本文由兰卡斯特大学的 David Lyth 撰写，最初发表于谈话。
重力将我们的身体与地球联系在一起，但它并没有定义人类思想飞翔的极限。 1915 年 11 月——整整一个世纪前——阿尔伯特·爱因斯坦在普鲁士科学院的一系列讲座中提出了这一点，这一点被证明是正确的。一个理论这将彻底改变我们对重力以及物理学本身的看法。两个世纪以来，牛顿极其简单而优雅的万有引力理论似乎很好地解释了这个问题。但是，正如物理学中越来越真实的情况一样，简单已经不再有效。
爱因斯坦的出发点他的理论是狭义相对论，发表于 1905 年。这解释了如何在没有重力的情况下制定物理定律。这两种理论的核心都是对空间和时间的描述，这与常识所暗示的不同。
这些理论解释了如何解释不同地方之间的运动，这些地方相对于彼此以恒定速度移动，而不是相对于某种绝对以太（如牛顿假设的那样）。它说，虽然物理定律是普遍存在的，但不同的观众会根据他们行进的速度而看到不同的事件发生时间。从地球上看似乎需要 1000 年的事件对于乘坐高速飞行的宇宙飞船的人来说可能只需要一秒钟。
爱因斯坦理论的核心是光速与测量速度的观察者的运动无关的事实。这很奇怪，因为常识表明，如果你坐在铁轨旁边的车里，一列经过的火车似乎比你沿着同一方向跟随它要快得多。
然而，如果你坐下来观察光束经过，无论你是否跟随它，它都会以同样的速度移动——这清楚地表明常识出了问题。
这个理论的含义是，我们需要放弃存在普遍时间的想法，并接受时钟记录的时间取决于它在宇宙中移动的轨迹。这也意味着当你走得很快时，时间会过得更慢，这意味着去太空的双胞胎会比他们在地球上的兄弟姐妹衰老得更慢。
这个“双胞胎悖论”可能看起来像一个数学怪癖，但它是实际实验验证1971年，在商业航班上进行原子钟实验。
仅适用于相对于彼此移动的惯性系（如果它们以恒定速度移动） - 它无法描述它们加速时会发生什么。爱因斯坦想知道如何将其扩展以包含这样的加速度并考虑到重力，重力会导致加速度，而且毕竟无处不在。
他意识到，如果不尝试克服重力，它的影响就会消失。他想象人们在电梯里，其电缆在自由落体过程中断裂，并得出结论，由于物体要么静止不动，要么以恒定速度漂浮，人们不会感受到重力。但现在我们知道这是真的，因为我们自己在国际空间站的人们身上看到了这一点。在这两种情况下，都没有力量抵消重力的影响，人们也感受不到重力。
爱因斯坦还意识到重力的作用与加速度的作用相同。高速行驶会将我们向后推，就像重力在拉我们一样。这两条线索将爱因斯坦引向了广义相对论。牛顿将引力视为物体之间传播的力，而爱因斯坦则将其描述为伪力，因为整个时空交织的结构围绕着一个巨大的物体弯曲。
爱因斯坦本人表示，他的道路远非一帆风顺。他写道“在我的一生中，我几乎没有这么努力地工作过，而且我对数学充满了极大的尊重，直到现在我还以我的头脑简单的方式将数学的微妙部分视为纯粹的奢侈”。
证据
爱因斯坦一发现广义相对论，他意识到它解释了牛顿理论未能解释轨道的原因。轨道不是很圆形，这意味着有一个点最接近太阳。牛顿理论预测这一点是固定的，但观察表明它绕着太阳缓慢旋转，爱因斯坦发现广义相对论正确地描述了旋转。
“我欣喜若狂，兴奋不已，”他写了几个月之后。从那时起，广义相对论就出色地通过了许多观测测试。
每当您调用 GPS 系统来确定您在地球表面的位置时，您就在使用广义相对论。该系统从 24 颗卫星发射无线电信号，手机或汽车中的 GPS 接收器会分析其中的三个或更多信号，利用广义相对论来确定您的位置。如果您使用牛顿理论，GPS 系统就会给出错误的位置。
尽管广义相对论可以很好地描述大尺度的物理世界，但量子力学已成为研究微小粒子（例如构成原子的粒子）的最成功的理论。就像相对论一样，量子力学是违反直觉的。是否可以将两者结合起来还有待观察，但不太可能将常识重新引入物理学。
