然而狭义相对论成功创立后,爱因斯坦并不满意。认为狭义相对论对牛顿绝对时空观念的否定远非彻底。他在晚年对此总结说:“如同在经典力学中一样,在狭义相对论中,空间也是表述物理实在的一个独立部分。”他坦言,“狭义相对论的这个刚性四维空间,在某种程度上类似于洛伦兹的刚性三维以太,只不过它是四维的罢了”。
在狭义相对论中,物体运动的空间背景既是真空态也是物理态。如果说空间背景的真空态是理论假设的需要,那么空间背景的物理态却是牛顿力学观点的残留。
狭义相对论虽然使牛顿的刚性时间变成了弹性时间,并通过物体运动速度的纽带作用,把牛顿力学中孤立存在的时间、空间及物体运动紧密联系到了一起,但既然狭义相对论仍把空间看成是“表述物理实在的一个独立部分”,那也就表明狭义相对论与经典力学在时空观念上依然藕断丝连,并未自成一家。就像经典力学把空间当成盛满以太的刚性容器一样,狭义相对论也还是把空间当成刚性容器,只不过倒掉了以太而已。
爱因斯坦反复思考了近十年的时间,终于使自己的理论在时空观念上完全摆脱了经典力学的羁绊。1916年,爱因斯坦走出了突破牛顿理论局限性的第二步,发表了《广义相对论基础》。爱因斯坦晚年对此进行了追述,“广义相对论的起因主要是力图对惯性质量和引力质量的同等性有所了解”。正是从证明惯性质量与引力质量等效原理出发,爱因斯坦将相对性原理从惯性系推广到非惯性系,从而成功地创立了以几何引力为核心观点的广义相对论(其引力方程已提前于1915年发表)。借助于几何引力这个新观点,广义相对论彻底改变了狭义相对论中时空的刚性属性,从而使得爱因斯坦的相对时空观与牛顿的绝对时空观,真正做到泾渭分明——
经典力学的时空是充满了以太的刚性时空,狭义相对论的时空是清除了以太的刚性时空,广义相对论的时空则是受物体质量作用而变形的弹性时空。
有赖于以埃丁顿为首的具有无私精神的英国天文学家对光线弯曲的验证(1919年),广义相对论一举攻破了牛顿理论的最后堡垒,赢得了有史以来物理学理论最辉煌、最激动人心的成果。埃丁顿等人所验证的正是爱因斯坦关于光线偏折的预言:“以入射方式经过太阳的光线,其曲率的估计值达到1.7”。
太阳等天体使光线弯曲的事实,表明其时空背景也必然是弯曲的,于是人们就直接将光线弯曲称为时空弯曲了。
时空弯曲(或称畸变、翘曲、扭曲、卷曲以及几何形变等)说来神秘,其实并非那么神秘。就如同人们皱眉时眉心及额头会出现皱纹,也如同地球岩层受力的挤压会隆起形成褶皱变成高山一般;时空在受到力的作用时也难免会弯曲变形,只不过时空在我们眼里是透明无形的,因而它的凸凹不平的变化无法被我们直接察觉罢了。至于时空受到的力,则是来自天体质量的作用力。
那么,时空弯曲是如何产生引力效应的呢?
这里举个容易模拟操作的例子吧:在平铺的白纸上投下一颗玻璃球,玻璃球随即会按着惯性远远滚开;但若把白纸弯曲成半圆形后再投入玻璃球,玻璃球就只能乖乖地在弧形空间里来回滚动了。这里的情景虽非引力效应的实质性体现,但却在一定程度上启示我们:时空弯曲能够产生限制物体运动的“类经济学效应”。