愛因斯坦1905年提出的狹義相對論（平直時空理論）用狹義相對性原理代替伽利略相對性原理，即所有動力學方程式都要在洛倫茲坐標變換下保持形式不變。牛頓力學第二定律很容易修改得滿足這種要求並且已經納入狹義相對論的第一篇論文之中。但是，牛頓萬有引力定律卻很難修改成平直時空中的引力理論。為此，愛因斯坦經過十年的不懈探索最終以廣義協變原理和局部等效原理為基礎於1915年建立了彎曲時空的引力理論即廣義相對論（1916年發表）。
本圖來自百度圖片廣義相對論的引力場方程是引力勢的高度非線性方程；在沒有外力（引力除外）的情況下物體在引力場中沿測地線運動（也就是滿足弱等效原理的自由落體運動）；在弱場和低速近似下廣義相對論近似為牛頓引力和牛頓力學第二定律。本文將簡要介紹廣義相對論的兩個基本假設和各種預言及其實驗檢驗，例如：廣義協變原理、等效原理、磁型引力（或說引力磁場）效應、時鐘變慢與引力紅移、引力波、光線偏折（引力透鏡）、行星近日點進動、雷達回波的時間延遲、中子星、引力塌縮與黑洞、黑洞熱力學與霍金輻射、大爆炸宇宙模型、計算（數值）廣義相對論、量子引力，等等。雖然廣義相對論已被普遍接受，但是廣義相對論還存在一些理論困難，例如，愛因斯坦引力場方程的許多嚴格解難以找到物理解釋；廣義相對論的量子化（量子引力）問題難以解決，等等。因此，物理學家對廣義相對論的理論基礎、重要預言和理論困難從理論與實驗兩個方面多年來進行了深入的探索，取得了長足的進展。廣義相對論有兩個基本假設：廣義協變原理和（局部）等效原理。廣義協變原理是說一切物理定律的方程式在廣義時空坐標的任意變換下保持形式不變。我們把這個原理同狹義相對性原理做個比較：兩者都是對構造動力學方程式添加的一種限制，即狹義相對性原理要求一切物理定律在洛倫茲變換下保持不變；廣義協變原理要求一切物理定律在廣義坐標的任意變換下保持不變。但是洛倫茲變換是物理時空坐標的變換而廣義坐標沒有直接的物理意義；而且狹義相對性原理不引入任何相互作用力，但是廣義協變性代表了引力效應。具體地說，廣義協變的度規場方程就是引力的動力學方程；在沒有引力存在的其他物質場方程變成廣義協變的方程後也就納入了引力效應。等效原理是弱等效原理和強等效原理的統稱。弱等效原理：最早由伽利略發現，所以又稱為伽利略等效原理, 簡單說是引力質量等於慣性質量。藉助於牛頓力學第二定律和萬有引力定律，弱等效原理可以有多種表述。質點在引力場中的自由落體加速度由牛頓萬有引力定律和牛頓力學第二定律給出：
（1）其中mi 是慣性質量，g是引力加速度，mg是引力質量（引力質量又分為主動引力質量和被動引力質量，「主動」是指「產生」引力，「被動」則是「感受」引力；為了簡單我們將假定兩者相等）。如果(mg/mi)是一個不依賴於質點物理性質的普適常數，那麼弱等效原理的互為等價的不同表述是：（a）適當地選取質量和重量的單位使常數(mg/mi)=1，即弱等效原理可以表述為 「慣性質量等於引力質量」；（b）在固定質量單位和重量單位的情況下弱等效原理也可以表述為「一切物體無論它們的重量和材料如何，在給定的引力場g中都具有相同的自由落體加速度a」；（c）對方程（1）求解得到質點在引力場中的運動軌跡，所以弱等效原理又可以等價地表述成：只要給定初始位置和初始速度，那麼一個不帶電的質點在引力場中的運動軌跡就與它的物理性質（例如重量和材料等）無關。狹義相對論給出了質量–能量關係式：E=mi c2，其中mi 是慣性質量，c是真空光速，E可以是物質的內能、動能、總能量等；任何類型的能量E都有其相應的慣性質量mi。