第一章
絕妙之夏

2017年夏天，阿爾伯特·愛因斯坦大獲全勝。5月25號星期四，正是一年的暮春時節，學術期刊《物理學評論快報》在網站上發布了一篇論文。這篇論文描述了一場為期十九年的戰役，內容是觀測兩顆繞著我們銀河系正中心超大質量黑洞運轉的恒星。這兩顆恒星之所以特殊，是因為它們的軌道離黑洞很近，導致它們繞轉的速度達到了光速的百分之幾[4]，即每小時2000萬到3000萬千米。這些軌道中有可能存在和廣義相對論預言不同的現象，拿來檢驗愛因斯坦的理論再理想不過了。然而，由加州大學洛杉磯分校的安德莉亞·季姿[5]率領的這支團隊并沒有發現什么不同。愛因斯坦又一次經受住了考驗，這是第一次在黑洞周圍的軌道上進行的檢驗。

7月1 8號星期二，晚上8點，在德國小鎮達姆施塔特（Darmstadt）上，一位科學家站在林立的計算機屏幕前，下達了關閉指令。5秒之后，地球150萬千米開外，“麗薩探路者（LISA Pathfinder）”衛星關閉了。整個房間里回蕩著如釋重負而又黯然神傷的嘆息。16個月以來，兩個邊長1.8英寸[6]、完全相同的金鉑合金方塊，一直自由地漂浮在衛星的真空艙內，保持著幾乎完全一樣的間距。衛星必須要周期性地微調，從而抵消太陽質子和輻射轟擊造成的位置偏移。如果任何一個方塊碰到了艙室內壁，都會是一場災難。要想任務成功，特制的飛船推進器和復雜的傳感器必不可少。在16個月的過程中，這顆衛星的內部是全宇宙最寧靜的地方。這個任務的成功，讓科學家們離夢想更近了一步：用一組名叫麗薩（LISA）的空間探測器觀測引力波。

這個夏天的八月甚至更妙。8月14號星期一，美國的引力波探測器（LIGO）和意大利的室女座（Virgo）探測器挑出了一個14億年前雙黑洞并合的信號。這不是首次探測到引力波信號——那個意義重大的時刻發生在大約兩年前。但是這是第一次同時由LIGO和室女座探測器探測到信號。前者的兩臺設備分別位于華盛頓州的漢福德（Hanford）核禁區[7]附近以及路易斯安那州的巴吞魯日（Baton Rouge）[8]附近。后者位于意大利的比薩附近。三重探測讓科學家能更好地確定出源在天空中的位置。

三天后，又一次引力波爆發搖撼了LIGO和室女座探測器靈敏的鏡面。幾秒之后，游弋在地球上空534千米處的費米伽馬射線空間望遠鏡探測到了同樣一片天區傳來的伽馬射線爆發。很快，搜尋性的研究就鎖定了信號來源的星系。在接下來的幾個小時和幾天內，全世界的天文學家觀測到了各種形式的光，從X射線到射電波，全都是從同一個位置傳到地球的。這一次，信號源是兩顆中子星，離地球大約1.4億光年；它們在互相繞轉、并合的過程中產生了引力波。隨后爆發了核火球，蘊藏著超乎想象的能量。

單單是這一次觀測，就揭示了愛因斯坦沒想到的奇觀。如果你戴著金項鏈或者鉑金戒指，那么這些罕見（且昂貴）的元素很有可能就是在類似于這次觀測的核子災變中誕生的。實際上，宇宙中大多數的金和鉑，如今都被認為是在中子星坍縮過程中產生的。

如果這還不夠的話，再想想另一個事實：中子星并合前一瞬間發出的引力波，和并合后一瞬間發出的伽馬射線，在飛行了1.4億光年后，到達地球的時間僅差2秒鐘。這說明至少在小數點后15位的精度上[9]，引力波的速度和光速都是完全相同的。令人驚異的是，這正是愛因斯坦在1916年所預言的。

