对于时空中的每一事件我们都能够做一个光锥(统统从该事件收回的光的能够途径的调集),因为在每一事件处在任一方向上的光的速率都是一样的,以是统统光锥都是全等的,并朝着同一方向。这实际又奉告我们,没有任何东西行进得比光更快。这意味着,通过空间和时候的任何物体的轨迹必须由一根线来表示,而这根线落在它上面的每一事件的光锥以内。狭义相对论非常胜利地解释了以下究竟:对统统察看者而言,光速都是一样的(正如迈克耳孙――莫雷尝试所揭示的那样),并胜利地描述了当物体以靠近于光速活动时会产生甚么。但是,它和牛顿引力实际不相调和。牛顿实际说,物体之间相互吸引,其吸引力依靠于它们之间的间隔。这意味着,如果我们挪动此中一个物体,另一物体所受的力就会当即窜改。或换言之,引力效应必须以无穷速率行进,而不像狭义相对论要求的那样,只能以即是或低于光速的速率行进。爱因斯坦在1908年至1914年之间停止了多次不胜利的尝试,诡计找到一个和狭义相对论调和的引力实际。1915年,他终究提出了明天我们称为广义相对论的实际。
1915年之前,空间和时候被以为是事件在此中产生的牢固舞台,而它们不受在此中产生的事件的影响。即便在狭义相对论中,这也是对的。物体活动,力吸引并架空,但时候和空间则完整不受影响地延长着。空间和时候很天然地被以为无穷地向前延长。
将一个事件的四坐标当作指定其在所谓的时空的四维空间中位置的手腕常常是有助的。四维空间是不成设想的。对我小我来讲,摹想三维空间已经充足困难!不管别的两个空间坐标,或者偶然用透视法将此中一个表示出来。
正如我们已经看到的,麦克斯韦方程预言,不管光源的速率如何,光速应当是一样的,这已被紧密的测量证明。由此推出,如果有一个光脉冲从一特定的空间点在一特定时候收回,在时候的过程中,它就会作为一个光球面发散开来,而光球面的形状和大小与源的速率无关。在一百万分之一秒后,光就散开成一个半径为300米的球面;一百万分之二秒后,半径变成600米,等等。这正如同将一块石头扔到水池里,水大要的波纹向四周散开一样,波纹作为一个圆周散开并随时候越变越大。如果人们把不应时候波纹的快照一一堆叠起来,扩大的水波圆周就会画出一个圆锥,其顶点恰是石块击到水面的处所和时候。近似地,从一个事件散开的光在(四维的)时空里构成了一个(三维的)圆锥,这个圆锥称为事件的将来光锥。以一样的体例能够画出另一个称为畴昔光锥的圆锥,它表示统统能够用一个光脉冲传播到该事件的事件调集。
在广义相对论中,物体老是沿着四维时空的直线走。固然如此,在我们看来它在三维空间中是沿着曲折的途径。
但是在广义相对论中,环境则完整分歧。这时,空间和时候变成为动力量:当物体活动,或者力感化时,它影响了空间和时候的曲率;反过来,时空的布局影响了物体活动和力感化的体例。空间和时候不但去影响、并且被产生在宇宙中的每一件事影响。正如人们没有空间和时候的观点不能议论宇宙的事件一样,一样地,在广义相对论中,在宇宙边界以外讲空间和时候也是没成心义的。
光芒也必须在时空中遵守测地线。时空是曲折的究竟再次意味着,光芒在空间中看起来不是沿着直线行进。如许,广义相对论预言光芒必须被引力场折弯。比方,实际预言,因为太阳的质量的原因,太阳近处的点的光锥会向内略微弯折。这表白,从悠远恒星收回的刚好通过太阳四周的光芒会被偏折很小的角度,对于地球上的察看者而言,这恒星仿佛位于分歧的位置。当然,如果从恒星来的光芒老是在靠太阳很近的处所穿过,则我们就无从辩白,是光芒被偏折了,还是该恒星实际上就在我们看到的处所。但是,因为地球环绕着太阳公转,分歧的恒星显得从太阳前面通过,并且它们的光芒遭到偏折。以是,相对于其他恒星而言,它们窜改了表观的位置。