不同的物質層次具有不同類型的相互作用力（例如，電子和原子核之間是電磁力；中子和質子之間是強力；等等），不同的力提供不同的勢能。就是說，物質的總能量E（或相應的慣性質量mi）與其內能（或材料）有關。一定的慣性質量mi 又相應地有（但並非相等）一定的引力質量mg。因此，比例係數mg/mi 可能會因物質材料的不同而不同；於是，具有不同材料的物質在引力場中可能會有不同的自由落體加速度。換句話說，不同的材料在引力場中可能會受到不同的作用力；這種力可能包含除了引力、電磁力、弱力、強力這四種已知的基本相互作用（力）之外的第五種基本力或其他形式的非基本的新力。因此，尋找弱等效原理的破壞也就是尋找新的作用力，其重要意義不言而喻。弱等效原理實驗通常是測量兩個不同材料的物體在引力場中的加速度a1和a2的相對變化率η：
（2）其中用到了公式（1）。所謂伽利略在義大利比薩斜塔的實驗沒有文獻記載。有文獻記載的第一個實驗是牛頓在1686年完成的。之後，出現了各種不同類型的實驗。在這些實驗中最值得一提的是厄阜（Eotvos）實驗：在一個扭稱橫杆（該橫杆的中點用一根扭絲將其懸掛起來）的兩端掛上不同材料的物體，這兩個物體受到指向地心的引力和地球自轉產生的慣性力，如(mg/mi)≠1，那麼這兩個力的水平分量會形成一個力矩而使橫杆水平轉動，這個力矩又將被懸絲的反方向力矩平衡。在橫杆的取向轉動180度後兩個物體互換了位置，引和慣性力的水平分量所形成的力矩就會改變，使得扭稱相對於支架偏轉一個度。厄阜等人的觀測結果給出η≤5×10-9，即沒有觀測到偏轉。
宏觀物體的弱等效原理實驗見表1、微觀原子的弱等效原理實驗見表2更高精度的實驗檢驗將在空間衛星上進行，例如預計2016年發射的法國MICROSCOPE衛星，檢驗弱等效原理的精度設計為10-15。強等效原理（愛因斯坦等效原理或說局部等效原理）：在宇宙中的任何局部引力場都不是均勻各向同性的。強等效原理是說在引力場中的任何時空點都可以找到一個局部慣性系，在其中物理定律的形式與沒有引力存在的狹義相對論的形式相同。這裡的「局部」不能由數學定義而只能由實驗儀器的觀測精度來決定；這個「局部」要足夠小，何謂「足夠」，就是小到在其中的每個時空點觀測儀器因其測量精度的限制而感受不到引力勢梯度的存（即觀測不到引力效應）。落塔的自由落艙、高空氣球的自由落艙、探空火箭、拋物線飛機、空間飛行器（例如空間站和衛星）等在一定的微重力水平上可以看作是「局部」慣性系。地球作為太陽的行星也是一個在太陽引力場中的自由落體，在忽略地球引力和轉動的情況下也可以看作是局部慣性系。檢驗強等效原理的實驗有3種類型：1）弱等效原理的檢驗；2）局部洛倫茲不變性的檢驗；3）局部位置不變性的檢驗。首先，強等效原理之所以包含弱等效原理是因為局部慣性系無論是用何種材料建造的在引力場中都必須具有相同的自由落體加速度。第二種類型的實驗實際上是驗證在「局部慣性系」中狹義相對論的正確性：如果地球自身引力場和自轉的影響可以忽略的話，那麼它就可以被看成是在太陽引力場中自由落體的「局部」慣性系，所以在地球實驗室進行的電磁、弱、強相互作用實驗獲得的物理定律都滿足狹義相對性原理。但是這些定律的方程式中都不存在引力效應，在這些方程式中納入引力效應的方法很簡單，那就是把他們修改成廣義協變的形式即可。第三類實驗包括引力紅移實驗和非引力基本物理常數的普適性測量，這是檢驗在局部所做實驗的結果與空間位置的無關性；非引力基本物理常數包括精細結構常數α、弱相互作用常數、強相互作用常數、電子-質子的質量比等，它們的數值可能與時間有關的猜測起源於狄拉克。