接下來的8月21號周一，在懷俄明州的卡斯珀山（Casper Mountain）頂峰附近，業余天文愛好者唐·布倫斯（Don Bruns）[10]獨自一人在折疊沙灘椅上坐定。當天有全日食帶[11]穿過美國，一摁按鈕，他的筆記本電腦就遙控一臺Tele Vue牌的NP101is望遠鏡，趁日食時拍攝一系列太陽照片。他的目標是重現1919年由亞瑟·斯坦利·愛丁頓領導的職業天文學家隊伍進行的著名實驗。愛丁頓的觀測證明了引力彎折光線的方式和愛因斯坦預言的一樣，從而推翻了牛頓的理論，讓愛因斯坦聲名鵲起。布倫斯想看看，只靠一臺消費級現代望遠鏡、一臺CCD[12]相機和計算機控制的裝備，非專業的天文愛好者能做到什么程度。分析完他的數據，布倫斯同樣證實了太陽引起的光偏折和愛因斯坦預測的一樣，但他的測量精度要勝過愛丁頓三倍。

若干諸如此類的事件被媒體一概而論，起上類似于“愛因斯坦又對了”的標題。他們固化了一個關于廣義相對論的童話故事：1905年，瑞士伯爾尼（Bern）專利局的卑微職員愛因斯坦創造了狹義相對論，然后他開始研究引力，艱苦工作十年，創造了廣義相對論。1919年，愛丁頓通過測量星光偏折證實了他的理論。愛因斯坦聲名鵲起，他的理論大獲全勝，大家從此過上了美滿幸福的生活。

真實的廣義相對論故事遠比這要復雜。20世紀20年代，愛丁頓的結果受到了很多人質疑，尤其是美國天文學家。1917年，實驗并未測到另一個效應，而愛因斯坦認為這個效應對檢驗他的理論至關重要——太陽光的波長向光譜的紅端移動[13]。這很顯然影響了愛因斯坦拿諾貝爾獎的機會。直到1921年，他才因為他在光電效應[14]方面的研究獲獎，而不是廣義相對論。

廣義相對論被認為是極其復雜的，其中還包括時空彎曲這種搞糊涂了當時大多數物理學家和天文學家（更別說普羅大眾）的詭異新概念。1919年11月9號發行的《紐約時報》上，一篇關于相對論的文章頭條是：“為12位聰明人而寫的書/當出版商冒險接收此書時，愛因斯坦說世上能理解之人絕無更多。”愛因斯坦可能最早在1916年的時候就說過類似的話，來描述他寫的一本關于相對論的科普書。另一個差不多意思的故事來自愛丁頓。1916年，廣義相對論的最終形式發表不久后，愛丁頓首先意識到了它的重要性。他開始深入學習這門理論，隨后組織了一支隊伍去測量光線偏折。1919年11月皇家天文學會和倫敦皇家學會聯合會議的閉幕式上，愛丁頓匯報了自己測量的成功結果。據說，有個同事說：“愛丁頓教授，您肯定是世界上僅有的三個能理解相對論的人了！”愛丁頓否認了。同事堅持說：“愛丁頓，別謙虛了。”愛丁頓回答道：“恰恰相反，我想不出第三個人會是誰。”

或許的確只有屈指可數的人能理解廣義相對論，但成千上萬的人被它所吸引，想要讀到關于廣義相對論和愛因斯坦的事情。在大眾傳媒上，廣義相對論引發的科學革命，被放到了和哥白尼、開普勒和牛頓的遠見卓識同等重要的位置上。一篇又一篇社論發了出來，一邊贊嘆它是人類有史以來的最大成就，一邊抱怨要理解它太困難。愛因斯坦在1919年底親自為《泰晤士報》寫了一篇長文，試圖把理論解釋給普通人聽。他的照片光耀四射，刊登在1919年12月14號德國新聞雜志《柏林畫報》封面上，標題是“世界史上又一偉大人物”。

