愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦認為：從我們由狹義相對性原理所接受的觀念來看，每一種運動都只能被認為是相對運動：車廂相對於路基是運動的。路基相對車廂是運動的……只要路基K相對於車廂K1是勻速直線無轉動運動狀態，對於自然定律就完全等效；所有這些參考物體都應認為是伽利略參考物體（請注意！伽利略相對性運動原理是經典物理學的基礎之一）……在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第47頁］志在替代經典物理學的狹義相對論就此橫空出世。
關於時空彎曲。
目前非常套路的解釋是，根據相對論，星體的重力會引起時空彎曲，空間和時間一同彎曲，靠近大質量的星體時間也會變慢。時空彎曲理論不僅可以解釋星體引力引起星光偏折現象，更可以解釋探測器通訊延遲現象。大多數科普文章會到此為止，時間、空間和時空彎曲的都解釋了，嗯！完美！
但是，等一下！
我們知道，理論是為解釋客觀世界而存在的，而客觀世界只有一個，不同的理論有不同的解釋，哪一個理論的解釋是正確的呢？更麻煩的是，同一個理論也包含了不同的解釋。例如，狹義相對論的四維時空和廣義相對論的四維時空完全不同，正確的答案只有一個，哪一種相對論的解釋正確呢？
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦認為：從我們由狹義相對性原理所接受的觀念來看，每一種運動都只能被認為是相對運動：車廂相對於路基是運動的。路基相對車廂是運動的……只要路基K相對於車廂K1是勻速直線無轉動運動狀態，對於自然定律就完全等效；所有這些參考物體都應認為是伽利略參考物體（請注意！伽利略相對性運動原理是經典物理學的基礎之一）……在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第47頁］志在替代經典物理學的狹義相對論就此橫空出世。
關於時空彎曲。
目前非常套路的解釋是，根據相對論，星體的重力會引起時空彎曲，空間和時間一同彎曲，靠近大質量的星體時間也會變慢。時空彎曲理論不僅可以解釋星體引力引起星光偏折現象，更可以解釋探測器通訊延遲現象。大多數科普文章會到此為止，時間、空間和時空彎曲的都解釋了，嗯！完美！
但是，等一下！
我們知道，理論是為解釋客觀世界而存在的，而客觀世界只有一個，不同的理論有不同的解釋，哪一個理論的解釋是正確的呢？更麻煩的是，同一個理論也包含了不同的解釋。例如，狹義相對論的四維時空和廣義相對論的四維時空完全不同，正確的答案只有一個，哪一種相對論的解釋正確呢？
好的，我們先來看看狹義相對論的四維時空是什麼樣子的。
愛因斯坦認為，狹義相對論的四維時空像牛頓的空間一樣地剛硬：狹義相對論和伽利略區域相關，亦即和其中沒有引力場存在的區域相關，就此而論，一個伽利略參考物體（並非是以原來的空間作為參照系）在充當著參考物體（空間），這個參考物體就是一個剛體，其運動狀態必須選擇使得'孤立'質點（失去了絕對參照系的物體只具有質點性質，請注意作為勻速慣性系的火車車廂是沒有內部空間的，在狹義相對論中所有非勻速參考系也同樣沒有內部空間，因為內部空間意味著是另一個絕對參照系）作勻速直線運動的伽利略定律相對於這個剛體是成立的。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第73頁
狹義相對論的時間不再遵守因果律，空間和時間合為一體，密不可分。我們可以這樣理解時空：空間由經緯線編織的小格子（尺度可以是微米），每個空間尺度的小格子也是一個時間點。物體運作穿過多少空間尺度的距離，也就穿過了多少個時間點（即時間的"距離"）。如果兩個人沿直線（請注意！）並行運動，那麼速度快的一方時間變慢，速度變快多少，時間就變慢多少，速度與時間快慢成正比。
看到這裡，很多人會被狹義相對論的神奇而起立鼓掌了。且慢！總感覺哪裡不對呢？原來狹義相對論並不包含引力。我們知道，任何物質有質量就會有引力，引力是宇宙最基本的作用力！引力會使狹義相對論的路軌（空間變得彎曲）變得彎曲而不再平直（最短的距離是直線），也就無法保持速度的恆定，也就不再是勻速運動的慣性系，狹義相對論就會崩潰（解釋客觀世界而存在的理論描述的世界與客觀世界不相符，這個理論就失去了存在的價值）。
