爱因斯坦的广义相对论重塑了引力理论，处理了牛顿理论所不能处理的问题。自1905年初次露脸以来，它现已通过了几十个专门为它规划的试验查验，但物理学家的应战其实才刚刚开始。
到现在为止，咱们还只是在牛顿的国际里游玩。不过，这一切很快就会改动。一些斗胆的试验将运用全新的勘探设备和勘探手法来研讨引力在国际中一些最极点的天体周围是怎么起效果的。那里将是广义相对论真实要接受考验的当地。
强壮的望远镜现已在寻觅脉冲星——恒星逝世后留下的细密中心——信号中的细小改变。很快，全国际的一项共同努力将第一次拍照到黑洞的姿态。巨大的引力波勘探器还将扫描数千个星系，寻觅国际时空结构中的细小涟漪。
这些试验——其间一些是有史以来最雄心壮志的想象——要查验的是一个在110年前用铅笔和纸写下的理论。不过，大多数物理学家依然把宝押在爱因斯坦身上。
引力的脉息
通过运用现有的先进仪器，天文学家得以初次研讨国际中极点的引力工作，寻觅查验相对论或许的突破点。现在，查验相对论的试验简直都是在太阳系中进行的，但新的望远镜和勘探器将协助天文学家勘探远远超出咱们日子规模的区域，勘探在脉冲星周围高度曲折的时空中引力是怎么效果的。这些极点的天体会宣布微弱的辐射波束，像旋转的国际灯塔相同扫过天空，其规律性
能够和地球上最好的时钟相媲美。脉冲星极点细密，一颗质量与太阳适当的脉冲星的体积只适当于一个直径10千米左右的球体。
迄今，对广义相对论最闻名的查验之一便来自一对被称为PSR B1913+16的脉冲星。也被称为赫尔斯-泰勒双脉冲星，以它们的发现者是拉塞尔·赫尔斯（Russell Hulse）和约瑟夫·泰勒（Joseph Taylor）命名。由于这项发现，他们获得了1993年的诺贝尔物理学奖。爱因斯坦预言，像脉冲星这样的细密天体，假如互相绕转的话，会在时空中泛起涟漪，就像湖中的水波。这些时空涟漪被称为引力波，它们的动摇非常细小，一道穿过地球的引力波对咱们的拉伸效果还不到一个质子的直径。
依据广义相对论，跟着时刻的推移，辐射出的引力波会带走这个双星体系的能量，使得这两颗脉冲星回旋扭转着互相接近。在研讨它们的30年中，赫尔斯-泰勒双脉冲星互相接近的速率完全符合爱因斯坦的预言。
从1974年起到今日，天文学家现已在银河系中发现了数千颗脉冲星。最近发现的一颗脉冲星PSR J0337+1715具有极不寻常的轨迹，它和两颗白矮星组成了一个三星体系，这能够在必定程度上协助物理学家查验广义相对论的另一个预言——等效原理。该原理以为，引力会以相同的速率加快一切物体，不管其密度和成分怎么。
当恒星坍缩成一个超高密度的天体——例如脉冲星或黑洞——时，它的一些物质会转变成引力结合能。爱因斯坦的理论预言，这些能量应该会和物质相同遭到相同的引力效果。这在某种程度上预示着，上述三星体系中的脉冲星及其近邻白矮星会以速率被该体系中的第三个天体（另一颗白矮星）招引。假如并非如此，那脉冲星的轨迹就会被扰动，通过丈量其宣布的脉冲抵达地球的时刻能够勘探这一改变。科学家期望能通过这种方法查验强等效原理是否树立。其成果将会比以往得到的准确20倍，乃至或许是100倍或更高。
这些成果估计很快就会面世，但科学家对爱因斯坦很有决心，广义相对论极有或许通过这一测验。假如不去测验，那永久也不会知道这个理论是否真的会呈现一些显着的反常问题。
黑洞无毛