然而科學家們認為，盡管這理論如此復雜，它對偉大的牛頓理論做出的修正卻極其微小。彼時，實驗物理學家統治物理界。在他們看來，廣義相對論永遠不會成為主流。

在這種懷疑思潮下，廣義相對論研究很快就無人問津，停滯不前。到20世紀20年代中期，愛因斯坦已經轉向研究結合引力和電磁力的規范場理論，其他廣義相對論研究者也緊隨其后。然而，這種嘗試以徒勞告終。在此后35年里，只有一小撮人在研究廣義相對論，而且研究的基本都是非常抽象的數學問題和基本概念。科學史學家珍·埃森史泰特將這段時期稱為愛因斯坦理論的“枯水期”。此時人們對愛因斯坦理論的典型看法，可用1962年一位畢業生收到的建議概括。當時這位學生剛從加州理工學院畢業，準備去普林斯頓大學讀研究生。母校一位著名的天文學家叮囑他，去了普林斯頓后千萬別研究廣義相對論，因為不管是對物理還是對天文，它都永永遠遠沒有用處。好在那位學生——基普·索恩（Kip Thorne）[15]——并沒拿這條建議當回事。

當基普啟程向東，前往普林斯頓那爬滿常春藤的圍墻之時，加州理工學院的天文學家們正準備宣布一類特殊天體的發現。他們稱之為“類恒星的射電源”，或“類星體”。這些釋放出射電波的天體非常遙遠，能量又極其強大，一切傳統的物理理論都無法解釋。有少數人開始思考，廣義相對論是不是能提供解釋？他們找來天體物理學家和廣義相對論學家，開了一場專門針對類星體的會議。1963年12月，在達拉斯召開了一場歷史性的會議，史稱“第一屆得克薩斯相對論天體物理研討會”。沒過幾年，其他發現也表明廣義相對論在天體物理中絕對有一席之地。1965年，人們探測到了宇宙大爆炸遺留的微波背景輻射[16]。1967年，射電天文學家發現了第一顆脈沖星，隨后又發現了更多[17]。如今我們知道，脈沖星其實是高速自轉的中子星。1971年，人們發現了一顆致密而強大的X射線源，正繞著一顆普通恒星轉動。這是第一個黑洞候選體。要想理解這些現象，非得用廣義相對論不可。

這些發現帶來了廣義相對論的復興，它逐漸重回物理和天文學的主流視野。這當然也少不了技術革新的作用，譬如原子鐘、激光、超導的發明以及空間項目的上馬。新出現的工具以前所未有的高精度檢驗了廣義相對論，鞏固了它的實驗基礎。畢竟，要想用愛因斯坦的廣義相對論解釋類星體、脈沖星、微波背景輻射，你先得知道它正不正確。拋開愛因斯坦的盛名不談，彼時與廣義相對論逐鹿的還有其他引力理論。其中一個叫作布蘭斯—迪克理論，命名自普林斯頓大學的羅伯特·迪克和他的學生卡爾·布蘭斯。這一理論自信地聲稱，自己就和愛因斯坦的理論一樣可行。這些競爭刺激了更多優秀實驗的產生，去檢驗愛因斯坦到底是對還是錯。

其他契機也為廣義相對論的重生鋪好了路。諷刺的是，其中一個可能是1955年4月的愛因斯坦之死。再沒有哪個物理課題單獨和某個偉大人物如此緊密地相連。當時，僅有的幾個廣義相對論研究者經常去普林斯頓朝圣，把他們的成果講給愛因斯坦聽，期待獲得一些贊許。2015年慶祝相對論誕生百年時，法國數學家伊馮娜·喬克特—布魯哈寫了一篇優美的回憶文章，懷念她1951年在高等研究院的訪問，那時她還是個27歲的博士后。那年她多次拜訪愛因斯坦，向他闡述自己關于場方程解存在性的數學研究，并聽他講他自己的規范場理論。他表示十分欣賞她的工作，這項工作后來也成了這個領域的重要里程碑。他自己對規范場理論的研究一無所獲。但隨著愛因斯坦的生命落幕，場論反倒重獲自由，按自己的方式繼續發展了。

