爱因斯坦向科学界投出了一枚重磅炸弹――广义相对论，这枚“炸弹”的威力要远胜于真实的炸弹。第一次世界大战极度地限制了科学家分享想法以及实施对于检验广义相对论的关键性实验。

 

　　一战时期，当时在俄国前线任职炮兵军官的德国物理学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）就试图尝试对相对论的理论进行检验。史瓦西的工作描述了一个球面非旋转大质量天体外部的时空弯曲――该结果后来被证明是研究黑洞的关键所在。在1915年给爱因斯坦的信中，史瓦西写道，“虽然不时有猛烈的炮火，但这场战争已经足够善待我了，让我摆脱这一切并借此了解你提出的理论和想法。”没多久史瓦西因疾病而死亡。

 

　　其他研究者似乎有着类似的厄运。1914年8月，德国天文学家欧文·弗罗因德里希（Erwin Freundlich）带领一支探险队在克里米亚观测日全食，他和他的同事希望能够观测到爱因斯坦所预言的结果：太阳引力会使得周围的星光发生偏折。但就在日全食出现之前战争爆发了，俄罗斯官员查封了这群科学家的装备并扣留了他们。

 

　　5年后，感受到战争阴影的英国天文学家亚瑟·S·爱丁顿（Arthur S.Eddington）在普林西比岛也进行了类似实验。出于良心，爱丁顿拒绝服兵役，但拒服兵役几乎让他入狱。后在他的同事、皇家天文学家弗兰克·戴森（Frank Dyson）的争取下，爱丁顿得到免服兵役的权利，条件是让戴森一起参加这次实验。战争结束后的1919年进行的这次观测，结果证实了爱因斯坦理论的正确性。爱丁顿将这一结果看作是和平的象征。在写给爱因斯坦的信中，爱丁顿说“这可能是发生在英国和德国之间的最好事情了。”

 

　　根据牛顿引力，一颗孤立的行星会按照相同的椭圆轨迹围绕它的恒星运转；而由于临近行星的影响会使得每次围绕太阳的椭圆轨迹逐渐偏移，或者说进动。早在1859年，天文学家奥本·勒维耶（Urbain Le Verrier）就指出，水星进动的数值要略多于纯牛顿引力所预言的结果。

 

　　期间，科学家们提出了一系列可能但却解释不通的原因。一些科学家认为，在水星和太阳之间必定存在一颗新的行星，并称其为祝融星。有些科学家认为是太阳附近的尘埃带，或者是水星的一颗没有被人类发现的卫星引起的进动异常。还有一些科学家则试图通过调整牛顿引力来解决这个问题。但这些解释都经不起推敲。

 

　　而广义相对论则解释了长达十几年的水星轨道进动之谜。1915年11月，爱因斯坦最终对这个问题给出了答案――他提出的新理论充分解释了水星的额外进动。后来爱因斯坦说这一发现让他激动不已。“几天以来，我自己一直沉浸在欢乐和兴奋中。”他写道。

 

　　这个结果立即提升了广义相对论的可信度。数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert）写信给爱因斯坦表示祝贺，并称赞他的计算速度――爱因斯坦仅用一个星期就推导出这个结果。爱因斯坦并没有透露这是他实践的结果：在他提出的理论还未成型之前，他就曾经做过许多次这样的计算。

 

　　20世纪30年代，一位极具天赋的年轻物理学家与著名的保守派天文学家针对相对论的宇宙影响发生了冲突。几年来他们激烈的争论活跃了整个科学界。

 

　　这位年轻的后起之秀是出生于印度的物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar），或称钱德拉，他的反对者就是当时天文学界的权威人士爱丁顿。他们争论的焦点是：古老恒星的命运。爱丁顿和其他大多数科学家认为，当恒星耗尽它们的燃料之后会简单地退化成白矮星。然而，基于广义相对论和量子力学的方程，钱德拉计算出极大质量恒星在生命终结时是不稳定的，并且会坍缩形成黑洞――黑洞这个词是十年以后发明的。

 

　　当时在剑桥大学的钱德拉，1935年在伦敦英国皇家天文学会的一次会议上提出了他的“令人吃惊”的结论。爱丁顿随即批评他的黑洞仅仅是数学上的玩具，而在现实世界中并不会发生这种情况，并将其称为“恒星小丑”。这种抨击持续了数年。

 

　　众所周知，爱丁顿有时会带有敌意地抨击他的同行。英国天体物理学家詹姆斯·金斯（James Jeans）、钱德拉的良师益友爱德华·A·米尔恩（Edward A.Milne）都遭受到类似的抨击。无论从个人角度还是专业角度，这种抨击都伤害到了钱德拉，于是他离开英国来到了美国。

 

　　最终，钱德拉塞卡那令人吃惊的结论获得了认可，天文学家们也因此开始在宇宙中寻找黑洞的线索。1983年，钱德拉因此项工作赢得了诺贝尔物理学奖。

 

