时空弯曲的本质是什么？

根据广义相对论，所有有质量的物体都能引起时空的弯曲，可是时空中的天体每分每秒都在运动，这些运动会即时的影响到其周围的时空，这种影响传递给其周围的时空时会有速度吗？换句话说，天体运动时对其周围时空的弯曲会有延迟吗？应该怎么去理解时空？

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Why does light bend? We know that current always seeks the path with the least resistance to return to the power source to form a closed circuit, and the same goes for electromagnetic waves. The signal transmission tower of a mobile phone emits electromagnetic waves, and the electromagnetic waves will return to the signal tower through the ground to form a closed circuit.
Light is also an electromagnetic wave that returns to the source point to form a closed loop, but the radius of this loop is so large that we consider it a straight line. Einstein said that light only bends when it receives gravity. In fact, light bends even when it is not subjected to any gravity, and it always returns to its source point. Einstein's term for light bending is simply a curve on a closed loop circle. Since it is relatively close to a certain planet, that segment of light has the least resistance, so the light chooses the path with the least resistance to form that segment of bending.
Let's talk about why a rainbow appears when a beam of white light passes through a prism. The light always returns in the path with the least resistance. When passing through a prism, seven different wavelengths of white light with different frequencies or wavelengths choose the path with the least resistance. Therefore, when separated in a prism, no matter how far it travels, as long as it is not absorbed or obstructed, it always returns to the emission point.

曲率(Curvature)

首先我们来讨论二维的情况。大家在高中数学里一定学过曲率的概念，不过在这里我并不想对曲率的定义作一个严谨的推导，这对于我们的理解没有太大的意义。我们只需要知道，曲率用来表示曲线的弯曲程度，一条曲线，它的曲率越大，那么说明它越弯曲，例如下面这张图，C点的曲率要比P点大。另外，我们还有一个曲率半径的概念，曲率半径就是曲率的倒数，即



对于圆来说，它的半径就是曲率半径，所以圆在各个点上的曲率相同，都等于 ， 为圆的半径，这也意味着圆在各个点的弯曲程度是一样的——这是显而易见的。
好，现在我们把曲率延伸到负数。像上面这张图， 是半径，箭头表示 的方向由P点指向圆心，我们说，P点附近的一小段曲线是朝着圆心弯曲的，这时候 的方向和曲线弯曲的方向相同，我们可以得到正曲率，并获得一个圆。但如果我们这时把r的方向扭转，从P指向外部，这时 与曲线弯曲的方向相反，我们就把这种情况叫做负曲率。并且我们把直线的曲率定义为0，因为直线是没有弯曲程度的。
测地线(Geodesic)

我们知道，空间中两点之间直线最短，但总是如此吗？考虑我们的地球，如下图，两个人分别在地球的两个位置，我们可以说蓝色线是两人之间最短的距离，但是在实际中，我们可以穿过地球吗？其中一人去找另一人，必然要经过红色的小圆弧，这也是最理想的情况（如果他是坐飞机的话）。但如果他是走路，路途中可能还要经过高山盆地。所以测地线的定义是，空间中两点路程最短的线，在平面中它无疑是条直线，但在三维空间中，我们可以理解为，朝一个固定的方向，但高低起伏的线。


但即使不在地球上，而是整个空荡荡的宇宙里，也会出现这样的情形。想象一下我们的世界是由无数张纸堆叠而成的，向下面这样：


这时候，这个世界是平坦的，两点之间的测地线就是直线。
但如果空间中出现了质量特别大的物质，比如天体，那么这个空间就会发生弯曲，如下图：


这时候两点之间的测地线就是曲线，但和地球上不一样，两点之间是空荡的，所以人依然可以走蓝线。但我们根本对人怎么走不感兴趣，我们在乎的是光怎么走。没错，对于一个弯曲的空间，光的路线也会被弯曲，这就使得“光沿直线行走”在宇宙中不再适用，光线会沿着测地线走。这能让你想到什么呢？如果一个很大质量的物体挡在一个光源的前面，那么由于大质量物体引起的空间弯曲，那光是不是有可能绕过这个物体而被我们看到？没错，完全有可能！但这不是衍射效应，而是引力透镜效应。
三角形和圆(Triangle and circle)

