第一章
绝妙之夏
2017年夏天，阿尔伯特·爱因斯坦大获全胜。5月25号星期四，正是一年的暮春时节，学术期刊《物理学评论快报》在网站上发布了一篇论文。这篇论文描述了一场为期十九年的战役，内容是观测两颗绕着我们银河系正中心超大质量黑洞运转的恒星。这两颗恒星之所以特殊，是因为它们的轨道离黑洞很近，导致它们绕转的速度达到了光速的百分之几[4]，即每小时2000万到3000万千米。这些轨道中有可能存在和广义相对论预言不同的现象，拿来检验爱因斯坦的理论再理想不过了。然而，由加州大学洛杉矶分校的安德莉亚·季姿[5]率领的这支团队并没有发现什么不同。爱因斯坦又一次经受住了考验，这是第一次在黑洞周围的轨道上进行的检验。
7月1 8号星期二，晚上8点，在德国小镇达姆施塔特（Darmstadt）上，一位科学家站在林立的计算机屏幕前，下达了关闭指令。5秒之后，地球150万千米开外，“丽萨探路者（LISA Pathfinder）”卫星关闭了。整个房间里回荡着如释重负而又黯然神伤的叹息。16个月以来，两个边长1.8英寸[6]、完全相同的金铂合金方块，一直自由地漂浮在卫星的真空舱内，保持着几乎完全一样的间距。卫星必须要周期性地微调，从而抵消太阳质子和辐射轰击造成的位置偏移。如果任何一个方块碰到了舱室内壁，都会是一场灾难。要想任务成功，特制的飞船推进器和复杂的传感器必不可少。在16个月的过程中，这颗卫星的内部是全宇宙最宁静的地方。这个任务的成功，让科学家们离梦想更近了一步：用一组名叫丽萨（LISA）的空间探测器观测引力波。
这个夏天的八月甚至更妙。8月14号星期一，美国的引力波探测器（LIGO）和意大利的室女座（Virgo）探测器挑出了一个14亿年前双黑洞并合的信号。这不是首次探测到引力波信号——那个意义重大的时刻发生在大约两年前。但是这是第一次同时由LIGO和室女座探测器探测到信号。前者的两台设备分别位于华盛顿州的汉福德（Hanford）核禁区[7]附近以及路易斯安那州的巴吞鲁日（Baton Rouge）[8]附近。后者位于意大利的比萨附近。三重探测让科学家能更好地确定出源在天空中的位置。
三天后，又一次引力波爆发摇撼了LIGO和室女座探测器灵敏的镜面。几秒之后，游弋在地球上空534千米处的费米伽马射线空间望远镜探测到了同样一片天区传来的伽马射线爆发。很快，搜寻性的研究就锁定了信号来源的星系。在接下来的几个小时和几天内，全世界的天文学家观测到了各种形式的光，从X射线到射电波，全都是从同一个位置传到地球的。这一次，信号源是两颗中子星，离地球大约1.4亿光年；它们在互相绕转、并合的过程中产生了引力波。随后爆发了核火球，蕴藏着超乎想象的能量。
单单是这一次观测，就揭示了爱因斯坦没想到的奇观。如果你戴着金项链或者铂金戒指，那么这些罕见（且昂贵）的元素很有可能就是在类似于这次观测的核子灾变中诞生的。实际上，宇宙中大多数的金和铂，如今都被认为是在中子星坍缩过程中产生的。
如果这还不够的话，再想想另一个事实：中子星并合前一瞬间发出的引力波，和并合后一瞬间发出的伽马射线，在飞行了1.4亿光年后，到达地球的时间仅差2秒钟。这说明至少在小数点后15位的精度上[9]，引力波的速度和光速都是完全相同的。令人惊异的是，这正是爱因斯坦在1916年所预言的。