　　爱因斯坦也并非尽善尽美，有时他的骄傲会晚于他的认错。一个例子发生在1936年，当时他与《物理评论》杂志编辑就同行评审过程发生了冲突。

 

　　当时在普林斯顿高等研究院的爱因斯坦与合作者纳森·罗森（Nathan Rosen）向《物理评论》杂志提交了一篇题为“引力波存在吗？”的文章。《物理评论》杂志的回答是“不存在”。事实上，由匿名外部专家进行的同行评审当时已经开始在美国期刊中推行。然而，爱因斯坦不习惯这个制度，因为3年前他离开德国的早些时候，曾定期在德国杂志上发表自己的文章，并不需要外部同行评审。

 

　　当得知自己的论文收到了严格评审时，他很气愤，并一怒之下撤了稿。“我们（罗森先生和我）......没有授权你复印之前交给任何专家过目。”他给《物理评论》编辑写道。“我看不到这样做的必要，去征求――总之是错误的――你们的匿名专家的意见。”随后，他和罗森把这篇论文毫无改动的提交给《富兰克林研究所杂志》。

 

　　然而，就在这篇论文出版之前，爱因斯坦重新修改了稿子，还将论文题目改名为“论引力波”，并得到了“引力波可能存在”的结论。事实上，匿名审稿人制度曾指出初稿中的这一缺陷。最近，历史学家证实了当初的匿名审稿人是普林斯顿大学的霍华德·P·罗伯逊（Howard P.Robertson），当这位审稿人的意见被忽略后，罗伯逊巧妙地接近爱因斯坦，并说服了他。

 

　　尽管同行评议曾经帮助爱因斯坦挽回面子，但是他仍然固执地从不在《物理评论》上发表科学文章。

 

　　广义相对论主要是在宇宙尺度上得以呈现的，但它的影响也会显现在家里，甚至是我们的口袋里。比如，许多智能手机需要依赖全球定位系统（GPS）来指引用户身在何处，如果没有相对论的话，GPS系统就无用武之地了。

 

　　根据广义相对论，时间在引力场中会减慢，其结果是，距离引力场近的时钟会比距离引力场远的时钟走得慢――这个效应被称作时间膨胀。时间膨胀导致了从地球表面经过的光红移，引力场越弱，光的电磁场会向一个较低的频率振荡。

 

　　1959年，物理学家罗伯特·庞德（Robert Pound）和格伦·雷布卡（Glen Rebka）在哈佛大学23米的高塔中进行了一次实验。他们在塔的底部和顶部分别安装了一束已知频率的光源和一个探测器，明确探测到了“引力红移”，即光子在传播过程其频率变化同爱因斯坦广义相对论所预言的一致。1977年，科学家通过发射一颗携带高精度铯原子钟的卫星证实了“时间膨胀”这一效应：卫星上的原子钟很快同地面上的钟出现了时间差异，与爱因斯坦理论所预言的相一致，为GPS导航奠定了基础。

 

　　对于GPS的运作，卫星上的时钟必须和地面保持同步，这样才能保证智能手机测量来自多颗卫星的无线电信号的准确走时。如果没有考虑到引力的时间膨胀效应，GPS卫星钟每天会比地面上的钟快几十微秒――这个误差最终会导致整个GPS导航系统无法正常运行。

 

　　40年前，在太空中上演死亡之舞的一对恒星给宇宙学家上了一堂生动的广义相对论课。该理论的一个重要预言是：大质量、加速的天体会在时空中发送引力波。科学家还没有直接探测到这种引力波，但是相互绕转的恒星却间接证实了引力波的存在。

 

　　天体物理学家约瑟夫·泰勒（Joseph Taylor）和他的博士生拉塞尔·赫尔斯（Russell Hulse），通过阿雷西博天文台的305米天线在银河系观测到了作为规则无线电脉冲信号的能量束。他们观测的结果之一是发现了一个距离我们21 000光年的双星系统PSR B1913+16，这次发现使他们名称鹊起。脉冲之间的间隔时间约59毫秒，有时比预期的长几十微秒，有时要短。很显然，一颗脉冲星围绕着另一颗中子星运转，是导致其信号传播到地球时间不一的原因。

 

　　更诱人的事情发生在随后的几年里：这颗脉冲星的轨道在收缩。轨道的收缩也正是爱因斯坦场方程所预言的引力波带走能量所致的。赫尔斯和泰勒为此赢得了1993年的诺贝尔物理学奖。自此，几个其他的双星系统也间接地证明了引力波的存在。

 

　　在几亿年的时间里，PSR B1913+16和它的伴星将会发生碰撞以及并合，随之会产生新的、更强大的引力波爆发。诸如先进激光干涉引力波天文台等探测器或有望探测到来自于这对死亡恒星的信号――最终科学家们才能真正确信观测到了引力波。