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦認為：從我們由狹義相對性原理所接受的觀念來看，每一種運動都只能被認為是相對運動：車廂相對於路基是運動的。路基相對車廂是運動的……只要路基K相對於車廂K1是勻速直線無轉動運動狀態，對於自然定律就完全等效；所有這些參考物體都應認為是伽利略參考物體（請注意！伽利略相對性運動原理是經典物理學的基礎之一）……在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第47頁］志在替代經典物理學的狹義相對論就此橫空出世。
關於時空彎曲。
目前非常套路的解釋是，根據相對論，星體的重力會引起時空彎曲，空間和時間一同彎曲，靠近大質量的星體時間也會變慢。時空彎曲理論不僅可以解釋星體引力引起星光偏折現象，更可以解釋探測器通訊延遲現象。大多數科普文章會到此為止，時間、空間和時空彎曲的都解釋了，嗯！完美！
但是，等一下！
我們知道，理論是為解釋客觀世界而存在的，而客觀世界只有一個，不同的理論有不同的解釋，哪一個理論的解釋是正確的呢？更麻煩的是，同一個理論也包含了不同的解釋。例如，狹義相對論的四維時空和廣義相對論的四維時空完全不同，正確的答案只有一個，哪一種相對論的解釋正確呢？
好的，我們先來看看狹義相對論的四維時空是什麼樣子的。
愛因斯坦認為，狹義相對論的四維時空像牛頓的空間一樣地剛硬：狹義相對論和伽利略區域相關，亦即和其中沒有引力場存在的區域相關，就此而論，一個伽利略參考物體（並非是以原來的空間作為參照系）在充當著參考物體（空間），這個參考物體就是一個剛體，其運動狀態必須選擇使得'孤立'質點（失去了絕對參照系的物體只具有質點性質，請注意作為勻速慣性系的火車車廂是沒有內部空間的，在狹義相對論中所有非勻速參考系也同樣沒有內部空間，因為內部空間意味著是另一個絕對參照系）作勻速直線運動的伽利略定律相對於這個剛體是成立的。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第73頁
狹義相對論的時間不再遵守因果律，空間和時間合為一體，密不可分。我們可以這樣理解時空：空間由經緯線編織的小格子（尺度可以是微米），每個空間尺度的小格子也是一個時間點。物體運作穿過多少空間尺度的距離，也就穿過了多少個時間點（即時間的"距離"）。如果兩個人沿直線（請注意！）並行運動，那麼速度快的一方時間變慢，速度變快多少，時間就變慢多少，速度與時間快慢成正比。
看到這裡，很多人會被狹義相對論的神奇而起立鼓掌了。且慢！總感覺哪裡不對呢？原來狹義相對論並不包含引力。我們知道，任何物質有質量就會有引力，引力是宇宙最基本的作用力！引力會使狹義相對論的路軌（空間變得彎曲）變得彎曲而不再平直（最短的距離是直線），也就無法保持速度的恆定，也就不再是勻速運動的慣性系，狹義相對論就會崩潰（解釋客觀世界而存在的理論描述的世界與客觀世界不相符，這個理論就失去了存在的價值）。
如何解決這個問題呢？
愛因斯坦只能引進引力項，空間將因引力而變曲，不再勻速運動的慣性系變為任意運動速度的參照系（請注意！）。愛因斯坦認為：以往我們假定（狹義）相對性原理只是對於這些參考物體（勻速運動的物體）才是有效的，面對於其他參考物體（非勻速運動的物體）則是無效的。在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論……與此對比，廣義相對性原理是所有參考物體k、k＇等不論它們的運動狀態如何，對於描述自然現象（表述普遍的自然界定律）都是等效的……如果車廂的運動變為非勻速運動，例如加速或是猛然煞車……［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第48~49頁］這就是廣義相對論。
狹義相對論的剛性的四維時空也變成了廣義相對論柔軟的可變形的"軟體動物"。這兩種四維時空的差別在哪裡呢？愛因斯坦在《廣義相對相性原理的嚴格表述》中寫道：在引力場中，並沒有像具有歐幾里得性質的剛體那樣的東西，因此，（狹義相對論）虛設的剛性參考物體在廣義相對論中是沒有用處的……這個非剛性參考物體（空間）是（可以恰當地稱作為'軟體動物參考系'）基本上相當於一個任意選定的高斯四維座標系。與高斯座標系比較，這個'軟體動物'所具有的某些較易理解之處，就是形式上保留了空間座標和時間座標的分離狀態（這種保留實際上是不合理的）。我們把這個軟體動物上的每一點當作一個空間點，相對於空間點保持靜止的每一個質點就當作是靜止的，如果我們把這個軟體動物視為參考物體的話。廣義相對性原理要求把所有這些軟體動物都可以用作參考物體來表述普遍的自然界定律，在這方面，這些軟體動物具有同等的權利，也可以取得同樣好的結果；這些定律本身必須不隨軟體動物的選擇而變異。"［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第74頁］
