20世纪初，瑞士专利局一位年轻的雇员阿尔伯特·爱因斯坦发表了他的相对论，永远改变了物理学和天文学的面貌。
1921年，阿尔伯特·爱因斯坦在维也纳的一次演讲中说道
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阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）是德国出生的理论物理学家和科学哲学家。
他发展了广义相对论，现代物理学的两大支柱之一（与量子力学一起）。他在流行文化中以其质能等效公式（被称为“世界上最著名的方程”）而闻名。 1921年，他获得了诺贝尔物理学奖，“以表彰他对理论物理学的贡献，特别是他发现了光电效应定律”。后者是建立量子理论的关键。
就其与实验结果的一致性以及预测新现象的能力而言，相对论也许是科学史上最成功的发展——只有量子力学可以与它的成功相媲美。爱因斯坦的理论立即解释了他那个时代物理学和天文学中的一些主要问题，并继续解释了 90 年前甚至没有暗示过的新发展，包括黑洞的存在和宇宙学的最新观察。
然而，接受相对论需要我们抛弃几乎所有以前关于宇宙的概念，以及我们所谓的“常识”。对于生活在地球上的人类来说，空间和时间似乎是宇宙中各种事件发生的恒定背景。真空可以收缩、膨胀或弯曲，具体取决于你与大物体的距离以及时间流逝的速度。空间和时间甚至可以根据测量者的不同而改变。时钟相对于您移动得越快，指针就会显得越小，并且走得越慢。
应用相对论
当我们研究物体（a）在强引力场中运动，或（b）接近光速时，需要用到相对论。如果 (b) 为真，则 (a) 为假，我们可以使用狭义相对论的更简单版本。从历史上看，这是爱因斯坦首先提出的理论，广义相对论是后来提出的。
在地球的日常生活中，（a）和（b）都不成立，所以我们通常根本不用担心相对论。尽管如此，当需要极高的精度时，其有效性仍然很重要。例如爱因斯坦物理学家演讲，相对论最重要的应用之一涉及全球定位系统（GPS），如果我们不考虑相对论效应，它就根本无法工作。如果您曾经使用过 GPS 接收器，那么您已经直接受益于爱因斯坦的相对论！
在强引力场中运动
相对论最令人惊奇的方面之一是它彻底改变了我们理解引力的方式。
重力和时空
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围绕四维风味时空体积运行的重力探测器 B 的艺术概念图
宇宙
描述包括高度、宽度、长度和时间。
科学家们早就知道重力是不寻常的。拿一堆大大小小的木块，把它们从桌子上扫下来；它们将以相同的速度下落并同时落地。在它们上面贴一块金属，用磁铁吸引它们，它们就会以不同的速度移动。尝试用绳子拉它们，你必须更用力地拉才能加速较大的物体。为什么重力贝语网校，而且只有重力，能够自我调节并以相同的速度将所有物体拉向地球？
爱因斯坦以革命性的方式回答了这个问题。根据爱因斯坦的理论，重力不是一种拉动物体的力。相反，它是由附近的大质量物体（例如地球）的存在引起的空间和时间的弯曲。当有东西经过这个巨大的物体时，它看起来像是被拉向它，但实际上，它根本没有被拉动。它实际上沿着与真空中相同的直线移动，但由于重力对底层“时空”连续体的扭曲，这条直线现在看起来是弯曲的。
弯曲空间：一个简单的类比
如果上面的段落没有意义（它不会！），请考虑以下类比，它与您更习惯的“弯曲空间”有关：地球表面。假设您在纽约州伊萨卡（康奈尔大学所在地），想要前往意大利罗马，该城市位于伊萨卡以东约四分之一处。你可能认为到达那里的最佳方式是向东走，一直走直到到达罗马，如图中红色路径所示：
事实上，如果你开始向东走，并小心地把一只脚放在另一只脚前面，继续走，你就会走蓝色的路。当您到达远东的罗马时，您将到达西非的某个地方，靠近赤道！ （如果你不相信这一点，可以用一个地球仪和一根绳子来尝试一下。将绳子拉紧，使绳子必须是直的爱因斯坦物理学家演讲，然后从东向西穿过纽约。绳子的其余部分将过去穿过非洲并穿过赤道，就像上面地图上的蓝色路径一样）。
这是怎么回事？真的，没什么太复杂的。众所周知，地球表面是圆形的，但是当我们试图在二维地图上表示它时，我们必须将其“压平”。在这个扁平化过程中，事情变得一团糟，一些实际上是直的线（如蓝色路径）看起来是弯曲的，而一些实际上是弯曲的线（如红色路径）看起来是直的。
哈勃望远镜的马蹄形爱因斯坦环。
什么东西又大又蓝，可以绕整个星系运行？
引力透镜海市蜃楼。
上图，一个发光的红色星系（LRG）的引力扭曲了来自更遥远的蓝色星系的光线。更典型的是，这种光线弯曲会产生两个可辨别的遥远星系的图像，但这里的透镜对齐得如此精确，以至于背景星系扭曲成马蹄形——几乎完整的环。由于阿尔伯特·爱因斯坦在 70 多年前就详细预言了这种透镜效应，所以像这样的环现在被称为爱因斯坦环。根据爱因斯坦的理论，同样的事情发生在大质量物体附近，只是曲率发生在四个维度（我们居住的空间加一）而不是两个维度（地球表面）。在大物体附近，空间和时间是“弯曲的”，但我们无法直接感知到这一点，因为我们只能在三维空间中看到。因此，我们的大脑假设空间是平坦的，而在做出这种假设的过程中，事情就变得混乱了。实际上沿着直线移动的物体将出现在我们大脑中构建的“地图”中，作为沿着曲线移动并被附近巨大物体拉动的物体。
一旦你习惯了这种看待重力的新方式，实际上是非常自然的！你见过绕地球轨道运行的宇航员吗？他们看起来像是被什么东西拉着了吗？不，他们不是。他们体验到失重状态，如果他们不看窗外的地球，他们可以合理地推断出他们的飞船漂浮在远离地球引力的真空中。根据爱因斯坦的理论，这是一个非常合理的结论，因为两种情况是等价的！无论是漂浮在太空还是绕地球运行，宇航员都沿着同一条直线移动。事实上，如果不是地球表面阻止我们直线下降到地球中心，我们也会经历失重状态。爱因斯坦说，我们感受到的不是重力，而是地面在我们脚上的推力。
弯曲空间和时间的影响
星系团的引力产生了巨大的透镜。
美国宇航局的哈勃太空望远镜终于有了一个巨大的宇宙放大镜。这是一个巨大的星系团。