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20世纪早期由阿尔伯特· 爱因斯坦推导出来的狭义相对 论描述了观测者和系统相对彼 此处在统一的恒定运动中。爱 因斯坦想要将这一工作扩展 到系统变化其速度的情况中 去——比如某些物体正在加速 时。通过将相对性扩展到加速 参照系中，爱因斯坦系统地阐 述了关于引力的一种新理论， 到目前为止，它被证明是*为 正确的。 广义相对论的基石是等价 性定理。这一定理提出势阱—— 具有引力场的物体的周围区 域——中的状况可以通过一个 加速中的参照系得到再现。有 一个力——比如引力——作用 于其上的参照系可以通过恰当 的加速度的应用而抵消。因此， 这意味着力和加速度等价。 运用广义相对论的定律， 空间的三个为人所熟知的维 度——上和下、左和右以及 内和外——可以与向前的一 维——时间相连。它们可以被 看作是四维的时空连续体，连 续体中两个物体间的*短距离 是测地线。尽管测地线通常都 是直的，但时空连续体可能是 弯曲的，因此测地线的真实形 状也是弯曲的。这种弯曲发生 在大质量物体——例如恒星、 行星以及在*大尺度上的星 系——扭曲了时空连续体并成 为势阱时。电磁辐射中的光子 在时空连续体中沿着直线传播， 但当它们靠近势阱时，它们在 三维空间中转化为曲线。这导致的一个结果就是名为 引力透镜的 现象，它使得遥远的一个天体(如类星体)分解成了两 个或者* 多的图像，这是由一个介入中的星系的引力场造成的 。 广义相对论不再将引力作为一种力来解释其效应 ，这可以通 过对行驶在道路转弯处的汽车来解释：乘客被离心力 推向一侧。 但这仅仅是一种表观力，乘客的身体实际尝试继续沿 直线运动， 但与正向新方向运行的汽车的侧面接触。引力可以被 看作是一种 类似于离心力的表观力。 弯曲的时空连续体中直线路径的概念可以通过地 球表面上的 两个人形象化；他们都站在赤道上，但位于不同的经 度，没有人 会怀疑如果他们走在平行的路径上，那么他们不会相 交。但如果 他们持续向北沿直线走到北极点，他们会越来越接近 。如果他们 以相同的速度前进，那么他们将在北极点相遇。这看 起来像是一 种引力将他们拉到了一起，但他们所做的只是沿着弯 曲表面—— 地球——上的直线路径行走。引力可以用这种方式来 理解，但因 为人类是三维的存在，所以我们不能够感知宇宙在第 四维上的弯 曲。这种弯曲的效应就是被称为引力的力。 天体物理学包含了宇宙中应有的所有可想象的尺 度。其中的 一些尺度与我们*为熟知的那些(从微米到数千千米) 的尺度看 起来大不相同。在这一极限范围之外，就*需要使用 我们的想象力。 宇宙在这些不同的尺度上看起来有很大的不同，但是 物理定律对 它们都适用。 在现代科学所能达到的*小尺度——约10-16米 ——上，物质 由名为夸克的基础粒子构成。它们三个一组，形成基 本粒子—— 质子和中子。原子的大部分质量都集中在它的原子核 内，圆之 直径为10-16米。事实上原子的所有体积都由电子占 据，它们存在 于原子核周围，位于通常被称为电子云的区域中。电 子云的直径 大约是原子核的1000倍，或者说10-10米。 在人类的尺度上缺乏亚原子尺度上的量子现象 以及大尺度上的相对性效应。我们能够透过放大镜 观察并且未意识到量子相互作用导致光子从物体 上反射，到达我们的眼睛，让我们能够在*大尺 度上看到一个较小的物体。在*大的尺度上，我 们以十、百乃至千米为单位测量，这些或许能够 很方便地以指数表达出来：地球的直径是10，米， 地球和太阳之间的距离是1．49亿千米，或者说是一 个天文单位(Au)。同样作为太阳系中的一部分的水星 ——距离 太阳*近的行星——到地球的平均距离为0．39AU； 地球到达*遥 远的冥王星(现已被降级)的平均距离为39．44AU。 当千米数或是天文单位数超出了人类所能理解的 范围，天 文学家就以光年为单位测量。1光年相当于95万亿千 米(或 63240AU o太阳系的外部区域被称为奥特星云，可能 延伸了到半 人马座比邻星——距离我们*近的恒星——4-3光年 之外的距离的 1／4。以10千米／秒行进的火箭将需要10万年才能到 达这颗“邻近” 的恒星 太阳系存在于银河系——个包含了超过1000亿颗 恒星、直 径延伸了8万光年到10万光年的巨大系统—— 太阳距离银河系中心大约2．8万光年。夜空中每颗可 见的恒星都 位于银河系中。 银河系是名为本星系群的星系团中的一部分，其 半径大约为 250万光年。它在本星系群中的*近邻居位于16万光 年以外。位 于230万光年以外的仙女座星系是在良好条件下通过 裸眼能够观 察到的*远的天体。本星系群属于本超星系团，本超 星系团半径 为5000万光年。P20-22