接下来的8月21号周一，在怀俄明州的卡斯珀山（Casper Mountain）顶峰附近，业余天文爱好者唐·布伦斯（Don Bruns）[10]独自一人在折叠沙滩椅上坐定。当天有全日食带[11]穿过美国，一摁按钮，他的笔记本电脑就遥控一台Tele Vue牌的NP101is望远镜，趁日食时拍摄一系列太阳照片。他的目标是重现1919年由亚瑟·斯坦利·爱丁顿领导的职业天文学家队伍进行的著名实验。爱丁顿的观测证明了引力弯折光线的方式和爱因斯坦预言的一样，从而推翻了牛顿的理论，让爱因斯坦声名鹊起。布伦斯想看看，只靠一台消费级现代望远镜、一台CCD[12]相机和计算机控制的装备，非专业的天文爱好者能做到什么程度。分析完他的数据，布伦斯同样证实了太阳引起的光偏折和爱因斯坦预测的一样，但他的测量精度要胜过爱丁顿三倍。
若干诸如此类的事件被媒体一概而论，起上类似于“爱因斯坦又对了”的标题。他们固化了一个关于广义相对论的童话故事：1905年，瑞士伯尔尼（Bern）专利局的卑微职员爱因斯坦创造了狭义相对论，然后他开始研究引力，艰苦工作十年，创造了广义相对论。1919年，爱丁顿通过测量星光偏折证实了他的理论。爱因斯坦声名鹊起，他的理论大获全胜，大家从此过上了美满幸福的生活。
真实的广义相对论故事远比这要复杂。20世纪20年代，爱丁顿的结果受到了很多人质疑，尤其是美国天文学家。1917年，实验并未测到另一个效应，而爱因斯坦认为这个效应对检验他的理论至关重要——太阳光的波长向光谱的红端移动[13]。这很显然影响了爱因斯坦拿诺贝尔奖的机会。直到1921年，他才因为他在光电效应[14]方面的研究获奖，而不是广义相对论。
广义相对论被认为是极其复杂的，其中还包括时空弯曲这种搞糊涂了当时大多数物理学家和天文学家（更别说普罗大众）的诡异新概念。1919年11月9号发行的《纽约时报》上，一篇关于相对论的文章头条是：“为12位聪明人而写的书/当出版商冒险接收此书时，爱因斯坦说世上能理解之人绝无更多。”爱因斯坦可能最早在1916年的时候就说过类似的话，来描述他写的一本关于相对论的科普书。另一个差不多意思的故事来自爱丁顿。1916年，广义相对论的最终形式发表不久后，爱丁顿首先意识到了它的重要性。他开始深入学习这门理论，随后组织了一支队伍去测量光线偏折。1919年11月皇家天文学会和伦敦皇家学会联合会议的闭幕式上，爱丁顿汇报了自己测量的成功结果。据说，有个同事说：“爱丁顿教授，您肯定是世界上仅有的三个能理解相对论的人了！”爱丁顿否认了。同事坚持说：“爱丁顿，别谦虚了。”爱丁顿回答道：“恰恰相反，我想不出第三个人会是谁。”
或许的确只有屈指可数的人能理解广义相对论，但成千上万的人被它所吸引，想要读到关于广义相对论和爱因斯坦的事情。在大众传媒上，广义相对论引发的科学革命，被放到了和哥白尼、开普勒和牛顿的远见卓识同等重要的位置上。一篇又一篇社论发了出来，一边赞叹它是人类有史以来的最大成就，一边抱怨要理解它太困难。爱因斯坦在1919年底亲自为《泰晤士报》写了一篇长文，试图把理论解释给普通人听。他的照片光耀四射，刊登在1919年12月14号德国新闻杂志《柏林画报》封面上，标题是“世界史上又一伟大人物”。
然而科学家们认为，尽管这理论如此复杂，它对伟大的牛顿理论做出的修正却极其微小。彼时，实验物理学家统治物理界。在他们看来，广义相对论永远不会成为主流。
