其中，蟲洞、黑洞、奇點...這都是基于廣義相對論的。這部電影的科學和技術總監基普·索恩（Kip Thorne）也因其對引力波觀測的決定性貢獻而獲得了2017年諾貝爾實體學獎，他也是黑洞創造者約翰·惠勒（John Wheeler）的繼承人。
可以毫不誇張地說，如今的科幻片關于太空的題材，各種腦洞異想天開，幾乎都是廣義相對論的推論。
著名實體學家楊振甯驚呼："廣義相對論作為一場科學革命，在人類曆史上是獨一無二的。它的異象是宏偉的、奇妙的、廣闊的，孕育了令人敬畏的宇宙觀，它是一個與生俱來、孤獨成就的人，所有這些都讓我想起了舊約的創造。"
創造者是：阿爾伯特·愛因斯坦。
建立前
20世紀初，建造了經典實體學的建築。在英國的一次演講中，受人尊敬的開爾文勳爵自信地說："目前，實體學中沒有任何新東西可以找到，剩下的就是使測量越來越準确。"
然而，在遠處，晴朗的天空中有令人不安的雲層。
1905年，在西方，距離"牛頓奇迹年"已經過去了整整240年，而在東方，距離清朝已經過去了31年。在瑞士，26歲的愛因斯坦是伯爾尼專利局的助理估價師，每周工作六天，掙3，500法郎養家糊口。他做了這份工作，還是到學生的父親去後門找。
這份工作最大的好處就是無所事事，琢磨着自己經常被視為瘋狂的心靈實驗——"如果我飛得像光一樣快，我會看到什麼？"
這是個好主意。
圖檔：1905年的愛因斯坦，來源：視覺中國
今年6月，愛因斯坦發表了一篇論文，提出了"光的量子假說"，開創了"量子理論"，并因其"光電效應"而獲得1921年諾貝爾獎。
七月，愛因斯坦測量了分子和原子的存在。
9月，狹義相對論誕生了。
11月，E-MC2從狹義相對論中衍生出來。沒有這個公式，就不會有原子彈。
就這樣，愛因斯坦花了半年時間，連續五篇神一樣的論文，如閃電劈破了黑夜，整個烏雲疊疊的實體學，就像26歲的馬拉多納在球場上一樣。
在現實世界中，"五人連載"，诠釋着"世紀目标"。
但！這些都是"事後葛亮"。1905年，情況并非如此。
這些閃閃發光的論文并沒有幫助他獲得博士學位，也沒有幫助他獲得教學職位，即使在中學也是如此。如果他在這個時候放棄了理論研究，實體學界也不會後悔的。
1907年，伯爾尼大學拒絕了他無薪講師職位的申請。
今年夏天，偉大的實體學家普倫克是量子實體學的創始人，他派他的助手馮·勞爾（Von Lauer）去聯系愛因斯坦。勞爾來到瑞士，驚訝地發現愛因斯坦不是伯爾尼大學的教授。"是以我沒有和他打招呼，"勞爾回憶道。"
尴尬的愛因斯坦看到蘇黎世的一所高中招聘幾何老師，申請并附有一篇關于狹義相對論的論文，他在21名申請人中很早就刷了一遍。
後來，他不情願地成為伯爾尼大學的無償講師，在那裡他教授熱理論，聽了三個人;
好吧，"冷漠的人，謝謝你看不起我。"愛因斯坦于1907年11月開始了他獨自的旅程，這是實體學史上最優雅，最令人印象深刻的旅程，廣義相對論的證明。
再過幾年，他就會名聲遍及全世界，他以前的班級裡每一次散亂、邋遢、害羞也将成為世上美麗的談話。
廣義相對論
秋天和冬天來了。
到1915年11月，"狹義相對論"被提出已經整整十年了，"廣義相對論"被證明已經過去了八年。愛因斯坦将放大。
牛頓曾經說過，蘋果是由于重力而從樹上掉下來的。他提出了引力理論。
愛因斯坦說，不，蘋果掉下來是因為它掉進了地球品質造成的時空小洞裡。
例如，請先看圖：
圖檔：www.uh.edu
把時空想象成一個蹦床，它原本是平的，現在在上面放一個球，周圍有一個球在壓力下彎曲，彎曲周圍的時空。然後，球在球沉沒的地方滾動。這就是為什麼地球圍繞太陽。廣義相對論解釋說，這被稱為"物質告訴空間如何彎曲"。
