22．廣義相對性原理的幾個推論
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第２０節的論述表明，廣義相對性原理能夠使我們以純理論方式推出引力場的性質。例如，假定我們已經知道任一自然過程在伽利略區域中相對于一個伽利略參考物體Ｋ如何發生，亦即已經知道該自然過程的空時&ldquo進程&rdquo，借助于純理論運算（亦即單憑計算），我們就能夠斷定這個已知自然過程從一個相對于Ｋ作加速運動的參考物體Ｋ&rsquo去觀察，是如何表現的，但是由于對字這個薪的參考物體Ｋ&rsquo而言存在着一個引力場，所以以上的考慮也告訴我們引力場如何影響所研究的過程。
例如，我們知道，相對于Ｋ（按照伽利略定律）作勻速直線運動的一個物體，它相對于作加速運動的參考物體Ｋ&rsquo（箱子）是在作加速運動的，一般還是在作曲線運動的。此種加速度或曲率相當于相對于Ｋ&rsquo存在的引力場對運動物體的影響。引力場以此種方式影響物體的運動是大家已經知道的，因此以上的考慮并沒有為我們提供任何本質上新的結果。
但是，如果我們對一道光線進行類似的考慮就得到一個新的具有基本重要性的結果。相對于伽利略參考物體Ｋ，這樣的一道光線是沿直線以速度ｃ傳播的。不難證明，當我們相對于作加速運動的箱子（參考物體Ｋ&rsquo）來考察這同一道光線時，它的路線就不再是一條直線。由此我們得出結論，光線在引力場中一般沿曲線傳播。這個結果在兩個方面具有重要意義。
首先這個結果可以同實際比較，雖然對這個問題的詳細研究表明，按照廣義相對論，光線穿過我們在實踐中能夠加以利用的引力場時，隻有極其微小的曲率；但是，以掠入射方式經過太陽的光線，其曲率的估計值達到１．７&rdquo這應該以下述方式表現出來。從地球上觀察，某些恒星看來是在太陽的鄰近處，因此這些恒星能夠在日全食時加以觀測。這些恒星當日全食時在天空的視位置與它們當太陽位于天空的其他部位時的視位置相比較應該偏離太陽，偏離的數值如上所示。檢驗這個推斷正确與否是一個極其重要的問題，希望天文學家能夠早日予以解決。
其次，我們的結果表明，按照廣義相對論，我們時常提到的作為狹義相對淪中兩個基本假定之一的真空中光速恒定定律，就不能彼認為具有無限的有效性，光線的彎曲隻有在光的傳播速度随位置而改變時才能發生。我們或許會想，由于這種情況，狹義相對論以及随之整個相對論，都要化力灰燼了。但實際上并不是這樣，我們隻能作這樣的結論：不能認為狹義相對論的有效性是無止境的；隻有在我們能夠不考慮引力場對現象（例如光的現象）的影響時，狹義相對論的結果才能成立。
由于反對相對論的人時常說狹義相對論被廣義相對論推翻了，因此用一個适當的比方來把這個問題的實質弄得更清楚些也許是允當的。在電動力學發展前，靜電學定律被看作是電學定律。現在我們知道，隻有在電質量相互之間井相對于坐标系完全保持靜止的情況下（這種情況是永遠不會嚴格實現的），才能夠從靜電學的考慮出發正确地推導出電場。我們是否可以說，由于這個理由，靜電學被電動力學的麥克斯韋場方程推翻了呢？絕對不可以。靜電學作為一個極限情況包含在電動力學中；在場不随時間而改變的情況下，電動力學的定律就直接得出靜電學的定律。任何物理理論都不會獲得比這更好的命運了，即一個理論本身指出創立一個更力全面的理論的道路，而在這個更為全面的理論中，原來的理論作為一個極限情況繼續存在下去。
在剛才讨論的關于光的傳播的例子中，我們已經看到，廣義相對論使我們能夠從理論上推導引力場對自然過程的進程的影響，這些自然過程的定律在沒有引力場時是已知的。但是，廣義相對論對其解決提供了鑰匙的最令人注意的問題乃是關于對引力場本身所滿足的定律的研究，讓我們對此稍微考慮一下。
我們已經熟悉了經過适當選取參考物體後處于（近似地）&ldquo伽利略&rdquo形式的那種空時區域，亦即沒有引力場的區域，如果我們相對于一個不論作何種運動的參考物體Ｋ&rsquo來考察這樣的一個區域，那麼相對于Ｋ&rsquo就存在着一個引力場，該引力場對于空間和時間是可變的。這個場的特性當然取決于為Ｋ&rsquo。選定的運動。按照廣義相對論；普遍的引力場定律對于所有能夠按這一方式得到的引力場都必須被滿足，雖然絕不是所有的引力場都能夠如此産生，我們仍然可以希望普遍的引力定律能夠從這樣的一些特殊的引力場推導出來。這個希望已經以極其美妙的方式實現了，但是從認清這個目标到完全實現它，是經過克服了一個嚴重的困難之後才達到的，由于這個問題具有很深刻的意義，我不敢對讀者略而下談，我們需要進一步推廣我們對于空時連續區的觀念。