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦認為：從我們由狹義相對性原理所接受的觀念來看，每一種運動都只能被認為是相對運動：車廂相對於路基是運動的。路基相對車廂是運動的……只要路基K相對於車廂K1是勻速直線無轉動運動狀態，對於自然定律就完全等效；所有這些參考物體都應認為是伽利略參考物體（請注意！伽利略相對性運動原理是經典物理學的基礎之一）……在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第47頁］志在替代經典物理學的狹義相對論就此橫空出世。
關於時空彎曲。
目前非常套路的解釋是，根據相對論，星體的重力會引起時空彎曲，空間和時間一同彎曲，靠近大質量的星體時間也會變慢。時空彎曲理論不僅可以解釋星體引力引起星光偏折現象，更可以解釋探測器通訊延遲現象。大多數科普文章會到此為止，時間、空間和時空彎曲的都解釋了，嗯！完美！
但是，等一下！
我們知道，理論是為解釋客觀世界而存在的，而客觀世界只有一個，不同的理論有不同的解釋，哪一個理論的解釋是正確的呢？更麻煩的是，同一個理論也包含了不同的解釋。例如，狹義相對論的四維時空和廣義相對論的四維時空完全不同，正確的答案只有一個，哪一種相對論的解釋正確呢？
好的，我們先來看看狹義相對論的四維時空是什麼樣子的。
愛因斯坦認為，狹義相對論的四維時空像牛頓的空間一樣地剛硬：狹義相對論和伽利略區域相關，亦即和其中沒有引力場存在的區域相關，就此而論，一個伽利略參考物體（並非是以原來的空間作為參照系）在充當著參考物體（空間），這個參考物體就是一個剛體，其運動狀態必須選擇使得'孤立'質點（失去了絕對參照系的物體只具有質點性質，請注意作為勻速慣性系的火車車廂是沒有內部空間的，在狹義相對論中所有非勻速參考系也同樣沒有內部空間，因為內部空間意味著是另一個絕對參照系）作勻速直線運動的伽利略定律相對於這個剛體是成立的。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第73頁
狹義相對論的時間不再遵守因果律，空間和時間合為一體，密不可分。我們可以這樣理解時空：空間由經緯線編織的小格子（尺度可以是微米），每個空間尺度的小格子也是一個時間點。物體運作穿過多少空間尺度的距離，也就穿過了多少個時間點（即時間的"距離"）。如果兩個人沿直線（請注意！）並行運動，那麼速度快的一方時間變慢，速度變快多少，時間就變慢多少，速度與時間快慢成正比。
看到這裡，很多人會被狹義相對論的神奇而起立鼓掌了。且慢！總感覺哪裡不對呢？原來狹義相對論並不包含引力。我們知道，任何物質有質量就會有引力，引力是宇宙最基本的作用力！引力會使狹義相對論的路軌（空間變得彎曲）變得彎曲而不再平直（最短的距離是直線），也就無法保持速度的恆定，也就不再是勻速運動的慣性系，狹義相對論就會崩潰（解釋客觀世界而存在的理論描述的世界與客觀世界不相符，這個理論就失去了存在的價值）。
如何解決這個問題呢？
愛因斯坦只能引進引力項，空間將因引力而變曲，不再勻速運動的慣性系變為任意運動速度的參照系（請注意！）。愛因斯坦認為：以往我們假定（狹義）相對性原理只是對於這些參考物體（勻速運動的物體）才是有效的，面對於其他參考物體（非勻速運動的物體）則是無效的。在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論……與此對比，廣義相對性原理是所有參考物體k、k＇等不論它們的運動狀態如何，對於描述自然現象（表述普遍的自然界定律）都是等效的……如果車廂的運動變為非勻速運動，例如加速或是猛然煞車……［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第48~49頁］這就是廣義相對論。
狹義相對論的剛性的四維時空也變成了廣義相對論柔軟的可變形的"軟體動物"。這兩種四維時空的差別在哪裡呢？愛因斯坦在《廣義相對相性原理的嚴格表述》中寫道：在引力場中，並沒有像具有歐幾里得性質的剛體那樣的東西，因此，（狹義相對論）虛設的剛性參考物體在廣義相對論中是沒有用處的……這個非剛性參考物體（空間）是（可以恰當地稱作為'軟體動物參考系'）基本上相當於一個任意選定的高斯四維座標系。與高斯座標系比較，這個'軟體動物'所具有的某些較易理解之處，就是形式上保留了空間座標和時間座標的分離狀態（這種保留實際上是不合理的）。我們把這個軟體動物上的每一點當作一個空間點，相對於空間點保持靜止的每一個質點就當作是靜止的，如果我們把這個軟體動物視為參考物體的話。廣義相對性原理要求把所有這些軟體動物都可以用作參考物體來表述普遍的自然界定律，在這方面，這些軟體動物具有同等的權利，也可以取得同樣好的結果；這些定律本身必須不隨軟體動物的選擇而變異。"［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第74頁］