觀測這種可能的變化最好在宇宙的時間尺度進行，例如對遙遠星系或類星體的光譜線與太陽系中的同位素豐度進行比較。以前的觀測分析都沒有發現這些常數在宇宙的演化過程中有什麼變化；但是，1997年韋伯（M. Weber）對17顆類星體光譜的分析給出的結果是早期宇宙的α比今天的數值約小10-5（若強等效原理成立α應該不隨時空而變化）；2001年對類星體吸收譜的分析給出Δα/α=（-0.54±0.12）×10-5。但是2004年對原子光譜的分析沒有發現α隨時間的變化而只是給出了一個上限，即這種相對變化如果有的話一定小於每年10-15。近來通過比對不同原子微波鍾之間的相對頻率給出Δα/α小於每年10-16。迄今為止不同的觀測給出的結果並不一致也就不能定論，特別是遙遠恆星能否看成局部慣性系以及那裡的引力勢對發射或吸收光譜影響程度的確定問題值得懷疑。因而需要進一步在「局部慣性系」確定Δα/α。空間冷原子鐘的計劃預計精度會比地面提高一個量級。在表1的實驗中，所用物體都是實驗室中的宏觀物體（其引力自能太小），檢驗的是除引力以外的其他相互作用勢能對等效原理的影響。要想檢驗引力自能的影響需要考慮天體的運動：如果引力自能造成等效原理破壞，那麼地球和月球在太陽引力場中的自由落體加速度會不同，因而月球繞地球運動的軌道就要有畸變（在有的文獻中把這種與引力自能相關的等效原理稱為甚強等效原理，我們則把它納入強等效原理）。這類檢驗的設想最早是牛頓提出的；到了1825年拉普拉斯通過研究「地-月」系統得到η<2.9×10-7；2004年利用30來年地-月距離的雷射測量數據獲得：η<10-13，即在10-13的精度上未發現(強和弱)等效原理破壞。磁型引力場（引力磁場）效應：廣義相對論的引力場方程是引力勢的非線性方程；在略去非線性項之後的線性化方程可以寫成類似於麥克斯韋電磁場方程的形式，等等；而且檢驗質點的測地線方程在低速和弱場近似下可以寫成電動力學洛倫茲力和牛頓力學第二定律的聯合形式（其中計入了慣性質量與引力質量相等）；因此，廣義相對論的引力場包含電型引力（其最低）和磁型引力（這是牛頓引力中所沒有的），等等。磁型引力的研究始於20世紀60年代初。磁型引力效應很小因而難於觀測。利用空間衛星觀測這種效應的實驗至今只有兩個（參見表3）：1）
使用義大利-美國衛星（LAGEOS-1 & 2）通過雷射測距觀測其軌道的變化於2004年驗證了磁型引力效應，精度是10%；但是軌道的變化是電型引力和磁型引力兩種效應的總和造成的，從觀測數據中扣除電型引力效應的廣義相對論理論值之後才得到磁型引力效應，所以不能說是對磁型引力效應的獨立測量；2）美國的引力探測器（GP-B）實驗（示意圖見圖1）：
超導陀螺在地球極軌道運行，初始時刻陀螺的自轉軸指向遠方的恆星，在運行中其自轉軸的指向發生兩種進動，一種進動發生在軌道平面之內稱為時空彎曲效應（測地效應）的進動，實驗值是-6601.8±18.3mas/yr（1mas=4.848×10-9rad）與-6606.1 mas/yr的廣義相對論預言值相符（精度為0.28%）；另一種進動稱為參考系拖曳效應（由地球自轉引起的磁型引力效應），實驗值是-37.2±7.2 mas/yr與-39.2 mas/yr的廣義相對論預言值相符（精度是19%）；這兩種進動互相垂直因而在數據分析中可以相互分離開來，所以這個實驗檢驗的磁型引力效應獨立於電型引力效應。