宇宙空间到底有什么？
这个问题，如果问今天的科学家，他们会说宇宙空间高度真空，最多也就只有一些辐射、星际气体及尘埃等等。但是，如果你要问20世纪初的科学家，他们会告诉你，宇宙空间充满了以太。
以太这个概念，听起来挺神秘的。实际上，它在2000多年前就由亚里士多德提出了。这个概念不仅神秘，还随着人类科学观的发展而变化。到了20世纪初，它被看作是光的传播介质。他们认为，光之所以能够在太空中传播，就因为太空中有以太。
问题在于，如果光真的通过以太传播，那么传播速度应该是不变的。然而，在著名的迈克尔逊-莫雷实验中，光被证明在不同的惯性系和不同方向上都拥有相同的传播速度，这对以太的理论形成了挑战。
一直到了1905年，瑞士专利局的一位小职员解决了这个问题。他发表论文称，人类应该摒弃以太的概念，因为无论观测者如何运动，测得的光速都是一样的。按照这个理论，人们甚至要改变时间的观念，承认在不同运动状态下观测到的时间流逝速度也会不同。
这些理论非常大胆，但人们很快就意识到这个小职员的理论有多么正确。这位小职员由此声名鹊起，成为了历史上最伟大的科学家之一，他就是爱因斯坦。
不过，在爱因斯坦之前，有些科学家已经意识到了相同的理论。我们知道，爱因斯坦的狭义相对论中，涉及到了几个公式，那就是洛伦兹变换，它们解释了以相对论速度（达到光速百分比）运动的物体在质量、长度、时间等方面发生的变化。
听这个名字就知道，洛伦兹变换是由一位名叫洛伦兹的物理学家提出的。洛伦兹老爷子明明找到了这个公式，有机会解释光速不变的现象，但他仍然停留在以太的世界里，明明走到了狭义相对论的门口，却没有敲门。
洛伦兹的许多成就都是很重大的，并且在1902年因为其他理论获得诺贝尔奖。这么杰出的物理学家也难免陷入思维定式，可见爱因斯坦打破传统有多难。
有一种说法大家可能听说过，那就是如果没有爱因斯坦，狭义相对论也会很快被提出；但如果没有爱因斯坦，广义相对论不一定要等到多久以后才能被认知。
在提出狭义相对论后，爱因斯坦就意识到了这个理论的局限性。他从1907年开始意识到万有引力可以超光速的矛盾，但直到1911年才开始仔细思考这个问题。
1912年，他找到的方向，那就是通过对几何学的调整，来建立引力与加速度的关系。但是，他又遇到了新的问题，那就是如何调整几何学。
幸运的是，他在朋友的帮助下，找到了答案，那就是黎曼几何。几十年前，当黎曼建立这个理论的时候，也只把它看作是纯粹的数学概念，他做梦也想不到这玩意能和现实世界挂上钩。
在恶补了一番黎曼几何后，爱因斯坦终于找到了梦寐以求的方程。在这个过程中，他还和数学家大卫·希尔伯特聊过这个话题。事实证明，专业的数学家做运算还是比爱因斯坦快，希尔伯特在爱因斯坦之前就找到了这个方程。不过，他只不过是完成了运算而已，思想和灵感完全来自于爱因斯坦，所以大家都承认是爱因斯坦建立了这个方程，提出了广义相对论。
广义相对论告诉我们，质量可以扭曲周围的时空，越大质量的天体对周围时空的扭曲越强烈。所谓的万有引力，其实是物质在被扭曲的空间中运动的结果。
广义相对论的提出，真的轰动了世界，在宇宙天体尺度下，它推翻了人们奉为真理的牛顿力学。而且，不论是1919年著名的日食观测还是解释水星近日点进动之谜，广义相对论都得到了完美验证，也不由得人们不相信这个理论。
毫无疑问，相对论是迄今为止最伟大的理论之一。然而，爱因斯坦终其一生都没有能够凭借相对论获得诺贝尔奖，这是为什么呢？
原来，直到20世纪初，人类的思维依然比较保守。当时的人们想：如果连时间和空间都是相对的，宇宙还有什么不是相对的？难道道德和信仰也都是相对的吗？正因如此，当时的人们对于相对论的争议一直很大。
然而，相对论的正确性在当时就已经毋庸置疑了，其伟大性更是不言自明，其提出者无法获得诺贝尔奖实在说不过去。1921年，爱因斯坦终于获得了诺贝尔物理学奖，但获奖理由并不是相对论，而是因为他解释了光电效应。
尽管爱因斯坦已经打破了传统观念，提出了相对论，但他也难以完全摆脱固有思维，甚至在提出广义相对论的同时犯下了他一生之中最大的错误。那么，这个错误是什么呢？咱们下一期再介绍~
遥想20世纪初的时候，著名的开尔文勋爵豪言壮语地说：物理学大厦已经基本完成，未来的物理学家只需要进行一些修修补补即可。相对论的问世，让人们意识到物理学大厦上面还有广阔的天空。相对论以及同时发展的量子力学，开创了新的物理世界，不仅改变了人类对宇宙和物质的认知，也迎来了全新的时代。
人类的科技发展，就是在一次次的重大科学发现中实现的。
就像黎曼没想到自己的几何学能够催生广义相对论一样，爱因斯坦恐怕也没有想到自己的理论如何深入到人们的日常生活中。如今，不论是国外的GPS还是我们的北斗导航，如果没有相对论，这些定位系统都不会那么精确。
感谢这些科学家和科学理论，改变了我们的生活，改变了整个世界。你知道还有哪些科学和技术的进步，催生了今天的世界吗？
美国《时代周刊》推出《科学时代：引领未来的关键技术》一书，带领读者以宏大的视角审视人类世界的进步与发展。如果一个人想在各个维度了解人类为何能享受到今天的高科技世界，那么这本书就是最好的工具。
从宇宙大爆炸理论的诞生，到量子力学的开创，从计算机的问世，到消费电子的普及，从空间站和人类登月的壮举，到克隆技术的神奇，这本书没有错过任何一个细节。它用通俗的语言，带领读者真正认识这个世界，不再对现代科技迷茫。
霍金生前倾情创作，《时代周刊》特别授权，北大专业译者翻译，这本书值得拥有。现在下单，还有优惠，我们一起重新认识自己生活的时代和世界！