簡單地說，狹義相對論的剛性的經緯線編織的空間小格子變成了柔軟的經緯線編織的空間小格子,每一個一個空間點就是一個時間點。星體的引力會引起周圍空間產生扭曲變形，空間"變形"，時間也"變形"，時間也像一個柔軟的可變形的"軟體動物"。廣義相對論的三維空間加一維時間構成的四維時空結構就像一隻"軟體動物"，這就是時空彎曲，也是廣義相對論的引力作用模型。
請注意，經典物理學的伽利略相對運動原理是物體參照空間的作絕對運動，而相對論之所以稱之為相對論，是判斷物體是否處於運動狀態取決於與另一個物體為參照而與空間無關。狹義相對性原理狹義相對論和廣義相對論的區別是，一個是兩個勻速運動的物體之間相互參照來確定是否運動；一個是非勻速運動的物體之間相互參照來確定是否運動。狹義相對論和廣義相對論的共同點是這個理論所能描述的物體（參照系）不能超過兩個。
人類只有一個宇宙，只需要一個能夠自洽解釋這個客觀世界的理論。哪一種理論的解釋正確呢？不扯遠了！我們今天的問題是，哪一種相對論的解釋正確呢？這無疑是一個智力問題！
客觀世界並不存在平直和剛性的空間，這意味著狹義相對論不適用這個客觀世界。那麼，是否存在柔軟的可變形的空間呢？問題是，如果空間是空無一物的真空，那麼，空間彎曲是什麼物質在彎曲呢？海市蜃樓是時空彎曲的結果嗎？天空中的水汽密度異常引起光的折射也是因為時空彎曲嗎？一塊凸透鏡也是一個彎曲的時空嗎？什麼都沒有怎樣談得上彎曲不彎曲嗎？
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦認為：從我們由狹義相對性原理所接受的觀念來看，每一種運動都只能被認為是相對運動：車廂相對於路基是運動的。路基相對車廂是運動的……只要路基K相對於車廂K1是勻速直線無轉動運動狀態，對於自然定律就完全等效；所有這些參考物體都應認為是伽利略參考物體（請注意！伽利略相對性運動原理是經典物理學的基礎之一）……在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第47頁］志在替代經典物理學的狹義相對論就此橫空出世。
關於時空彎曲。
目前非常套路的解釋是，根據相對論，星體的重力會引起時空彎曲，空間和時間一同彎曲，靠近大質量的星體時間也會變慢。時空彎曲理論不僅可以解釋星體引力引起星光偏折現象，更可以解釋探測器通訊延遲現象。大多數科普文章會到此為止，時間、空間和時空彎曲的都解釋了，嗯！完美！
但是，等一下！
我們知道，理論是為解釋客觀世界而存在的，而客觀世界只有一個，不同的理論有不同的解釋，哪一個理論的解釋是正確的呢？更麻煩的是，同一個理論也包含了不同的解釋。例如，狹義相對論的四維時空和廣義相對論的四維時空完全不同，正確的答案只有一個，哪一種相對論的解釋正確呢？
好的，我們先來看看狹義相對論的四維時空是什麼樣子的。
愛因斯坦認為，狹義相對論的四維時空像牛頓的空間一樣地剛硬：狹義相對論和伽利略區域相關，亦即和其中沒有引力場存在的區域相關，就此而論，一個伽利略參考物體（並非是以原來的空間作為參照系）在充當著參考物體（空間），這個參考物體就是一個剛體，其運動狀態必須選擇使得'孤立'質點（失去了絕對參照系的物體只具有質點性質，請注意作為勻速慣性系的火車車廂是沒有內部空間的，在狹義相對論中所有非勻速參考系也同樣沒有內部空間，因為內部空間意味著是另一個絕對參照系）作勻速直線運動的伽利略定律相對於這個剛體是成立的。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第73頁
狹義相對論的時間不再遵守因果律，空間和時間合為一體，密不可分。我們可以這樣理解時空：空間由經緯線編織的小格子（尺度可以是微米），每個空間尺度的小格子也是一個時間點。物體運作穿過多少空間尺度的距離，也就穿過了多少個時間點（即時間的"距離"）。如果兩個人沿直線（請注意！）並行運動，那麼速度快的一方時間變慢，速度變快多少，時間就變慢多少，速度與時間快慢成正比。