這與牛頓關于地球因太陽引力而旋轉的說法相去甚遠。在廣義相對論中，引力的本質是空間的蛻變，它影響物質的運動，這被稱為"空間告訴物質如何運動"。
了解了這個圖，可以說廣義相對論是導論。
最偉大的理論，最簡潔的思想。
1915年11月下旬，愛因斯坦在普魯士科學院發表"引力場方程"的演講時完成了廣義相對論的解釋。看看"宇宙之美"的等式：
在這一點上，36歲的愛因斯坦對宇宙進行了曆史上最富有想象力的修正。對于這個方程，量子力學的創始人、諾貝爾獎獲得者布恩稱贊"人類對自然的思考最偉大的成就，哲學洞察力、實體直覺和數學技能的最驚人結合"。有了相對論，對時間和空間的看法将完全改變。
但！當時，除了圈子裡一些人認識到，社會對這種過于先進的理論的普遍認識外，不可能相信牛頓能夠被推翻。
現在，需要一個實驗來證明相對論是正确的。
運氣
在舊的常識中，人們認為光總是在真空中直行。
但根據愛因斯坦的說法，重力會彎曲光，他預測了當光穿過太陽附近的強引力場時會彎曲多少光。
證據在哪裡？
困難在于太陽的光線是如此刺眼，以至于周圍的恒星被太陽遮擋。最好的時間是等待日全食發生，用月亮阻擋太陽的光線。如果此時觀測到太陽後面的恒星發出的光，就很好地證明了太陽彎曲了光的路徑。
圖檔：www.bbvaopenmind.com
證明愛因斯坦的遠見卓識和宏觀理論需要大量的人力和财力。許多偉大的理論假設是在他們死後多年建立的，例如黑森州，大陸漂移，費馬定理......這是世界大戰。更不用說，日全食幾十年才一次，需要發生在觀測點還不能下雨的那一天。
可以看出，廣義相對論不僅需要智力，還需要運氣。愛因斯坦非常幸運。
第一個幸運是，這一天來得很快，三年後，1919年5月29日，發生了日全食。而錯過這一次，直到20多年後的1937年6月8日。
第二件幸運的事情是遇到了合适的人。在英國，反德情緒高漲，劍橋天文台台長亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington）和皇家天文學家弗蘭克·戴森爵士（Sir Frank Dyson）對相對論非常着迷，以至于他們遊說政府尋找資金，并說服英國海軍帶領一支探險隊在下一次日全食期間測試廣義相對論。
第三件幸運的事情是天空很美。愛丁頓帶領團隊到達了非洲最好的觀察點——普林西比島。日全食的早晨，下起了大雨，但随着日食的臨近，天空開始晴朗。愛丁頓拍攝了16張照片，太陽很明顯，1.7弧秒的偏轉與愛因斯坦的預測一緻。
六個月後。
1919年11月6日下午，英國皇家學會和皇家天文學會聚集在皮卡迪利街的伯靈頓大廳，那裡挂着一幅牛頓的肖像，雄偉地俯視着整個場景，議程上隻有一個項目：聽取關于日食觀測的報告。愛丁頓宣讀了這些觀察結果：廣義相對論，對吧。
11月7日，《倫敦時報》刊登了三個頭條新聞：
科學革命！
新的宇宙理論！
牛頓的思想被推翻了！
愛因斯坦赢得了世界聲譽。在柏林的愛因斯坦在聽到這個消息後買了一把新小提琴來慶祝，後來寫道："牛頓，請原諒我。"
圖檔：愛因斯坦拉小提琴。來源：提供
至此，這個略顯腦殘的思考之旅已經結束。105年來，時間旅行，原子裂變，大爆炸，暗能量，黑洞，蟲洞，引力波......從簡單而奇妙的相對論公式出發，人們不時地解開宇宙的奧秘，今天，有許多未知數等着我們去發現，去完善。
引用
愛因斯坦， 沃爾特·艾薩克森
愛因斯坦的機遇與願景，楊振甯
星際穿越
星際穿越科學紀錄片
資料來源：CCTV.com