例如，我們知道，相對于Ｋ（按照伽利略定律）作勻速直線運動的一個物體，它相對于作加速運動的參考物體Ｋ&rsquo（箱子）是在作加速運動的，一般還是在作曲線運動的。此種加速度或曲率相當于相對于Ｋ&rsquo存在的引力場對運動物體的影響。引力場以此種方式影響物體的運動是大家已經知道的，因此以上的考慮并沒有為我們提供任何本質上新的結果。
但是，如果我們對一道光線進行類似的考慮就得到一個新的具有基本重要性的結果。相對于伽利略參考物體Ｋ，這樣的一道光線是沿直線以速度ｃ傳播的。不難證明，當我們相對于作加速運動的箱子（參考物體Ｋ&rsquo）來考察這同一道光線時，它的路線就不再是一條直線。由此我們得出結論，光線在引力場中一般沿曲線傳播。這個結果在兩個方面具有重要意義。
首先這個結果可以同實際比較，雖然對這個問題的詳細研究表明，按照廣義相對論，光線穿過我們在實踐中能夠加以利用的引力場時，隻有極其微小的曲率；但是，以掠入射方式經過太陽的光線，其曲率的估計值達到１．７&rdquo這應該以下述方式表現出來。從地球上觀察，某些恒星看來是在太陽的鄰近處，因此這些恒星能夠在日全食時加以觀測。這些恒星當日全食時在天空的視位置與它們當太陽位于天空的其他部位時的視位置相比較應該偏離太陽，偏離的數值如上所示。檢驗這個推斷正确與否是一個極其重要的問題，希望天文學家能夠早日予以解決。
其次，我們的結果表明，按照廣義相對論，我們時常提到的作為狹義相對淪中兩個基本假定之一的真空中光速恒定定律，就不能彼認為具有無限的有效性，光線的彎曲隻有在光的傳播速度随位置而改變時才能發生。我們或許會想，由于這種情況，狹義相對論以及随之整個相對論，都要化力灰燼了。但實際上并不是這樣，我們隻能作這樣的結論：不能認為狹義相對論的有效性是無止境的；隻有在我們能夠不考慮引力場對現象（例如光的現象）的影響時，狹義相對論的結果才能成立。
由于反對相對論的人時常說狹義相對論被廣義相對論推翻了，因此用一個适當的比方來把這個問題的實質弄得更清楚些也許是允當的。在電動力學發展前，靜電學定律被看作是電學定律。現在我們知道，隻有在電質量相互之間井相對于坐标系完全保持靜止的情況下（這種情況是永遠不會嚴格實現的），才能夠從靜電學的考慮出發正确地推導出電場。我們是否可以說，由于這個理由，靜電學被電動力學的麥克斯韋場方程推翻了呢？絕對不可以。靜電學作為一個極限情況包含在電動力學中；在場不随時間而改變的情況下，電動力學的定律就直接得出靜電學的定律。任何物理理論都不會獲得比這更好的命運了，即一個理論本身指出創立一個更力全面的理論的道路，而在這個更為全面的理論中，原來的理論作為一個極限情況繼續存在下去。
在剛才讨論的關于光的傳播的例子中，我們已經看到，廣義相對論使我們能夠從理論上推導引力場對自然過程的進程的影響，這些自然過程的定律在沒有引力場時是已知的。但是，廣義相對論對其解決提供了鑰匙的最令人注意的問題乃是關于對引力場本身所滿足的定律的研究，讓我們對此稍微考慮一下。
我們已經熟悉了經過适當選取參考物體後處于（近似地）&ldquo伽利略&rdquo形式的那種空時區域，亦即沒有引力場的區域，如果我們相對于一個不論作何種運動的參考物體Ｋ&rsquo來考察這樣的一個區域，那麼相對于Ｋ&rsquo就存在着一個引力場，該引力場對于空間和時間是可變的。這個場的特性當然取決于為Ｋ&rsquo。選定的運動。按照廣義相對論；普遍的引力場定律對于所有能夠按這一方式得到的引力場都必須被滿足，雖然絕不是所有的引力場都能夠如此産生，我們仍然可以希望普遍的引力定律能夠從這樣的一些特殊的引力場推導出來。這個希望已經以極其美妙的方式實現了，但是從認清這個目标到完全實現它，是經過克服了一個嚴重的困難之後才達到的，由于這個問題具有很深刻的意義，我不敢對讀者略而下談，我們需要進一步推廣我們對于空時連續區的觀念。