看到這裡，很多人會被狹義相對論的神奇而起立鼓掌了。且慢！總感覺哪裡不對呢？原來狹義相對論並不包含引力。我們知道，任何物質有質量就會有引力，引力是宇宙最基本的作用力！引力會使狹義相對論的路軌（空間變得彎曲）變得彎曲而不再平直（最短的距離是直線），也就無法保持速度的恆定，也就不再是勻速運動的慣性系，狹義相對論就會崩潰（解釋客觀世界而存在的理論描述的世界與客觀世界不相符，這個理論就失去了存在的價值）。
如何解決這個問題呢？
愛因斯坦只能引進引力項，空間將因引力而變曲，不再勻速運動的慣性系變為任意運動速度的參照系（請注意！）。愛因斯坦認為：以往我們假定（狹義）相對性原理只是對於這些參考物體（勻速運動的物體）才是有效的，面對於其他參考物體（非勻速運動的物體）則是無效的。在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論……與此對比，廣義相對性原理是所有參考物體k、k＇等不論它們的運動狀態如何，對於描述自然現象（表述普遍的自然界定律）都是等效的……如果車廂的運動變為非勻速運動，例如加速或是猛然煞車……［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第48~49頁］這就是廣義相對論。
狹義相對論的剛性的四維時空也變成了廣義相對論柔軟的可變形的"軟體動物"。這兩種四維時空的差別在哪裡呢？愛因斯坦在《廣義相對相性原理的嚴格表述》中寫道：在引力場中，並沒有像具有歐幾里得性質的剛體那樣的東西，因此，（狹義相對論）虛設的剛性參考物體在廣義相對論中是沒有用處的……這個非剛性參考物體（空間）是（可以恰當地稱作為'軟體動物參考系'）基本上相當於一個任意選定的高斯四維座標系。與高斯座標系比較，這個'軟體動物'所具有的某些較易理解之處，就是形式上保留了空間座標和時間座標的分離狀態（這種保留實際上是不合理的）。我們把這個軟體動物上的每一點當作一個空間點，相對於空間點保持靜止的每一個質點就當作是靜止的，如果我們把這個軟體動物視為參考物體的話。廣義相對性原理要求把所有這些軟體動物都可以用作參考物體來表述普遍的自然界定律，在這方面，這些軟體動物具有同等的權利，也可以取得同樣好的結果；這些定律本身必須不隨軟體動物的選擇而變異。"［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第74頁］
簡單地說，狹義相對論的剛性的經緯線編織的空間小格子變成了柔軟的經緯線編織的空間小格子,每一個一個空間點就是一個時間點。星體的引力會引起周圍空間產生扭曲變形，空間"變形"，時間也"變形"，時間也像一個柔軟的可變形的"軟體動物"。廣義相對論的三維空間加一維時間構成的四維時空結構就像一隻"軟體動物"，這就是時空彎曲，也是廣義相對論的引力作用模型。
請注意，經典物理學的伽利略相對運動原理是物體參照空間的作絕對運動，而相對論之所以稱之為相對論，是判斷物體是否處於運動狀態取決於與另一個物體為參照而與空間無關。狹義相對性原理狹義相對論和廣義相對論的區別是，一個是兩個勻速運動的物體之間相互參照來確定是否運動；一個是非勻速運動的物體之間相互參照來確定是否運動。狹義相對論和廣義相對論的共同點是這個理論所能描述的物體（參照系）不能超過兩個。
人類只有一個宇宙，只需要一個能夠自洽解釋這個客觀世界的理論。哪一種理論的解釋正確呢？不扯遠了！我們今天的問題是，哪一種相對論的解釋正確呢？這無疑是一個智力問題！
客觀世界並不存在平直和剛性的空間，這意味著狹義相對論不適用這個客觀世界。那麼，是否存在柔軟的可變形的空間呢？問題是，如果空間是空無一物的真空，那麼，空間彎曲是什麼物質在彎曲呢？海市蜃樓是時空彎曲的結果嗎？天空中的水汽密度異常引起光的折射也是因為時空彎曲嗎？一塊凸透鏡也是一個彎曲的時空嗎？什麼都沒有怎樣談得上彎曲不彎曲嗎？
還有，在空無一物的真空中引力如何傳遞呢？宇宙中其他三大基本作用力如何相互作用？雖然牛頓的引力理論非常成功，但是超距作用這個難題困擾了牛頓一生。同樣，愛因斯坦也被這個問題困擾了一生（只有智力有缺陷的人才會對這個問題視而不見）。對愛因斯坦來說還有一個問題，引力波是什麼東西在波動呢？如果堅持空間是空無一物的真空，那麼，這些問題完全無解，沒辦法，愛因斯坦只能讓被他埋葬的以太復活，這就是"廣義相對論以太"。但是，如果以太復活，那麼所有建立在真空基礎上的理論都會崩潰。因此，這個"廣義相對論以太"被後世的粒子學家們悄悄冷藏，諱莫如深，所以知道這個名詞的人不多。