在这种怀疑思潮下，广义相对论研究很快就无人问津，停滞不前。到20世纪20年代中期，爱因斯坦已经转向研究结合引力和电磁力的规范场理论，其他广义相对论研究者也紧随其后。然而，这种尝试以徒劳告终。在此后35年里，只有一小撮人在研究广义相对论，而且研究的基本都是非常抽象的数学问题和基本概念。科学史学家珍·埃森史泰特将这段时期称为爱因斯坦理论的“枯水期”。此时人们对爱因斯坦理论的典型看法，可用1962年一位毕业生收到的建议概括。当时这位学生刚从加州理工学院毕业，准备去普林斯顿大学读研究生。母校一位著名的天文学家叮嘱他，去了普林斯顿后千万别研究广义相对论，因为不管是对物理还是对天文，它都永永远远没有用处。好在那位学生——基普·索恩（Kip Thorne）[15]——并没拿这条建议当回事。
当基普启程向东，前往普林斯顿那爬满常春藤的围墙之时，加州理工学院的天文学家们正准备宣布一类特殊天体的发现。他们称之为“类恒星的射电源”，或“类星体”。这些释放出射电波的天体非常遥远，能量又极其强大，一切传统的物理理论都无法解释。有少数人开始思考，广义相对论是不是能提供解释？他们找来天体物理学家和广义相对论学家，开了一场专门针对类星体的会议。1963年12月，在达拉斯召开了一场历史性的会议，史称“第一届得克萨斯相对论天体物理研讨会”。没过几年，其他发现也表明广义相对论在天体物理中绝对有一席之地。1965年，人们探测到了宇宙大爆炸遗留的微波背景辐射[16]。1967年，射电天文学家发现了第一颗脉冲星，随后又发现了更多[17]。如今我们知道，脉冲星其实是高速自转的中子星。1971年，人们发现了一颗致密而强大的X射线源，正绕着一颗普通恒星转动。这是第一个黑洞候选体。要想理解这些现象，非得用广义相对论不可。
这些发现带来了广义相对论的复兴，它逐渐重回物理和天文学的主流视野。这当然也少不了技术革新的作用，譬如原子钟、激光、超导的发明以及空间项目的上马。新出现的工具以前所未有的高精度检验了广义相对论，巩固了它的实验基础。毕竟，要想用爱因斯坦的广义相对论解释类星体、脉冲星、微波背景辐射，你先得知道它正不正确。抛开爱因斯坦的盛名不谈，彼时与广义相对论逐鹿的还有其他引力理论。其中一个叫作布兰斯—迪克理论，命名自普林斯顿大学的罗伯特·迪克和他的学生卡尔·布兰斯。这一理论自信地声称，自己就和爱因斯坦的理论一样可行。这些竞争刺激了更多优秀实验的产生，去检验爱因斯坦到底是对还是错。
其他契机也为广义相对论的重生铺好了路。讽刺的是，其中一个可能是1955年4月的爱因斯坦之死。再没有哪个物理课题单独和某个伟大人物如此紧密地相连。当时，仅有的几个广义相对论研究者经常去普林斯顿朝圣，把他们的成果讲给爱因斯坦听，期待获得一些赞许。2015年庆祝相对论诞生百年时，法国数学家伊冯娜·乔克特—布鲁哈写了一篇优美的回忆文章，怀念她1951年在高等研究院的访问，那时她还是个27岁的博士后。那年她多次拜访爱因斯坦，向他阐述自己关于场方程解存在性的数学研究，并听他讲他自己的规范场理论。他表示十分欣赏她的工作，这项工作后来也成了这个领域的重要里程碑。他自己对规范场理论的研究一无所获。但随着爱因斯坦的生命落幕，场论反倒重获自由，按自己的方式继续发展了。
另一个契机，可能是相对论专家的小团队开始形成社群。1955年7月，在瑞士伯尔尼召开了一场会议，纪念狭义相对论诞生五十周年。从此，开办有关相对论的国际会议就变得常态化了。1959年，在法国罗亚蒙特（Royaumont）举行了第三场此类会议。会上，这个领域的领头羊们建立了一个广义相对论“国际委员会”，用来帮助组织此类会议、整理已发表的论文，并提供全世界各研究团组的信息。这个组织最终演变成如今的国际广义相对论与引力学会，它选任官员、征收年费，还办了自己的学术期刊。
