當愛因斯坦公布他的廣義相對論時，聽到的並不全是掌聲。因為幾乎沒有人能理解其中的數學，進而了解他提出的抽象概念，當時他也沒有任何證據來支持這個理論。但廣義相對論被提出一個世紀以來，它已經連續不斷地通過了許多嚴苛的檢驗。
廣義相對論至今仍是我們對引力現象最好的解釋。它提出了各式各樣的驚人概念，其中大部分可以歸結為一點：由於彎曲的時空結構，對所有的觀測者而言，引力的行為都是相同的。
就像愛因斯坦自己預計的那樣，從一個煎餅大小的尺度到數百萬光年的範圍，他的這些觀點都已獲得了驗證。在解釋行星反常的軌道和死亡恆星運動的同時，廣義相對論還在與日常生活休戚相關的全球定位系統中發揮了作用。
今天我們使用的廣義相對論，仍是其100年前被提出時的那個樣子，但它在許多不同的條件下依然非常有效。
下面的6個例子，彰顯了愛因斯坦的廣義相對論是如何經受住實驗檢驗的。
1.水星近日點進動：牛頓引力的瑕疵
19世紀中葉海王星的發現也許是牛頓引力定律最偉大的勝利。1846年，法國數學家勒威耶發現天王星軌道異常，並認為可能是由另一顆行星引起的。他利用牛頓引力定律對後者所在的位置進行了預言。僅僅幾個月後，德國天文學家便據此發現了海王星。有趣的是，牛頓引力框架下的另一個軌道異常卻佐證了愛因斯坦的想法。
1859年，勒威耶指出，水星到達其軌道上最靠近太陽的位置——近日點——的時間比「預定」的晚了半秒。水星並沒有嚴格遵照牛頓所說的方式運動。這一現象被稱為水星近日點進動異常，它的數值並不大，只有牛頓引力預言值的10-8。然而，在水星每次為期88天的公轉過程中，近日點出現的位置總是與天文學家預計的不符。
起初，人們認為與天王星問題的解決方案一樣，還有另一顆更為靠近太陽的行星在影響水星的軌道。這顆想像中的行星甚至還有一個名字：祝融。然而，歷經數十年的搜尋，天文學家也沒有發現它的蹤影。
1905年，愛因斯坦登場。他嶄新的理論可以精確地解釋水星軌道的異常，原因就在於太陽的巨大質量造成的時空彎曲。
在其他恆星系統中同樣觀測到了類似的行星近日點進動，也都與廣義相對論的預言完全一致，其中就包括由兩顆中子星構成的雙星系統。中子星是大質量恆星坍縮之後留下的緻密殘骸，直到20世紀30年代都鮮有人相信它們的存在。愛因斯坦的廣義相對論可以完美地描述兩顆中子星之間的相互繞轉。
2.遙遠天體的光線彎曲
解釋水星軌道異常的成功並沒有讓愛因斯坦一躍成為超級巨星。幾年之後，當廣義相對論另一個大膽的預言被確認，這些榮譽才真正到來。愛因斯坦提出，大質量的天體，例如太陽，會彎曲時空，使得掠過它表面附近的光線路徑發生偏折。
愛因斯坦的廣義相對論激起了英國天文學家亞瑟·愛丁頓（ArthurEddington）的興趣，他抓住了一個絕佳的機會來檢驗這一偏折效應。1919年5月29日會發生一次日全食，太陽發出的耀眼光芒會被月亮遮擋，而與此同時，太陽會出現在明亮的星團——畢星團——附近。如果愛因斯坦是正確的，太陽的存在會使得畢星團中恆星發出的光線發生偏折，令它們在天空中的位置發生微小的改變。
愛丁頓派出了兩個考察隊——一個前往巴西的索布拉爾，另一個前往西非的普林西比島——去測量日全食時畢星團恆星位置的變化。結果顯示，這些恆星的位置確實如預言的那樣出現了微小的位移。
光線穿過彎曲時空產生的引力透鏡現象今天已成為探索宇宙的重要工具。它是愛因斯坦賜予天文學的禮物。例如，前景星系團可以彎曲並放大遙遠背景中原星系的光線，讓宇宙學家可以一瞥宇宙的早期時代。
3.光的引力紅移
還有第三個預言佐證廣義相對論。愛因斯坦認為，這三大經典實驗是證實廣義相對論的關鍵，而第三個實驗是他唯一沒能在有生之年看到的實驗。
根據相對論，當光線離開一個大質量天體時，引力所彎曲的時空會拉伸光線，進而增大它的波長。對光來說，波長等同於其攜帶的能量；可見光的能量越低，看上去就越紅，反之，看上去就越藍；引力使得光的波長增大，就會讓它變紅。廣義相對論預言的這一引力紅移效應十分微弱，直到1959年才被探測到。
在一個電梯豎井的底部，科學家放置了一些放射性鐵的樣品，它發出的γ射線會從底部向上射到屋頂，那裡安放了一臺檢測器。雖然跨度只有短短的22.5米，但根據愛因斯坦的預言，在地球引力場彎曲的時空中，這足以讓γ射線損失其能量的百萬億分之幾。
為了進一步證明這個相對論效應，1976年美國航空航天局發射了引力探測器A火箭。這一次，科學家測量的是一個原子鐘裡電磁波頻率的變化；光的波長越短，其頻率就越高，反之則越低。在近10000千米的高空，引力探測器A上的時鐘走得比地面上的稍稍快一點。二者的差為7×10-5，和愛因斯坦的預言相符。