《人類簡史》的作者尤瓦爾·赫拉利在2017年指出："尊重知識、聽取學者意見很好，但發展到崇拜任何人的程度都很危險，包括崇拜學者。一個人一旦被推崇為先知或權威，他（她）自己都可能信以為真，進而變得驕傲自大，甚至陷入瘋狂。對追隨者而言，一旦他們信奉某人為權威，便會自我設限，停止努力，只期待著偶像來告訴他們全部問題的答案和解決方法。即使答案是錯誤的、方法是糟糕的，他們也會通盤接受。"智慧從懷疑開始，真正的科學精神是懷疑與批判。終極理論不會是一個全新的理論，它就藏在現有的理論之中，當我們以客觀邏輯為工具，就能在錯綜複雜的觀點中找出宇宙真實的脈絡。
愛因斯坦說時空彎曲，那麼時空是什麼？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
這個問題遠比想象中的複雜得多。在回答時空為什麼彎曲之前，需要了解時空是什麼。在回答時空是為什麼之前，需要了解空間是什麼。
現代漢語詞典對空間的定義：空間是物質存在的一種客觀形式，由長度、寬度、高度 大，小（體積 形狀不變）的形式表現出來。
科學對空間的定義:物體存在、運動的（有限或無限的）場所，即三維區域，稱為（三維）空間。
事實上，空間的定義非常複雜。空間又分兩種為：
絕對空間：其自身特性與一切外在事物無關，處處均勻，永不移動。
相對空間：是一些可以在絕對空間中運動的結構，或是對絕對空間的量度，我們通過它與物體的相對位置感知它，它一般被當做不可移動空間。絕對空間與相對空間在形狀大小上相同，但在數值上並不總是相同。
經典物理學的解釋：宇宙中物質實體之外的部分稱為空間。經典物理學的空間有絕對空間和相對空間。
相對論的解釋：宇宙物質實體運動所發生的部分稱為空間。相對論只有相對空間。
是不是太複雜？我們還是簡單舉例說明吧。對魚缸裡的魚來說，魚缸裡的水就是絕對空間，魚缸外的大海和空氣都是相對空間。重點來了，對潛艇裡的人來說，潛艇裡的空間是絕對空間，潛艇外的大海是相對空間，潛艇相當於大氣層也是相對空間，相當於宇宙空間，大氣層也是相對空間。這個問題非常重要，對理解接下來的討論很有幫助！
空間由什麼構成？
英國哲學家托馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588~1679）認為宇宙與所有事物的結合體是物質性的，物質具有廣延性，具有長度、寬度和深度，物質的任何一部分同樣也是物質，同樣具有廣延性。因此，宇宙的任何一部分都是物質，非物質不可能成為物質的組成部分。宇宙就是所有物質的集合體，而物質都是有廣延的。
法國哲學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes,1596~1650）也認為，空間是物質的廣延，空間與廣延性是同一的，因此，沒有物體的空間是不存在的，亦即空無一物的空間是不存在的。迪卡爾把空間形容為俄羅斯套娃一樣，絕對空間與相對空間如一層套一層的大大小小的盒子，盒子之間相對運動。對每一層的盒子來說，自己盒內空間是絕對空間，相對於更大一層的盒子和更小一號的盒子內的空間則是相對空間。請注意，這與客觀現實是符合的，例如地球有一個大氣層，大氣層中有一架飛機，飛機的機艙內有一個行李笨，箱內裝了一個禮品盒，盒子裡有一個化妝盒，化妝盒裡有一瓶香水。請注意，每一層盒子內都是獨立空間，每一層盒內空間既是絕對空間，相對其他空間又都是相對空間。
關於物質與空間的廣延性，水的不同形態就是最通俗的例子，首先，水也可以以冰和水蒸氣的形式存在，水蒸氣佔據的空間要比冰佔據的空間大了許多倍，但水蒸氣的本質依然是水，所以，可以把水蒸氣看作是冰的廣延。
在經典物理學中，'場'的概念是在物質被看作連續體的情況下作為一種輔助性概念提出來的，對場的特性是有分歧的。笛卡爾、法拉第和麥克斯韋一派認為場的特性是它們只存在於物質之中，沒有物質的地方就不可能有場存在。空間充滿了物質，這種連結各種物質、'充滿空間的東西'的場就是以太。正是在電動力學中引進了場的概念，麥克斯韋成功地預言了電磁波的振動原理（電磁波是場的振動），併成功地將電學、磁學、光學統一起來。麥克斯韋認為光波是電磁波的一種。特別是1801年的楊氏雙縫干涉實驗確定光是一種波後，經典物理學達成的共識是空間由以太這種物質構成。以太空間構成磁場，電磁波是以太的橫振動。空間由三維絕對空間加一維絕對的時間構成，即三一時空，空間和時間絕對獨立，物質參照絕對空間進行絕對運動。
問題來了，經典物理學是三維空間（即三一時空），為什麼相對論稱為四維時空呢？即三維空間加一維時間構成四維時空結構。相對論的空間是什麼構成的呢？