另一個契機，可能是相對論專家的小團隊開始形成社群。1955年7月，在瑞士伯爾尼召開了一場會議，紀念狹義相對論誕生五十周年。從此，開辦有關相對論的國際會議就變得常態化了。1959年，在法國羅亞蒙特（Royaumont）舉行了第三場此類會議。會上，這個領域的領頭羊們建立了一個廣義相對論“國際委員會”，用來幫助組織此類會議、整理已發表的論文，并提供全世界各研究團組的信息。這個組織最終演變成如今的國際廣義相對論與引力學會，它選任官員、征收年費，還辦了自己的學術期刊。

事實上，科學遠不止知識本身，它還意味著研究者組成的社群。研究者們分享知識、團結合作、互相競爭——甚至是互相糾錯，進而鞏固科學事實，推動這個領域的科學進步。一些科學史學家認為，是因為在20世紀50年代晚期，相對論研究社群興盛起來了，所以60年代的天文學新發現才能得到靈活高效的回應。

到1979年愛因斯坦誕辰時，60年代開始的廣義相對論復興正發展到頂峰。相關書籍如潮水般紛紛出版，證明了這個領域的鮮活和刺激。愛因斯坦那些復雜的方程，已經有了在各種情形下求解的辦法，分門別類如工具箱一般。當問題更復雜時，研究者干脆就用計算機來求解。人們做了許多檢驗廣義相對論的實驗。其中有些實驗是那些“經典”實驗在新技術下的升級版，譬如測量光線偏折時，用類星體的射電波代替恒星的可見光。還有一些新實驗愛因斯坦從未設想過，例如“夏皮羅時間延遲”現象：當雷達追蹤在軌的行星或者航天器時，若是信號傳播途中經過太陽附近，將發生額外的延遲。[18]

人們開始接受并認識理論中的黑洞，黑洞真實存在的證據也在慢慢累積。關于宇宙的基本結構和演化過程的模型已相當漂亮，宇宙學家甚至開始研究大爆炸后萬億分之一秒內發生的事情。不過，雖然研究了20年后脈沖星有了很好的理論解釋，類星體的本質卻依然是個謎。

廣義相對論的100周年誕辰以一場華麗的儀式宣告開幕。1978年12月，在德國慕尼黑舉辦的第九屆得克薩斯相對論天體物理研討會上，來自馬薩諸塞州大學的約瑟夫·泰勒報告了廣義相對論新檢驗方法的最新進展，這個了不起的方法是他和學生拉塞爾·赫爾斯在1974年發現的。它是一顆脈沖星，繞著一顆伴星旋轉，俗稱“脈沖雙星”。泰勒在報告里描述了他們如何從1974年開始觀測這顆脈沖星的繞轉軌道，如今已經首次確認了愛因斯坦理論最重要的預言之一——引力波的存在。19年后，泰勒和赫爾斯獲得諾貝爾物理學獎，這也是諾貝爾獎首次頒發給廣義相對論相關的研究。如果說廣義相對論在1919年只是初露鋒芒，那么如今它的的確確稱得上是大獲全勝了。

然而，地平線上仍徘徊著幾片陰云，潛藏著更多陰霾。當然，它們無一直接威脅到愛因斯坦理論的霸權——到1979年為止，廣義相對論與任何實驗都相符，這一完美的記錄一直持續到現在——但是這些陰影意味著，愛因斯坦的理論可能仍然并不是引力理論的最終形態。

第一片陰云是理論上的問題。除了發展狹義和廣義相對論，愛因斯坦還是量子力學的先驅。盡管他的意見總是和量子物理的一些詮釋相左，但他首先承認了，量子力學在解釋亞原子層面的測量效應上取得了輝煌的成功。甚至他時常痛斥的那些幽靈般的概率問題（“上帝絕不擲骰子！”），由最近的實驗看來，也是真實存在、無法避免的。從實踐（化學、半導體、核磁共振成像、核能、智能手機……等無窮無盡的東西）到狂想（夸克、希格斯玻色子[19]、量子計算機……），量子力學掌控一切。萬物內部最基本的力量——支配原子核的強相互作用，支配帶電粒子和光的電磁相互作用，支配某些放射性衰變、和某種名叫中微子的詭異粒子緊密相關的弱相互作用——如今都要靠量子力學來理解。“量子無處不在”的信念在物理學界如此普遍，以至于它幾乎成了一種信仰，這種信仰要求那最弱的力——引力，也要以某種方式“量子化”。