2010年，科學家又向前進了一步，把一台鐘抬高30釐米，發現它走的速度每秒鐘會快4×10-13秒。這是一個夢幻般的實驗，能在這麼小的距離上測出這麼小的差異。由此可以想像，你頭部衰老的速度會比你的腳稍快一點。
在一個更為實際的尺度上，同樣的效應也影響著全球定位系統。為了與地球表面的時鐘同步，這些衛星上的鐘必須每天調整3.8×10-5秒。如果不做這個修正，全球定位系統將無法工作。
4.夏皮羅效應：光的延遲
夏皮羅效應得名於它的提出者歐文·夏皮羅（IrwinShapiro），這個效應通常被稱為廣義相對論的第四大經典檢驗，旨在測量光線往返A、B兩點間的時間間隔。如果愛因斯坦是正確的，光線在經過大質量天體附近時會花更多的時間。
20世紀60年代初，夏皮羅提出，當從地球上看上去水星位於太陽附近時，利用雷達照射水星並探測其回波可以檢測這一效應。他的計算顯示，太陽的引力場會使得雷達信號到達的時間推遲約2×10-8秒。
這項實驗於1966年開始。從水星返回的雷達波確實發生了延遲，非常接近夏皮羅的預言，但兩者符合得並不夠好。
因此，為了進一步檢驗夏皮羅效應，物理學家決定棄用行星——因為其粗糙的表面會散射一部分雷達信號，而改用更好的目標——無人太空飛行器。1979年，著陸火星的「海盜」號為驗證夏皮羅效應提供了一個極為難得的機會。2003年，科學家又在飛往土星的「卡西尼」號探測器的信號中探測到了這一時間延遲效應。它們的測量結果都與廣義相對論的預言相符。「卡西尼」號實驗的精度達到了2×10-5，比「海盜」號的精度高50倍。
5.下落的科學——等效原理
廣義相對論的基石在於等效原理。它指出，在引力場中，物體以相同的速率下落，與它的質量或結構無關。在此基礎上，這一原理還指出，在一個給定參考系中的其他物理學定律都應該不依賴當地引力場的強度；換句話說，在飛機上拋一枚硬幣和在地面上拋的效果是一樣的。更進一步，無論是在宇宙中何時何地進行的實驗，其結果都應該相同。因此，大自然的規律無論在時間上還是空間上都是處處相同的，這樣一路可以追溯至宇宙大爆炸。
400年前，等效原理就有了第一個佐證。傳言，1589年義大利天文學家伽利略在比薩斜塔上做了兩個球體自由下落的實驗。這兩個球體受到的空氣阻力很小，雖由不同的材料製成，卻在同一時間落地。近400年後，1971年在月球上又重新上演了這一幕。「阿波羅15」號的太空人戴維·斯科特（DaveScott）同時鬆開了手中的一個錘子和一根羽毛。在沒有空氣的月球環境下，錘子和羽毛一起落下，同時擊中月球表面，再現了伽利略的實驗。儘管它們的成分不同，但下落的速度一樣。
「阿波羅」號的太空人還在月球表面安裝了雷射反射鏡。這些鏡子能反射從地面發出的雷射，進而精確測量月球與地球的距離，誤差只有幾毫米。這些測量的結果可以對等效原理進行嚴苛的檢驗。迄今，數十年來的雷射測月數據顯示，其和廣義相對論預言的差別不足10-14。
和伽利略以及斯科特的自由落體實驗一樣，這些測量也證明，在太陽的引力場中，地球和月球受到的加速度相同。
6.時空、自轉與拖曳
愛因斯坦的時空概念實際上有點類似某種膠質。有一個著名的比喻，把地球想像成一個放置在蹦床上的保齡球。大質量的地球會導致時空蹦床出現凹陷，使得在其附近運動的物體軌跡因為這一彎曲而發生改變。但蹦床的比喻僅僅是廣義相對論整個物理圖像的一部分。如果廣義相對論是正確的，一個旋轉的大質量天體還會拖動時空和它一起攪動，就像在蜂蜜中轉動一把湯勺。
1960年前後，物理學家想出一個可以同時檢驗這兩個預言的實驗。第1步：在人造地球衛星上放置陀螺儀。第2步：將衛星和陀螺儀對準同一顆參照星。第3步：測量陀螺儀指向的變化，看看它是否與地球引力場的曳引效應相符。
這個實驗所需的技術在44年後才變得可行，總共耗資7.5億美元。這個儀器後來被命名為引力探測器B（引力探測器A的後續）。2011年發布的結果來之不易：這一實驗的精度超乎以往，因此其數據分析成了一項巨大的挑戰。不過最後，測量結果再次支持了愛因斯坦，地球確實會拖動周圍的時空與它一起轉動。
在過去的100年中，廣義相對論的表現優異，但對它的檢驗還遠沒有結束。雖然已有許多令人印象深刻的嚴苛實驗，但沒有人在強引力場中，例如黑洞附近，對廣義相對論進行檢驗。鑑於此前的實驗結果，在這些極端環境下，愛因斯坦的理論可能依然堅如磐石，但也有可能會完全顛覆我們的認識。
未來，我們將在更深的層次上探測廣義相對論的預言，對它的實證檢驗也將會繼續。
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