這個問題與人們對以太的認識有關。以法國物理學家菲涅爾為代表的一派的觀點認為以太隨物質運動，會產生以太曳引現象，即'以太部分曳引假說'；而荷蘭物理學家洛倫茲一派的觀點認為以太絕對靜止，以太不會隨物質運動，會產生以太漂移現象，這就是'以太漂移假說'。問題來了，因為地球有自轉，在地球表面理應測出'以太風'。但是，1887年，邁克爾遜——莫雷實驗得出光在各個方向光速都是一致的結論，以太空間並沒有影響光的傳播，這意味著絕對靜止以太的假設是錯誤的。
問題來了，如果空間性質不同，那麼，建立在不同空間性質基礎上的不同的理論就會有不同的命運。
1905年，愛因斯坦在論文《論動體的電動力學》中寫道：企圖證實地球相對於'光媒質'運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想，絕對靜止這概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性……'光以太'的引用將被證明是多餘的。因為按照這裡所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的'絕對靜止的空間'，也不需要給發生電磁過程的空虛空間中的每一個點規定一個速度矢量。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第194~195頁］愛因斯坦認為，空間是空無一物的真空，沒有什麼盒子與盒子之間的絕對空間和相對空間，所以的空間都是一種空間，即真空。
絕對運動與相對運動的差別。
愛因斯坦認為：從我們由狹義相對性原理所接受的觀念來看，每一種運動都只能被認為是相對運動：車廂相對於路基是運動的。路基相對車廂是運動的……只要路基K相對於車廂K1是勻速直線無轉動運動狀態，對於自然定律就完全等效；所有這些參考物體都應認為是伽利略參考物體（請注意！伽利略相對性運動原理是經典物理學的基礎之一）……在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第47頁］志在替代經典物理學的狹義相對論就此橫空出世。
關於時空彎曲。
目前非常套路的解釋是，根據相對論，星體的重力會引起時空彎曲，空間和時間一同彎曲，靠近大質量的星體時間也會變慢。時空彎曲理論不僅可以解釋星體引力引起星光偏折現象，更可以解釋探測器通訊延遲現象。大多數科普文章會到此為止，時間、空間和時空彎曲的都解釋了，嗯！完美！
但是，等一下！
我們知道，理論是為解釋客觀世界而存在的，而客觀世界只有一個，不同的理論有不同的解釋，哪一個理論的解釋是正確的呢？更麻煩的是，同一個理論也包含了不同的解釋。例如，狹義相對論的四維時空和廣義相對論的四維時空完全不同，正確的答案只有一個，哪一種相對論的解釋正確呢？
好的，我們先來看看狹義相對論的四維時空是什麼樣子的。
愛因斯坦認為，狹義相對論的四維時空像牛頓的空間一樣地剛硬：狹義相對論和伽利略區域相關，亦即和其中沒有引力場存在的區域相關，就此而論，一個伽利略參考物體（並非是以原來的空間作為參照系）在充當著參考物體（空間），這個參考物體就是一個剛體，其運動狀態必須選擇使得'孤立'質點（失去了絕對參照系的物體只具有質點性質，請注意作為勻速慣性系的火車車廂是沒有內部空間的，在狹義相對論中所有非勻速參考系也同樣沒有內部空間，因為內部空間意味著是另一個絕對參照系）作勻速直線運動的伽利略定律相對於這個剛體是成立的。［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，第73頁
狹義相對論的時間不再遵守因果律，空間和時間合為一體，密不可分。我們可以這樣理解時空：空間由經緯線編織的小格子（尺度可以是微米），每個空間尺度的小格子也是一個時間點。物體運作穿過多少空間尺度的距離，也就穿過了多少個時間點（即時間的"距離"）。如果兩個人沿直線（請注意！）並行運動，那麼速度快的一方時間變慢，速度變快多少，時間就變慢多少，速度與時間快慢成正比。
看到這裡，很多人會被狹義相對論的神奇而起立鼓掌了。且慢！總感覺哪裡不對呢？原來狹義相對論並不包含引力。我們知道，任何物質有質量就會有引力，引力是宇宙最基本的作用力！引力會使狹義相對論的路軌（空間變得彎曲）變得彎曲而不再平直（最短的距離是直線），也就無法保持速度的恆定，也就不再是勻速運動的慣性系，狹義相對論就會崩潰（解釋客觀世界而存在的理論描述的世界與客觀世界不相符，這個理論就失去了存在的價值）。
如何解決這個問題呢？