當然，這種想法不單單是出于信仰。如果純粹從理論方面來看廣義相對論，那么它實際上埋藏著顛覆自己的禍根。最常見的例子就是黑洞。在本書后面我們會談到，黑洞中心存在著一個“奇點”。奇點是空間中的某個位置，在此位置，時空的彎曲、物質的密度、壓力和能量都變成了無窮大。按照標準的廣義相對論，在宇宙最初一瞬間的“大爆炸”時，也存在著類似的奇點現象。然而在通常的理解下，倘若一個理論預言出了無窮大，那它就是崩潰了。舉例來說，1911年的實驗表明，原子內部是帶負電的電子，繞著中心一個極小的、帶正電的核轉動。此時，科學家立馬意識到了有什么地方不對。因為繞轉的電子本應輻射出電磁波，失去能量，越轉離原子核越近，最終釋放出無窮大的能量。為了拯救這個局面，尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）提出了原子的量子力學模型，要求電子在固定的軌道上繞轉。只有當電子從一條軌道跳（或者叫“躍遷”）到鄰近的低能量軌道時，才會輻射出光子。并且每個原子都有一個“基態”，也就是能量最低的軌道。一旦跳到這條軌道上，就不能再自發躍遷了。埃爾溫·薛定諤和維爾納·海森伯后來進一步發展了量子力學，用概率和不確定性原理完善了這幅圖景。

在黑洞和大爆炸奇點的問題上，人們寄希望于量子力學或許可以用類似的辦法伸出援手。比如說，就像原子基態理論避免了電子落到原子核那樣，或許也有什么原理能避免物質落到黑洞中心形成奇點。

然而這條路上有個障礙。差不多100年了，還沒出現過一種能被人們接受的量子引力理論。這不是因為沒人努力：全世界都在嘗試攻克此問題，研究角度旁逸斜出，叫人眼花繚亂。還發明出了一堆高深莫測的名字，舉幾個例子就可見一斑：正則量子引力、超弦理論、因果集合理論、圈量子理論、反德西特/共形場論對偶……此處就不連篇累牘地講這個問題多么困難了，我們直接跳到最終結論：愛因斯坦1915年提出的廣義相對論形式是無法量子化的。無論目標理論最終是什么樣，它必然和廣義相對論不一樣。問題在于，它會有多不一樣？以及，我們怎么去發現這些不一樣？有種觀點認為，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）內，或者在能量比日內瓦的歐洲大型強子對撞機高千億倍時，才會變得顯著。在黑洞內部，量子效應同樣只在中心奇點周圍極短的距離內起作用。既然包圍奇點的事件視界阻止了內部信息的外泄，我們何必在乎黑洞內部發生了什么呢？因此，在這種思維下，我們永遠不可能測到量子引力效應。這引發了一個科學難題：如果你有兩個不同的理論，卻沒有任何可行的方法去檢驗它們，那么你如何判斷它們孰對孰錯？靠是否優美？是否簡潔？民主投票？信仰？那還算科學嗎？

另一種觀念是不可知論。正如你將在本書后面部分看到的，我們關注的基本都是在有限的時間內、用有限的預算（雖然有時價錢很高）能做完的實驗。正因如此，本書就不詳細描述發展量子引力理論的種種嘗試了，否則就又可以寫一部漫長而復雜的史書了。然而，我們必須承認，科學界還不太知道如何讓廣義相對論和量子力學兼容。因此，未來的實驗很可能會因為二者不兼容而失敗。倘若這真的發生了，那么這類實驗觀測將會為量子引力理論指出一條路。目前，我們只能不斷地用更高的精度、更新的方法去檢驗愛因斯坦的理論。