其他的空間項目例如義大利的軌道高度為1400千米的衛星LARES（LAser Relativity Satellite）（2012~2016）計劃對磁型引力效應的檢驗精度達到1%。時鐘變慢與引力紅移：狹義相對論的運動時鐘變慢正比於相對速度與真空光速比值的平方；廣義相對論則預言處於強引力勢的時鐘比處於弱引力勢的時鐘走得慢(變慢的大小正比於兩處的引力勢差)；在飛機上的原子鐘（1972年使用銫原子鐘和1979年使用銣原子鐘）通過與地面原子鐘比對讀數驗證了狹義和廣義相對論的兩種時間變慢的聯合效應。這兩種類型的時鐘變慢對光譜的影響是使其頻率變小即波長變長（即光譜向紅端移動，稱為紅移）；狹義相對論的紅移可稱為「速度紅移」，而廣義相對論的紅移稱為「引力紅移」。最早檢驗引力紅移的實驗是測量恆星（包括太陽）光譜的紅移，其精度較低而且由於恆星與地面之間的相對運動，牛頓經典物理的都卜勒頻移（是相對速度與光速之比的一階效應）以及狹義相對論的速度紅移（是二階效應）會與引力紅移混在一起。單獨的速度紅移實驗和引力紅移實驗可以在地面實驗室進行。速度紅移的實驗已經很多，全都證實了狹義相對論的預言。對於引力紅移的實驗驗證，完成第一個精密測量的是邦德（Pound）等人於1960年完成的，他們使用的γ射線源是Fe57，吸收體與射線源之間的距離（即垂直於地面的高度）有十幾米，利用穆斯堡爾效應觀測吸收體接收到的γ射線頻率與其發射頻率的差值，結果在1%的精度內與引力紅移的理論值相符；後來，還有一些更為精密的實驗。至今的空間實驗（探空火箭）精度只有7×10-5。計劃中的空間實驗精度可達10-6的量級。引力波：如同麥克斯韋電磁理論預言了電磁輻射和電磁波一樣，廣義相對論預言了引力輻射和引力波（引力波是橫波，在真空中以光速傳播，引力輻射是四極輻射，引力子自旋為2，靜質量為零）。1966年韋伯在實驗室建造了世界上第一個引力波鋁棒天線，他宣布觀測到了引力波脈衝信號；可是後來其他更靈敏的裝置並未發現類似的信號。但是韋伯的工作激發起物理學家紛紛建造引力波天線，然而所有這些探測均未成功，20世紀80年代以後已不再繼續這種研究了。宇宙中的雙星系統由於引力輻射損失動能而使其軌道周期減慢。對這類系統進行的理論計算預言了雙星系統的引力輻射功率；1974年赫耳斯（Huls）和泰勒（Taylor）發現了脈衝雙星PSR1913+16 而且他們對這類系統的精確觀測發現其軌道周期變化率與廣義相對論的理論值極好地符合。為此他們榮獲了1993年的諾貝爾物理學獎。這是引力輻射存在的間接證據（之所以叫「間接」是因為他們並沒有對輻射出來的「物質」進行直接觀測）。為了探測宇宙中不同波段的引力波，國際上已經或正在建造多個大型的地面和空間引力波探測裝備（稱為引力波天文臺）以便直接探測引力波。光線偏折（引力透鏡）：光線在不均勻引力場中（特別是在大質量天體附近）的傳播方向因受引力作用而改變。1919年拍下的日全食照片顯示太陽背後遙遠的恆星位置因太陽引力而改變，其改變量與廣義相對論的計算值基本相符；這是第一個被實驗證實的廣義相對論預言，這在當時引起了公眾（包括物理學界）對廣義相對論的強烈關注。接下來的幾十年對多次日全食進行了類似的觀測，結果也都與理論相符。20世紀70年代，利用長基線和甚長基線幹涉儀技術對射電波的引力偏折進行了精確測量，結果也都與理論相符。另外，如果在恆星與地球之間存在強大的引力源，光線偏折可以產生恆星的「像」，那麼我們看到的就不再是一顆恆星而是兩顆（或兩顆以上）相似的恆星（「引力海市蜃樓」）；這種強大的引力源被稱為引力透鏡。