事实上，科学远不止知识本身，它还意味着研究者组成的社群。研究者们分享知识、团结合作、互相竞争——甚至是互相纠错，进而巩固科学事实，推动这个领域的科学进步。一些科学史学家认为，是因为在20世纪50年代晚期，相对论研究社群兴盛起来了，所以60年代的天文学新发现才能得到灵活高效的回应。
到1979年爱因斯坦诞辰时，60年代开始的广义相对论复兴正发展到顶峰。相关书籍如潮水般纷纷出版，证明了这个领域的鲜活和刺激。爱因斯坦那些复杂的方程，已经有了在各种情形下求解的办法，分门别类如工具箱一般。当问题更复杂时，研究者干脆就用计算机来求解。人们做了许多检验广义相对论的实验。其中有些实验是那些“经典”实验在新技术下的升级版，譬如测量光线偏折时，用类星体的射电波代替恒星的可见光。还有一些新实验爱因斯坦从未设想过，例如“夏皮罗时间延迟”现象：当雷达追踪在轨的行星或者航天器时，若是信号传播途中经过太阳附近，将发生额外的延迟。[18]
人们开始接受并认识理论中的黑洞，黑洞真实存在的证据也在慢慢累积。关于宇宙的基本结构和演化过程的模型已相当漂亮，宇宙学家甚至开始研究大爆炸后万亿分之一秒内发生的事情。不过，虽然研究了20年后脉冲星有了很好的理论解释，类星体的本质却依然是个谜。
广义相对论的100周年诞辰以一场华丽的仪式宣告开幕。1978年12月，在德国慕尼黑举办的第九届得克萨斯相对论天体物理研讨会上，来自马萨诸塞州大学的约瑟夫·泰勒报告了广义相对论新检验方法的最新进展，这个了不起的方法是他和学生拉塞尔·赫尔斯在1974年发现的。它是一颗脉冲星，绕着一颗伴星旋转，俗称“脉冲双星”。泰勒在报告里描述了他们如何从1974年开始观测这颗脉冲星的绕转轨道，如今已经首次确认了爱因斯坦理论最重要的预言之一——引力波的存在。19年后，泰勒和赫尔斯获得诺贝尔物理学奖，这也是诺贝尔奖首次颁发给广义相对论相关的研究。如果说广义相对论在1919年只是初露锋芒，那么如今它的的确确称得上是大获全胜了。
然而，地平线上仍徘徊着几片阴云，潜藏着更多阴霾。当然，它们无一直接威胁到爱因斯坦理论的霸权——到1979年为止，广义相对论与任何实验都相符，这一完美的记录一直持续到现在——但是这些阴影意味着，爱因斯坦的理论可能仍然并不是引力理论的最终形态。
第一片阴云是理论上的问题。除了发展狭义和广义相对论，爱因斯坦还是量子力学的先驱。尽管他的意见总是和量子物理的一些诠释相左，但他首先承认了，量子力学在解释亚原子层面的测量效应上取得了辉煌的成功。甚至他时常痛斥的那些幽灵般的概率问题（“上帝绝不掷骰子！”），由最近的实验看来，也是真实存在、无法避免的。从实践（化学、半导体、核磁共振成像、核能、智能手机……等无穷无尽的东西）到狂想（夸克、希格斯玻色子[19]、量子计算机……），量子力学掌控一切。万物内部最基本的力量——支配原子核的强相互作用，支配带电粒子和光的电磁相互作用，支配某些放射性衰变、和某种名叫中微子的诡异粒子紧密相关的弱相互作用——如今都要靠量子力学来理解。“量子无处不在”的信念在物理学界如此普遍，以至于它几乎成了一种信仰，这种信仰要求那最弱的力——引力，也要以某种方式“量子化”。
