余海峯
2016/12/23
愛因斯坦發表相對論至今已超過 100 年。百年之間，無數科學家使用各種方法檢驗相對論，所有結果都與愛因斯坦寫下的方程式的結果吻合，從未出錯。
䇄立不倒的相對論
自邁克生 (Albert Michelson) 與莫雷 (Edward Morley) 在 1887 年做的光干涉實驗驗證了狹義相對論的假設，到 2015 年位於美國的兩座激光干涉重力波天文台 (LIGO) 直接探測到廣義相對論預言存在的重力波，愛因斯坦的相對論的所有預言已全被實驗和天文觀測驗證。無獨有偶，這兩個發現同樣都基於光干涉實驗，巧合呼應愛因斯坦發現相對論之前所作的光線騎士思想實驗。
不過，這並不代表在未來不會發現相對論出錯。牛頓力學在很多情況仍然適用，例如計算太空探測器的軌道並不需要使用相對論。在需要比較精確的數據時，如全球衛星定位系統，才必須利用廣義相對論去糾正重力影響時間流逝速率的效應。沒有人知道在未來更加精確的測量下，相對論的公式會否出現偏差。
相對論與量子力學
物理學家非常清楚相對論與量子力學的假設互不相容。簡單地說，相對論禁止比光速更快地傳遞資訊，而量子力學則允許資訊在一刹那間橫跨宇宙。神奇地，描述大尺度時空的相對論與描述極微細粒子的量子力學，兩者於其應用範疇的預言都未曾出錯。
現在，物理學界傾向認為相對論並非大自然最基本的定律。很多人相信未來人類會找到能夠取代相對論、又與量子力學相容的時空和重力理論。
黑洞「火牆」
從前黑洞被認為是永不消失的。根據相對論，沒有任何物質能由黑洞視界（即光線也不能逃逸的界線）裡逃脫。然而，霍金 (Stephen Hawking) 在 1974 年預言，黑洞亦會以輻射粒子的形式流失能量。根據量子力學，真空並非真的一無所有，而是充斥著虛粒子對。量子力學裡的穿隧效應意味宇宙可以由虛無之中「借」來能量以產生虛粒子對，就好像這些虛粒子對由虛無之中穿越隧道到我們的宇宙中來，然後在極短時間內又互相碰撞、湮滅消失。宇宙似乎是個好債仔，有借有還。
霍金想像在黑洞的視界附近會有大量的虛粒子對產生又消失。可是，如果這些虛粒子對在非常接近黑洞視界出現的話，那麼它們就有可能在重新碰撞消失之前，其中一個粒子「不小心」越過了視界，落入沒有回頭路的黑洞之中。這樣的話，另一個粒子就失去了能與其湮滅的伴侶，能夠逃逸到遠處。由於能量必須守恆，逃逸的粒子帶有正能量，掉入黑洞裡的粒子就必須帶有負能量。所以對於遠方的觀測者來說，就如同黑洞拿自己的能量發射出一個帶有正能量的粒子。這個效應被稱為霍金輻射。
近年有理論物理學家發現，霍金輻射可能顯示相對論在黑洞視界失效。相對論的公式不能應用於無限密度。愛因斯坦本人也清楚，在黑洞中央、密度無限大的奇點，相對論會失效。不過，由於黑洞的奇點永遠被視界包圍，而沒有任何資訊能夠從視界內傳遞出來，所以相對論在視界外的宇宙仍力保不失。
愛因斯坦說，一個人不可能以任何實驗或觀測分辨出自己正受重力影響加速、或是位於無重力的慣性參考系之中。這叫做等效原理，是廣義相對論的基本假設。相對論公式說明，視界內外的時空並無分別，等效原理同樣適用。可是有理論物理學家發現霍金輻射在一般條件下會在視界外形成一道超高溫的高能量粒子「火牆」，任何穿越視界的人都會被極高能量 |