籠罩在地平線上的第二片陰云，稱為暗物質。如今，大多數物理學家和天文學家都相信，可觀測宇宙只有4%是由普通物質構成的。我們自己就是這種物質。我們了解的一切，愛過的一切，都由它們構成：質子、中子、電子以及其他基本粒子。這些粒子加在一起，組成了物理學家所說的“標準模型”[21]。還有大約23%的東西叫作“暗物質”（其余的73%我們稍后再談）。有很強的證據支持暗物質的存在。旋渦星系中恒星和氣體的速度，星系團中星系的速度以及星系和星團周圍光線的偏折，都大得無法用星系中普通可見物質的質量來解釋[22]。在這些天體周圍應該還有其他的物質，不發光但產生引力，因此被稱為“暗”物質。宇宙背景輻射密度的微小起伏，也肯定了暗物質的存在。甚至大爆炸100萬年后開始的星系形成，也要借助暗物質才能恰當地解釋。是暗物質的引力把普通物質拖進了團塊，并最終坍縮、并合，形成了我們如今看到的恒星和星系。

暗物質最可能的候選者，是標準模型之外的基本粒子。只需稍微調整一下模型，粒子物理學家就能發明出一大堆看似合理的候選粒子。若果真如此，在你讀這本書的每一秒鐘，都有上百萬這種粒子穿過你的身體。因此倘若有個足夠靈敏的探測器，理應能探測到其中的一些。然而，全世界的物理學家拼命做了將近40年實驗，卻一點兒都沒有測到。某些人覺得這處境有些尷尬，所以他們換了種思路：為什么不修改引力本身呢？正如你將在本書中讀到的，廣義相對論雖然已經在許多不同的舞臺上被檢驗過了，但還沒有在極其遙遠的星系、星系團以及整體的可觀測宇宙上驗證過。因此，還是有可能提出某些理論，對廣義相對論進行恰當的修正，從而解決暗物質問題的。至今為止，大多數的這種所謂“修正引力”理論都還不是很成功。如果未來出現某種理論，給出的預言能在觀測——尤其是那些遠距離觀測——中得到驗證，那它就成功了。

宇宙其余的73%是什么？地平線上最后一朵云進入視野：“暗能量”。1998年，天文學家研究了非常遙遠的超新星爆發，他們被迫承認，從得到的數據來看，宇宙的膨脹正在加速，而不是減慢[23]。1929年開始，我們就知道宇宙正在膨脹。直覺上，你可能覺得這種膨脹正在減緩。畢竟，有質量就有引力，而引力總是向內吸引的。所以，正像地球引力會讓上拋的球速度減慢，最終使它落地，宇宙的質量應該也會使它自己的膨脹減緩（至于是速度減緩但不會停止，還是逐漸停止并往回縮，那就是另外一個問題了）。而且，愛因斯坦的廣義相對論也確實預言了，宇宙的膨脹會慢下來，而不是快起來。所以，實際測到的加速膨脹無疑是一枚震爆彈。

隨后，理論學家開動腦筋，提出了解釋這種新現象的辦法。其中一類想法類似“暗物質”，因而被芝加哥大學的宇宙學家邁克爾·特納稱為“暗能量”。它們名字中的“暗”有極強的預言意味。因為對我們來說，直到現在，它們仍處在未知的黑暗之中。如果你將與引力相對的排斥力，或者叫“反引力”的性質賦予某種物質，并且假設該物質占整個可觀測宇宙總質量和能量的73%，那么你得到的結果就能漂亮地吻合所有實際觀測。實際上，基于這種思想的宇宙學模型——稱作“ΛCDM”模型——確實能夠很好地解釋宇宙大尺度上的多種數據。在這里，大寫希臘字母Λ代表暗能量，而CDM代表冷暗物質。然而，深奧的量子力學和粒子物理理論在解釋暗能量時，產生了太多互相競爭的模型，很難通過實驗或者觀測來甄別它們。