当然，这种想法不单单是出于信仰。如果纯粹从理论方面来看广义相对论，那么它实际上埋藏着颠覆自己的祸根。最常见的例子就是黑洞。在本书后面我们会谈到，黑洞中心存在着一个“奇点”。奇点是空间中的某个位置，在此位置，时空的弯曲、物质的密度、压力和能量都变成了无穷大。按照标准的广义相对论，在宇宙最初一瞬间的“大爆炸”时，也存在着类似的奇点现象。然而在通常的理解下，倘若一个理论预言出了无穷大，那它就是崩溃了。举例来说，1911年的实验表明，原子内部是带负电的电子，绕着中心一个极小的、带正电的核转动。此时，科学家立马意识到了有什么地方不对。因为绕转的电子本应辐射出电磁波，失去能量，越转离原子核越近，最终释放出无穷大的能量。为了拯救这个局面，尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）提出了原子的量子力学模型，要求电子在固定的轨道上绕转。只有当电子从一条轨道跳（或者叫“跃迁”）到邻近的低能量轨道时，才会辐射出光子。并且每个原子都有一个“基态”，也就是能量最低的轨道。一旦跳到这条轨道上，就不能再自发跃迁了。埃尔温·薛定谔和维尔纳·海森伯后来进一步发展了量子力学，用概率和不确定性原理完善了这幅图景。
在黑洞和大爆炸奇点的问题上，人们寄希望于量子力学或许可以用类似的办法伸出援手。比如说，就像原子基态理论避免了电子落到原子核那样，或许也有什么原理能避免物质落到黑洞中心形成奇点。
然而这条路上有个障碍。差不多100年了，还没出现过一种能被人们接受的量子引力理论。这不是因为没人努力：全世界都在尝试攻克此问题，研究角度旁逸斜出，叫人眼花缭乱。还发明出了一堆高深莫测的名字，举几个例子就可见一斑：正则量子引力、超弦理论、因果集合理论、圈量子理论、反德西特/共形场论对偶……此处就不连篇累牍地讲这个问题多么困难了，我们直接跳到最终结论：爱因斯坦1915年提出的广义相对论形式是无法量子化的。无论目标理论最终是什么样，它必然和广义相对论不一样。问题在于，它会有多不一样？以及，我们怎么去发现这些不一样？有种观点认为，量子引力只在大爆炸之后的千正[20]分之一秒（即10-43次方秒）内，或者在能量比日内瓦的欧洲大型强子对撞机高千亿倍时，才会变得显著。在黑洞内部，量子效应同样只在中心奇点周围极短的距离内起作用。既然包围奇点的事件视界阻止了内部信息的外泄，我们何必在乎黑洞内部发生了什么呢？因此，在这种思维下，我们永远不可能测到量子引力效应。这引发了一个科学难题：如果你有两个不同的理论，却没有任何可行的方法去检验它们，那么你如何判断它们孰对孰错？靠是否优美？是否简洁？民主投票？信仰？那还算科学吗？
另一种观念是不可知论。正如你将在本书后面部分看到的，我们关注的基本都是在有限的时间内、用有限的预算（虽然有时价钱很高）能做完的实验。正因如此，本书就不详细描述发展量子引力理论的种种尝试了，否则就又可以写一部漫长而复杂的史书了。然而，我们必须承认，科学界还不太知道如何让广义相对论和量子力学兼容。因此，未来的实验很可能会因为二者不兼容而失败。倘若这真的发生了，那么这类实验观测将会为量子引力理论指出一条路。目前，我们只能不断地用更高的精度、更新的方法去检验爱因斯坦的理论。