脉冲星无疑是细密的天体，但引力最强壮的天体还要数黑洞。天文学家正在测验查验广义相对论最极点的预言，即质量满足大的恒星终究会在其自身引力的效果下坍缩成黑洞。虽然几十年来的数据都暗示了黑洞的存在，但一切的依据都是间接地，树立在对光线或许其他天体的观测根底之上。黑洞自身还从未被直接观测到过。
眼见为实。天文学家直接拍照到了间隔地球5500万光年的M87*黑洞的相片。，它间隔咱们5500光年。要做到这一点，需要用工作视界望远镜。它能归纳遍及全球的10多架射电望远镜的数据，观测到M87*的边际。该黑洞在射电布景中投下一个圆形的影子。
除了证明黑洞存在，工作视界望远镜还会承认或应战相对论的另一个要害结论——黑洞无毛定理。黑洞无毛意味着一切黑洞只需要三个物理量即可描绘：质量、自转和电荷。任何“毛” ——即进入黑洞的物质——自身带着的信息，例如化学成分、分子结构，乃至形状和巨细，都会永久消失在黑洞的工作视界之内。
工作视界
广义相对论的无毛定理预言了一个简直完美的圆形暗影，而在其他理论中，它呈椭圆形。相同是为了查验这必定理，还有天文学家提出能够盯梢M87*黑洞近旁恒星及其邻近脉冲星的运动。黑洞的“毛”会改动黑洞邻近这些天体的运动，在未来十年内投入到正常的运用中的望远镜能够勘探到这些改变。
假如发现无毛定理存在问题，那不管对广义相对论仍是对黑洞理论都是一个严重的冲击。这将是一个惊喜，意想不到的工作或早或晚总是会呈现。在天文学和物理学中，每逢咱们翻开一扇通往此前不知道国际的窗口，总会发现一些意料之外的东西。
注视引力
终究，还有一 组试验会来查验相对论，它们并不收集、剖析来自天体的辐射，而是观测引力自身。激光干与引力波天文台和室女座引力波天文台将会搜索这些由数亿光年远的星系宣布的引力波。
在这些天文台巨大的L形干与臂中，激光会在几千米长的管道中来回络绎，往复于勘探器和反射镜之间。这些天文台都通过精细的调试，能够勘探到引力波对其反射镜形成的细微推拉效果，其起伏仅适当于一个质子的千分之一。这些细小的扰动会在勘探器接收到的激光中留下能够辨认的图画，物理学家能够终究靠剖析数据来寻觅对应的天体体系。激光干与引力波天文台由两个坐落美国的独立勘探器组成，于2002年投入到正常的运用中。室女座引力波天文台坐落意大利，分别在2007年和2009年至2010年间与前者展开了联合观测。一切这些测验都没有勘探到引力波。这是一个令人绝望但并不意外的成果。激光干与引力波天文台的两个勘探器现在正在进行重要的晋级，这将使它们能够勘探比此前大1000倍的区域。它们将具有满足的灵敏度来勘探源于数万个星系的引力波。
这些引力波数据将查验爱因斯坦有关黑洞自转速度以及黑洞或中子星间互相磕碰的预言。这些工作极点剧烈，就能量而言，两个黑洞并合的终究阶段开释的能量，能够超越其地点星系中一切恒星能量的总和。假如引力波数据中存在无法解释的信号，那就会迫使广义相对论做出修正。当然，这并非科学家期望看到的。
无往不利
爱因斯坦自己从未真实置疑过广义相对论。当被问及一个前期的试验否定其理论的或许性时，他回答说：“那我就对亲爱的天主感到抱愧。这个理论（广义相对论）不管怎么都是正确的。”依据试验查验的成果，今日的物理学家都认同这一点。假如广义相对论能在未来的这些试验中胜出，并不会让人感到惊奇。
假如广义相对论真的呈现了问题，那也是令人振奋的，但这种振奋喜忧参半。物理学家将不得不与他们手中最美丽的理论之一离别。究竟，广义相对论仅用少数的假定即可供给对国际的深入知道，着实是一个高雅的理论。
