1915 年，36 岁的阿尔伯特·爱因斯坦向柏林科学院提交了他对引力的革命性描述，这是人类智慧的杰作，后来被称为广义相对论。一路走来，路漫漫其修远兮，一共十年，虽然有许多误入歧途。从那时起，引力、宇宙、空间和时间的本质以及它们与物质和能量的关系将不再相同。

牛顿引力

在此之前，流行的万有引力理论是由艾萨克牛顿于 1687 年发表的，距离爱因斯坦出生仅192年。这个理论非常强大，它以一种有点神秘的方式描述了引力，假设任何两个大质量物体相互吸引的力与它们的质量成正比，与它们的距离的平方成反比。这种远距离作用使牛顿感到困扰，他没有解释他的力是跨空间的瞬时相互作用这一事实。太阳怎么能吸引地球，而你又怎么能不碰你的电脑呢？这种互动怎么可能是瞬间的？尽管如此，该理论仍然有效，这才是重要的。

狭义相对论和广义相对论

直到后来，19个世纪，人们无法用牛顿提出的力学解释水星的轨道异常。因此，爱因斯坦坚信，宇宙中没有什么是瞬间发生的。有限的速度是光速，对此进行纠正改变了一切。1905 年，他表明，对于相对于彼此以恒定速度移动的两个观察者，他们测量距离和时间的方式不同。移动的棍子更短，移动的时钟走得更慢。这就是他的狭义相对论，因为它仅限于匀速运动。他很快意识到，下一步是将这个理论推广到可以加速的物体，就像几乎所有物体一样。

在爱因斯坦认为“我一生中最幸福的想法”中，他意识到自由下落的身体不会感觉到自己的重量。（这就是为什么当你乘坐快速电梯时你会感觉“更轻”。向下的加速度改变了地球引力的净拉力。如果电梯下降，你只会漂浮。）从这个愿景中，爱因斯坦得出结论：重力和加速度是无法区分的。原则上，可以通过在您的前面或后面放置质量来模拟加速运动的推拉。

现在，想象一下从山顶发射的炮弹。它将跟踪抛物线曲线，直到它击中下方的目标。那是重力向下加速的炮弹。。

如果我们不考虑炮弹描述惰性平坦空间中的弯曲路径，而是想象空间本身是弯曲的呢？质量浓度越大，空间弯曲程度越大，对应的重力加速度也越大。水星是离太阳最近的行星，它的轨道会被它周围的弯曲空间扭曲。当爱因斯坦将他的理论应用于水星时，他发现可以很好地描述这颗行星的轨道异常。

爱因斯坦成为明星

因此，爱因斯坦的理论作为对具有足够大质量物体的牛顿理论的修正。尽管每个巨大的物体都会扭曲其附近（包括你）周围的空间，但影响很小。但是恒星、大型质量聚集体，以及最引人注目的黑洞，可以以非常明显的方式弯曲空间。

弯曲空间最直接的结果是，总是在两点之间寻找最短路径的光将遵循空间曲率：光线将沿着弯曲空间弯曲。因此，爱因斯坦预测，质量会使空间弯曲，从而使光本身弯曲。

这种光的弯曲在 1919 年的日食期间得到证实，使爱因斯坦一夜之间成为国际明星。正如透镜，一块曲面玻璃，可以使光线弯曲，使人们看得更清楚，空间也将充当透镜，扭曲来自遥远恒星和人眼可见和不可见的其他光源的光路。

这种效应被称为引力透镜效应，众所周知，并且已经在许多壮观的图像中得到了记录，从遥远恒星经过太阳时的光弯曲到爱因斯坦对星系周围壮观的明亮弧线的预测。来自远处光源的光束在中途被一个或多个大质量物体弯曲。爱因斯坦在 1936 年预测了这样的弧或环。例如，这就是估计星系团中有多少暗物质成为可能。由于暗物质仅通过重力与普通物质（像我们一样由原子组成的物质）相互作用，因此它会弯曲周围的空间。然后可以使用弯曲量来估计隐藏在星系或星系团中的不可见暗物质的数量。

爱因斯坦继续让我们惊叹

几周前，斯坦福大学的丹·威尔金斯领导的一个小组观察到了由于光的弯曲而产生的新的壮观效果。不仅可见光可以被重力弯曲；任何类型的电磁辐射都将遵循围绕质量的弯曲空间路径。当然，没有什么比巨大黑洞周围发生的事情更戏剧化了。光线严重弯曲，以至于我们甚至可以看到黑洞背后的东西。

在最近的发现中，被吸入黑洞的旋转物质过热，将电子与原子分离。这个旋转的热等离子体盘会产生强大的磁场，围绕黑洞形成弧形并在多个地方分裂。所看到的光线以 X 射线的形式出现，表现为洞前更剧烈的动作的微弱回声。

再一次，爱因斯坦最快乐的想法产生了一些壮观的东西，并且完全符合他的理论的预测。尽管他不喜欢黑洞——也不喜欢任何暗示自然规律崩溃的物体或现象，就像在黑洞内部发生的那样——但他肯定会庆祝他的非凡理论又一次取得成绩。106 年后，广义相对论每天都让我们惊叹不已。