笼罩在地平线上的第二片阴云，称为暗物质。如今，大多数物理学家和天文学家都相信，可观测宇宙只有4%是由普通物质构成的。我们自己就是这种物质。我们了解的一切，爱过的一切，都由它们构成：质子、中子、电子以及其他基本粒子。这些粒子加在一起，组成了物理学家所说的“标准模型”[21]。还有大约23%的东西叫作“暗物质”（其余的73%我们稍后再谈）。有很强的证据支持暗物质的存在。旋涡星系中恒星和气体的速度，星系团中星系的速度以及星系和星团周围光线的偏折，都大得无法用星系中普通可见物质的质量来解释[22]。在这些天体周围应该还有其他的物质，不发光但产生引力，因此被称为“暗”物质。宇宙背景辐射密度的微小起伏，也肯定了暗物质的存在。甚至大爆炸100万年后开始的星系形成，也要借助暗物质才能恰当地解释。是暗物质的引力把普通物质拖进了团块，并最终坍缩、并合，形成了我们如今看到的恒星和星系。
暗物质最可能的候选者，是标准模型之外的基本粒子。只需稍微调整一下模型，粒子物理学家就能发明出一大堆看似合理的候选粒子。若果真如此，在你读这本书的每一秒钟，都有上百万这种粒子穿过你的身体。因此倘若有个足够灵敏的探测器，理应能探测到其中的一些。然而，全世界的物理学家拼命做了将近40年实验，却一点儿都没有测到。某些人觉得这处境有些尴尬，所以他们换了种思路：为什么不修改引力本身呢？正如你将在本书中读到的，广义相对论虽然已经在许多不同的舞台上被检验过了，但还没有在极其遥远的星系、星系团以及整体的可观测宇宙上验证过。因此，还是有可能提出某些理论，对广义相对论进行恰当的修正，从而解决暗物质问题的。至今为止，大多数的这种所谓“修正引力”理论都还不是很成功。如果未来出现某种理论，给出的预言能在观测——尤其是那些远距离观测——中得到验证，那它就成功了。
宇宙其余的73%是什么？地平线上最后一朵云进入视野：“暗能量”。1998年，天文学家研究了非常遥远的超新星爆发，他们被迫承认，从得到的数据来看，宇宙的膨胀正在加速，而不是减慢[23]。1929年开始，我们就知道宇宙正在膨胀。直觉上，你可能觉得这种膨胀正在减缓。毕竟，有质量就有引力，而引力总是向内吸引的。所以，正像地球引力会让上抛的球速度减慢，最终使它落地，宇宙的质量应该也会使它自己的膨胀减缓（至于是速度减缓但不会停止，还是逐渐停止并往回缩，那就是另外一个问题了）。而且，爱因斯坦的广义相对论也确实预言了，宇宙的膨胀会慢下来，而不是快起来。所以，实际测到的加速膨胀无疑是一枚震爆弹。
随后，理论学家开动脑筋，提出了解释这种新现象的办法。其中一类想法类似“暗物质”，因而被芝加哥大学的宇宙学家迈克尔·特纳称为“暗能量”。它们名字中的“暗”有极强的预言意味。因为对我们来说，直到现在，它们仍处在未知的黑暗之中。如果你将与引力相对的排斥力，或者叫“反引力”的性质赋予某种物质，并且假设该物质占整个可观测宇宙总质量和能量的73%，那么你得到的结果就能漂亮地吻合所有实际观测。实际上，基于这种思想的宇宙学模型——称作“ΛCDM”模型——确实能够很好地解释宇宙大尺度上的多种数据。在这里，大写希腊字母Λ代表暗能量，而CDM代表冷暗物质。然而，深奥的量子力学和粒子物理理论在解释暗能量时，产生了太多互相竞争的模型，很难通过实验或者观测来甄别它们。