愛因斯坦只能引進引力項，空間將因引力而變曲，不再勻速運動的慣性系變為任意運動速度的參照系（請注意！）。愛因斯坦認為：以往我們假定（狹義）相對性原理只是對於這些參考物體（勻速運動的物體）才是有效的，面對於其他參考物體（非勻速運動的物體）則是無效的。在這個意義上我們說它是狹義相對性原理或狹義相對論……與此對比，廣義相對性原理是所有參考物體k、k＇等不論它們的運動狀態如何，對於描述自然現象（表述普遍的自然界定律）都是等效的……如果車廂的運動變為非勻速運動，例如加速或是猛然煞車……［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第48~49頁］這就是廣義相對論。
狹義相對論的剛性的四維時空也變成了廣義相對論柔軟的可變形的"軟體動物"。這兩種四維時空的差別在哪裡呢？愛因斯坦在《廣義相對相性原理的嚴格表述》中寫道：在引力場中，並沒有像具有歐幾里得性質的剛體那樣的東西，因此，（狹義相對論）虛設的剛性參考物體在廣義相對論中是沒有用處的……這個非剛性參考物體（空間）是（可以恰當地稱作為'軟體動物參考系'）基本上相當於一個任意選定的高斯四維座標系。與高斯座標系比較，這個'軟體動物'所具有的某些較易理解之處，就是形式上保留了空間座標和時間座標的分離狀態（這種保留實際上是不合理的）。我們把這個軟體動物上的每一點當作一個空間點，相對於空間點保持靜止的每一個質點就當作是靜止的，如果我們把這個軟體動物視為參考物體的話。廣義相對性原理要求把所有這些軟體動物都可以用作參考物體來表述普遍的自然界定律，在這方面，這些軟體動物具有同等的權利，也可以取得同樣好的結果；這些定律本身必須不隨軟體動物的選擇而變異。"［愛因斯坦，《狹義與廣義相對論淺析》，北京大學出版社，2006年，第74頁］
簡單地說，狹義相對論的剛性的經緯線編織的空間小格子變成了柔軟的經緯線編織的空間小格子,每一個一個空間點就是一個時間點。星體的引力會引起周圍空間產生扭曲變形，空間"變形"，時間也"變形"，時間也像一個柔軟的可變形的"軟體動物"。廣義相對論的三維空間加一維時間構成的四維時空結構就像一隻"軟體動物"，這就是時空彎曲，也是廣義相對論的引力作用模型。
請注意，經典物理學的伽利略相對運動原理是物體參照空間的作絕對運動，而相對論之所以稱之為相對論，是判斷物體是否處於運動狀態取決於與另一個物體為參照而與空間無關。狹義相對性原理狹義相對論和廣義相對論的區別是，一個是兩個勻速運動的物體之間相互參照來確定是否運動；一個是非勻速運動的物體之間相互參照來確定是否運動。狹義相對論和廣義相對論的共同點是這個理論所能描述的物體（參照系）不能超過兩個。
人類只有一個宇宙，只需要一個能夠自洽解釋這個客觀世界的理論。哪一種理論的解釋正確呢？不扯遠了！我們今天的問題是，哪一種相對論的解釋正確呢？這無疑是一個智力問題！
客觀世界並不存在平直和剛性的空間，這意味著狹義相對論不適用這個客觀世界。那麼，是否存在柔軟的可變形的空間呢？問題是，如果空間是空無一物的真空，那麼，空間彎曲是什麼物質在彎曲呢？海市蜃樓是時空彎曲的結果嗎？天空中的水汽密度異常引起光的折射也是因為時空彎曲嗎？一塊凸透鏡也是一個彎曲的時空嗎？什麼都沒有怎樣談得上彎曲不彎曲嗎？
還有，在空無一物的真空中引力如何傳遞呢？宇宙中其他三大基本作用力如何相互作用？雖然牛頓的引力理論非常成功，但是超距作用這個難題困擾了牛頓一生。同樣，愛因斯坦也被這個問題困擾了一生（只有智力有缺陷的人才會對這個問題視而不見）。對愛因斯坦來說還有一個問題，引力波是什麼東西在波動呢？如果堅持空間是空無一物的真空，那麼，這些問題完全無解，沒辦法，愛因斯坦只能讓被他埋葬的以太復活，這就是"廣義相對論以太"。但是，如果以太復活，那麼所有建立在真空基礎上的理論都會崩潰。因此，這個"廣義相對論以太"被後世的粒子學家們悄悄冷藏，諱莫如深，所以知道這個名詞的人不多。
《人類簡史》的作者尤瓦爾·赫拉利在2017年指出："尊重知識、聽取學者意見很好，但發展到崇拜任何人的程度都很危險，包括崇拜學者。一個人一旦被推崇為先知或權威，他（她）自己都可能信以為真，進而變得驕傲自大，甚至陷入瘋狂。對追隨者而言，一旦他們信奉某人為權威，便會自我設限，停止努力，只期待著偶像來告訴他們全部問題的答案和解決方法。即使答案是錯誤的、方法是糟糕的，他們也會通盤接受。"智慧從懷疑開始，真正的科學精神是懷疑與批判。終極理論不會是一個全新的理論，它就藏在現有的理論之中，當我們以客觀邏輯為工具，就能在錯綜複雜的觀點中找出宇宙真實的脈絡。
和《七堂極簡物理課》這類無立場解讀的科普書不同的是，《一隻大象——體系與體系的對話》這本書以旁觀者的角度對物理學發展史進行了重新梳理，還原了一些不為人知或被扭曲的歷史細節，提醒人們注意"證實性偏見"的危害性。這本書並非嚴謹的學術著作，僅為讀者提供一個瞭解物理學的新視角，希望能夠給喜愛物理學的同學們帶來啟發。