初中知识告诉我们，在一个平面中，任一三角形的内角和为180°，一个半径为r的圆周长为2πr。
现在我们来考虑一个球面。


我们在北极取一个点，画任意一条直线到赤道，这条直线和赤道必然都是垂直的。现在我们从北极任意画两条直线到赤道，这两条直线和赤道就构成了一个三角形。但这时，两条直线与赤道的夹角和已经是180°了，随着两条直线之间的夹角改变，三角形内角和已不再是定值，但它必然是大于180°的。
我们设球体的半径为 ，从北极点到赤道的测地线距离（即圆弧）为 ，显然，这个圆弧是一整个圆周的四分之一。而整个圆周的周长为 ，所以 ，也就是 。神奇的地方来了！想象我们是在球面上生存的蚂蚁，我们看不到这个世界的全貌，我们只能测得，北极点到赤道的距离为 ，所以我们会认为，赤道是以 为半径的圆,则在蚂蚁视角里，赤道的周长为 ，而这个 即是测地线的半径，对应了二维平面的周长。但是当我们从三维视角看去，赤道的周长为 。
也就是说，从二维平面看赤道周长是，而在三维视角看赤道周长是 。在三维里的圆周长变短了！
平坦宇宙(Flat universe)

前面提到了曲率，以后我们将用 表示曲率。
对于一个无限大的平面，它的 ，这是显而易见的，因为直线的 。
我们把的宇宙叫做平坦宇宙，如下图所示。顾名思义，平坦宇宙就是平的，光沿直线传播，三角形内角和为180°，圆周长为 ，这是一个非常理想而完美的宇宙。


封闭宇宙(Closed universe)

对于不平坦的空间，我们只考虑被表面所围的内部，比如对于以下的球体，我们只考虑我们生活在其内部而不是外部。这时候，内部的半径和曲面弯曲方向相同，则 ——类比半径和曲线弯曲方向相同时曲率为正。
对于 的空间，我们称作封闭宇宙，这也很好理解，我们在球体里面，像是被封闭了一样。封闭宇宙里的三角形内角和大于180°，圆周长小于。但“封闭”还有另外一种理解，如果我们从北极点出发，朝任意一个方向一直直行，我们一定会绕一个圈回到北极，也就是有始有终，这样的世界虽然没有边界，但我们沿一个方向走可以回到同个位置，像是被封闭在一个循环里。但对于平坦宇宙，很明显，当我们朝着一个方向一直走，将会是永无止境——如果世界没有边缘的话。


开放宇宙(Open universe)

的情形都讨论过了，那么只剩下 的情形。
这个情形证明起来比较费解，所以我选择了用图像来帮助大家理解。我们只需要知道， 的宇宙，是一个马鞍形的，如下图：


为帮助理解，我自己画了一张图。如图，我们先取一段小曲线，不一定是圆弧。第一种情况，我们在曲线弯曲方向取一个对称轴，将曲线绕着对称轴旋转一周，就变成了一个椭球，形状类似于橄榄球。第二种情况，我们在曲线弯曲的反方向取对称轴，将曲线绕着对称轴旋转一周，就变成了一个马鞍形，形状类似中国第一高塔——广州塔（AKA小蛮腰）。


我们说，只考虑表面所围的内部。对于橄榄球，其内部是和曲线弯曲方向相同的，所以 。但对于广州塔而言，它的内部和曲线弯曲方向相反，所以 。而对于的宇宙，我们叫它开放宇宙。在开放宇宙里，三角形内角和小于180°，圆周长大于 （证明略）。“开放”一词的含义来源于它没有尽头。我们想像把广州塔上下延伸，圆截面变得越远越大，我们朝上下任意方向走，都没有办法走到尽头。
这就是理论上宇宙的三种形态。而我们现在的宇宙是在一个 的情形下，也就是几乎平坦的宇宙。因为大质量天体的存在，光线总会发生偏折，所以宇宙不可能是绝对平坦的，但是在大尺度的发展上，它满足一个平坦宇宙的条件。

这种影响就是引力波嘛，速度就是光速。

了解一下物理学的历史上关于时空问题的几次争论，有助于对这个问题的理解。https://zhuanlan.zhihu.com/p/120982895