广义相对论百年故事：迎向第二个一百周年

游辉樟⁽¹⁾

广义相对论是20世纪对人类文明影响最大的自然科学理论之一， 2015年，距爱因斯坦创立广义相对论已长达一百周年之久。

在这个非同寻常的一百年内，广义相对论取得了意想不到的、令人惊喜的长足发展和进步。首先，作为以实验为基础的物理学的一个重要分支，广义相对论从刚刚创建时的三大经典实验验证开始，百年来已经非常漂亮地经受住了每一个实验的检验，大获全胜。当前及不久的将来，精度更高和难度更大的许多实验还将继续进行。其次，从20世纪60年代用黑洞成功地解释类星体开始，加上爱因斯坦方程在宇宙学中的成功应用，广义相对论已经愈来愈被天文学家重视。再次，随着全球定位系统（GPS）的推广应用，狭义相对论和广义相对论均已经进入人们的日常生活。可以预期，随着高精密测量技术的发展，人类将很快实现引力波的直接探测。届时，引力波测量将和电磁波测量一起为人们带来宇宙的信息，特别是早期宇宙和黑暗宇宙部分的信息。回想这一系列的发展，我们联想到一个个伟大的名字：爱因斯坦、希尔伯特、爱丁顿、史瓦西、克尔、邦迪、弗里德曼、钱德拉塞卡、霍金、潘洛斯……

中国近年来对广义相对论及相对论天体物理学的研究，均取得了巨大的进展。学者沈志强利用甚长基线干涉测量技术（VLBI），精确观测到了银河系中心超大质量黑洞的情况；学者马中佩发现了当时所知道的最大质量的两个黑洞，每个质量约为太阳的100亿倍；学者吴学兵更是在距离地球128亿光年处，发现120亿个太阳质量的黑洞。这一系列激动人心的发现，既显示了我们在广义相对论与相对论天体物理学研究中的长足发展，也预示着广义相对论与相对论天体物理学在接下来的自然科学发展中的蓬勃发展势头。(www.xing528.com)

为了纪念广义相对论创建一百周年，台湾重力学会编写并出版了这本文集。虽然只包含六篇文章，但都具有很高的阅读价值。《广义相对论百年史》一文，讲述了爱因斯坦与合作者创建广义相对论的历程，一个个故事让我们重温前辈们发展基础理论的艰辛。《宇宙学百年回顾》除了回顾大爆炸学说的缘起，更前瞻性地预测了太初引力波所扮演的重要角色及方向。《黑洞》一文介绍了广义相对论、天文学、量子力学、量子引力、信息论、凝聚态物理等物理学中的基本问题如何与黑洞关联到一起。引力波是广义相对论除黑洞外的另一个重要理论预言，《引力波与数值相对论》一文清晰地描述了如何结合数值相对论和引力波探测仪器，来直接测量引力波的原理和方法。什么是时间，什么是空间？《时间、广义相对论及量子引力》和《物理中的时空概念》两篇文章，为我们展开了精彩的思辨性讨论。

广义相对论的第一个一百周年即将逝去，我们将迎来广义相对论的第二个一百周年。崇尚科学、追寻真理的读者们，定能在本文集的鼓舞和影响下，回顾前辈们发展科学理论的艰辛历程，循着他们的脚步不断前进；继往开来，进一步挖掘时间和空间的深刻含义，揭开黑洞特别是奇点的奇妙面纱，探索宇宙演化的深层奥秘。我相信，在这个即将到来的新的一百周年里，海峡两岸的青年读者们，定能与世界同行一起为发展广义相对论与相对论天体物理学而辛勤研究，并携手合作，共创佳绩。

(1) 游辉樟，台湾成功大学物理系教授。