另一类想法，是重拾爱因斯坦当年所说的自己“最大的错误”。早在1916年，他就想把自己的理论应用到整个宇宙上去。但令他惶恐的是，他发现理论证明宇宙要么膨胀，要么收缩，都不能稳定。在当时，传统的共识是，真实的宇宙是静态的，完全不发生变化。实际上，那时候连银河系外还存在着星系都不知道。为避免产生矛盾，他在原始的公式里加上了一项，他称为“宇宙学项”。这一项会引入一种反推效应，抵消宇宙在自身引力作用下收缩的趋势，从而营造出一个完美平衡的静态宇宙。这一项的大小由“宇宙学常数”控制，用希腊字母Λ表示（正是为致敬爱因斯坦，暗能量拥护者选用了同样的字母）。只要给宇宙学常数选取正确的值，爱因斯坦就能在维持宇宙静态的前提下，让一切保持正常。
但是，随后的观测数据搞乱了爱因斯坦的世界观。首先，人们发现了我们的星系之外还有星系，而且其中若干正在远离我们。随后，加州威尔逊山天文台的天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）在1929年宣布，星系运动的数据表明宇宙并非静态，而是正在膨胀。这样一来，爱因斯坦不得不扔掉他的宇宙学项，毕竟发明它的目的就是为了让宇宙稳定。现在我们既然知道了宇宙膨胀还在加速，那就可以再重新引入爱因斯坦的宇宙学项，因为它能提供抵消引力收缩的反推力。解释宇宙膨胀加速所需的宇宙学常数的值，要比爱因斯坦当时让宇宙稳定所需要的值小得多。因此，对于宇宙学以外的事情来说，加上的这一项都可以忽略。你或许可以把它叫作爱因斯坦理论的“迷你”修订。
第三类想法是更大幅地修改广义相对论，再加上足够多的微调，使最终结果不和本书接下来要讲的众多实验相矛盾。这看起来并不简单。在建立广义相对论时，爱因斯坦追求的是理论结构优雅简洁，他最终非常成功。在爱丁顿公布观测结果的年代，也许这个理论看起来很复杂。但从更现代的角度来看，广义相对论其实是描述引力最简单的理论了。事实上，为了宇宙学而修改广义相对论，总是会导出一些非常丑陋且复杂的理论。当然，现在我们还不清楚描述大自然的真理是否需要优雅或者漂亮。毕竟美感只是人类自己的概念，和物质世界毫无联系。换句话来说，宇宙本身就是一个混乱又肮脏的地方，所以说不定用来描述它的正确理论也应该同样地混乱和肮脏？
所有这些阴云——量子引力、暗物质、暗能量以及其他此处没地方讨论的——都不会直接令广义相对论失效。但它们带给我们一种不安的感觉，让我们觉得可能有必要“超越爱因斯坦”来理解引力，有必要建立一种新的理论：它既能在广义相对论已被精确检验的一切领域和广义相对论相吻合，又能按照量子引力和宇宙学的要求，在非常小尺度和非常高能量下与广义相对论有所不同。
这本书将会讲述不同领域（实验室、太阳系内和天体物理方面）为检验广义相对论而进行的若干精密实验和观测。但读完广义相对论如何通过了一个又一个检验之后，你可能会被诱导着说，无需再议了，“爱因斯坦仍然是对的”。然而，不管是在广义的科学里，还是在具体的物理学科中，对理论的接纳总是暂时的，因为没有人能穷尽所有应用场景，穷尽无限的精确度去测量一个理论。我们所能做的，只是将我们的实验拓展到越来越多的场景中，精确度提升得越来越高，以期待对这个理论建立更强的自信，或者找到某个变数，引领我们再去发现更基础、更完善的新理论。在科学的历史上，这两种结局俯拾皆是。
对广义相对论而言，实验检验的舞台首先是太阳系，从1919年著名的光偏折实验开始。到20世纪70年代，随着脉冲双星的发现，舞台拓展到了天体物理尺度。从20世纪70年代开始，这两个领域里的实验精确度大大提升，又出现了引力波和黑洞这样的新舞台。2017年，这个对爱因斯坦来说绝妙的夏天，将所有这些检验广义相对论的舞台呈现在我们面前。