另一類想法，是重拾愛因斯坦當年所說的自己“最大的錯誤”。早在1916年，他就想把自己的理論應用到整個宇宙上去。但令他惶恐的是，他發現理論證明宇宙要么膨脹，要么收縮，都不能穩定。在當時，傳統的共識是，真實的宇宙是靜態的，完全不發生變化。實際上，那時候連銀河系外還存在著星系都不知道。為避免產生矛盾，他在原始的公式里加上了一項，他稱為“宇宙學項”。這一項會引入一種反推效應，抵消宇宙在自身引力作用下收縮的趨勢，從而營造出一個完美平衡的靜態宇宙。這一項的大小由“宇宙學常數”控制，用希臘字母Λ表示（正是為致敬愛因斯坦，暗能量擁護者選用了同樣的字母）。只要給宇宙學常數選取正確的值，愛因斯坦就能在維持宇宙靜態的前提下，讓一切保持正常。

但是，隨后的觀測數據搞亂了愛因斯坦的世界觀。首先，人們發現了我們的星系之外還有星系，而且其中若干正在遠離我們。隨后，加州威爾遜山天文臺的天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）在1929年宣布，星系運動的數據表明宇宙并非靜態，而是正在膨脹。這樣一來，愛因斯坦不得不扔掉他的宇宙學項，畢竟發明它的目的就是為了讓宇宙穩定。現在我們既然知道了宇宙膨脹還在加速，那就可以再重新引入愛因斯坦的宇宙學項，因為它能提供抵消引力收縮的反推力。解釋宇宙膨脹加速所需的宇宙學常數的值，要比愛因斯坦當時讓宇宙穩定所需要的值小得多。因此，對于宇宙學以外的事情來說，加上的這一項都可以忽略。你或許可以把它叫作愛因斯坦理論的“迷你”修訂。

第三類想法是更大幅地修改廣義相對論，再加上足夠多的微調，使最終結果不和本書接下來要講的眾多實驗相矛盾。這看起來并不簡單。在建立廣義相對論時，愛因斯坦追求的是理論結構優雅簡潔，他最終非常成功。在愛丁頓公布觀測結果的年代，也許這個理論看起來很復雜。但從更現代的角度來看，廣義相對論其實是描述引力最簡單的理論了。事實上，為了宇宙學而修改廣義相對論，總是會導出一些非常丑陋且復雜的理論。當然，現在我們還不清楚描述大自然的真理是否需要優雅或者漂亮。畢竟美感只是人類自己的概念，和物質世界毫無聯系。換句話來說，宇宙本身就是一個混亂又骯臟的地方，所以說不定用來描述它的正確理論也應該同樣地混亂和骯臟？

所有這些陰云——量子引力、暗物質、暗能量以及其他此處沒地方討論的——都不會直接令廣義相對論失效。但它們帶給我們一種不安的感覺，讓我們覺得可能有必要“超越愛因斯坦”來理解引力，有必要建立一種新的理論：它既能在廣義相對論已被精確檢驗的一切領域和廣義相對論相吻合，又能按照量子引力和宇宙學的要求，在非常小尺度和非常高能量下與廣義相對論有所不同。

這本書將會講述不同領域（實驗室、太陽系內和天體物理方面）為檢驗廣義相對論而進行的若干精密實驗和觀測。但讀完廣義相對論如何通過了一個又一個檢驗之后，你可能會被誘導著說，無需再議了，“愛因斯坦仍然是對的”。然而，不管是在廣義的科學里，還是在具體的物理學科中，對理論的接納總是暫時的，因為沒有人能窮盡所有應用場景，窮盡無限的精確度去測量一個理論。我們所能做的，只是將我們的實驗拓展到越來越多的場景中，精確度提升得越來越高，以期待對這個理論建立更強的自信，或者找到某個變數，引領我們再去發現更基礎、更完善的新理論。在科學的歷史上，這兩種結局俯拾皆是。

對廣義相對論而言，實驗檢驗的舞臺首先是太陽系，從1919年著名的光偏折實驗開始。到20世紀70年代，隨著脈沖雙星的發現，舞臺拓展到了天體物理尺度。從20世紀70年代開始，這兩個領域里的實驗精確度大大提升，又出現了引力波和黑洞這樣的新舞臺。2017年，這個對愛因斯坦來說絕妙的夏天，將所有這些檢驗廣義相對論的舞臺呈現在我們面前。