本文由蘭卡斯特大學的 David Lyth 撰寫，原刊於談話。
重力將我們的身體與地球連結在一起，但它並沒有定義人類思想飛翔的極限。 1915 年 11 月——整整一個世紀前——阿爾伯特·愛因斯坦在普魯士科學院的一系列講座中提出了這一點，這一點被證明是正確的。一個理論這將徹底改變我們對重力以及物理學本身的看法。兩個世紀以來，牛頓極其簡單而優雅的萬有引力理論似乎很好地解釋了這個問題。但是，正如物理學中越來越真實的情況一樣，簡單已經不再有效。
愛因斯坦的出發點他的理論是狹義相對論，發表於 1905 年。這兩種理論的核心都是對空間和時間的描述，這與常識所暗示的不同。
這些理論解釋瞭如何解釋不同地方之間的運動，這些地方相對於彼此以恆定速度移動，而不是相對於某種絕對以太（如牛頓假設的那樣）。它說，雖然物理定律是普遍存在的，但不同的觀眾會根據他們行進的速度而看到不同的事件發生時間。從地球上看似乎需要 1000 年的事件對於乘坐高速飛行的太空船的人來說可能只需要一秒鐘。
愛因斯坦理論的核心是光速與測量速度的觀察者的運動無關的事實。這很奇怪，因為常識表明，如果你坐在鐵軌旁邊的車裡，一列經過的火車似乎比你沿著同一方向跟隨它要快得多。
然而，如果你坐下來觀察光束經過，無論你是否跟隨它，它都會以同樣的速度移動——這清楚地表明常識出了問題。
這個理論的含義是，我們需要放棄存在普遍時間的想法，並接受時鐘記錄的時間取決於它在宇宙中移動的軌跡。這也意味著當你走得很快時，時間會過得更慢，這意味著進入太空的雙胞胎會比他們在地球上的兄弟姐妹老得更慢。
這個「雙胞胎悖論」可能看起來像一個數學怪癖，但它是實際實驗驗證1971年，在商業航班上進行原子鐘實驗。
僅適用於相對於彼此移動的慣性系（如果它們以恆定速度移動） - 它無法描述它們加速時會發生什麼。愛因斯坦想知道如何將其擴展以包含這樣的加速度並考慮到重力，重力會導致加速度，畢竟無處不在。
他意識到，如果不嘗試克服重力，它的影響就會消失。他想像人們在電梯裡，其電纜在自由落體過程中斷裂，並得出結論，由於物體要么靜止不動，要么以恆定速度漂浮，人們不會感受到重力。但現在我們知道這是真的，因為我們自己在國際太空站的人身上看到了這一點。在這兩種情況下，都沒有力量抵消重力的影響，人們也感受不到重力。
愛因斯坦也認識到重力的作用與加速度的作用相同。高速行駛會將我們向後推，就像重力在拉我們一樣。這兩條線索將愛因斯坦引向了廣義相對論。牛頓將重力視為物體之間傳播的力，而愛因斯坦則將其描述為偽力，因為整個時空交織的結構圍繞著一個巨大的物體彎曲。
愛因斯坦本人表示，他的道路遠非一帆風順。他寫了「在我的一生中，我幾乎沒有這麼努力地工作過，而且我對數學充滿了極大的尊重，直到現在我還以我的頭腦簡單的方式將數學的微妙部分視為純粹的奢侈」。
證據
愛因斯坦一發現廣義相對論，他意識到它解釋了牛頓理論未能解釋軌道的原因。軌道並不完全是圓形的，這意味著有一個點最接近太陽。牛頓理論預測該點是固定的，但觀察結果表明它繞著太陽緩慢旋轉，愛因斯坦發現廣義相對論正確地描述了旋轉。
「我欣喜若狂，興奮不已，」他寫了幾個月稍後。從那時起，廣義相對論就出色地通過了許多觀測測試。
每當您呼叫 GPS 系統來確定您在地球表面的位置時，您就在使用廣義相對論。該系統從 24 顆衛星發射無線電訊號，手機或汽車中的 GPS 接收器會分析其中的三個或更多訊號，利用廣義相對論來確定您的位置。如果您使用牛頓理論，GPS 系統就會給出錯誤的位置。
雖然廣義相對論可以很好地描述大尺度的物理世界，但量子力學已成為研究微小粒子（例如構成原子的粒子）的最成功的理論。就像相對論一樣，量子力學是違反直覺的。是否可以將兩者結合起來還有待觀察，但不太可能將常識重新引入物理學。