第一個引力透鏡現象是在1979年發現的：在天空中有兩個很靠近的類星體，它們具有完全一樣的光譜，這兩個類星體實際上是同一個類星體的兩個「像」。後來發現這類「像」除了兩個也有多個的；例如，1988年發現有四個類星體的「像」，後來還找到了更多的「像」。星系也有引力透鏡現象，由於星系的空間區域大，它的像不是點狀的而是弧形的，甚至是個圓環（稱為愛因斯坦環）。至今已經觀察到很多「引力海市蜃樓」事例。造成「引力海市蜃樓」的「天體」（即引力透鏡）有很多不同的候選者：不發光的大質量暗星、星系、黑洞、成團的暗物質系統等。水星近日點進動：水星繞太陽運動是個橢圓軌道；由於太陽和水星不完全是球體以及其他行星的攝動等，水星繞太陽一圈不是360度，它離太陽最近的點（近日點）每轉一圈就要向前移動一個微小角度；天文觀測給出每百年進動1°33′22″；牛頓理論的計算值比這個觀測值小43″每百年（1990年新的更精確觀測值給出的是42.98″每百年），這在相對論建立以前是一個困擾人們很久的未解之謎。廣義相對論預言的數值與該觀測值很好地符合。這類進動現象也發生在其他大行星和小行星上，只是水星的最大；用廣義相對論算出的金星、地球以及小行星Icarus的理論值也與相應的觀測值很好地符合。雷達回波的時間延緩：在水星處於「上合」期間向水星發射雷達信號（這時雷達信號在傳向水星的途中正好掠過太陽表面，因而受太陽引力的影響最大），然後接收來自水星的雷達反射信號；測量發現反射信號回到地球的時間比它不受太陽引力影響時的時間要晚，其觀測結果與廣義相對論的預言相符。中子星：當一顆大質量的星體冷卻下來而變得其內部壓強支撐不住自身的引力時就會發生塌縮，最後成為完全由中子構成的星體，即中子星。中子星的體積小密度大；一個太陽質量的中子星其半徑只有約十千米。1967年發現了脈衝星（高速轉動的中子星）。真實的中子星會有晶狀的外殼、超流的核心、強大的磁場以及極高的自轉速率。現在人們普遍認為，脈衝星的核心就是中子星；但是並不是所有的中子星都是脈衝星。引力塌縮與黑洞：如果通過碰撞或吸引周圍的物質之後中子星的質量超過3個左右的太陽質量（理論上給不出很確切的數值），那麼就會發生引力塌縮，最終成為黑洞。黑洞不發光，邊界是視界面（任何物質包括光子只能從外部穿過視界面進入黑洞而不能從黑洞內跑出來）。在宇宙中，有不同類型的黑洞候選者；雙星系統中的一員如果是黑洞，它本身雖然不發光，但是其周圍物質形成的吸積盤中有物質落入黑洞就會產生X射線和氣體噴注；另外，星系（包括我們銀河系）的中心是超大質量的黑洞，其周圍吸積盤也會產生X射線和氣體噴注。天文觀測已經給出了這類黑洞存在的許多證據。越來越多的天文觀測表明大多數星系的中心都存在超大質量的黑洞。但是現在還不能以肯定的語氣說黑洞已經被發現，除非天文觀測能夠確定它們的視界面。黑洞熱力學與霍金輻射：理論上廣義相對論預言了幾種類型的穩態黑洞：球對稱黑洞、柱對稱或軸對稱（轉動）黑洞；它們又分為帶電的和不帶電的。黑洞的質量、電荷、角動量之間所滿足的關係與通常熱力學的四個定律類似。由此認為穩態黑洞就是一個處於熱平衡的熱力學系統，所以可以定義黑洞的溫度和熵。黑洞有溫度就有熱輻射而不應該是黑的；霍金把量子力學應用於黑洞表面（即它的視界面）附近而得出黑洞有輻射（霍金輻射）的結論；這就是說外面的觀察者看到黑洞在不斷地蒸發；黑洞越小，溫度越高，蒸發得越快；小黑洞蒸發到最後會發生爆炸而產生高能量的γ射線暴。當然，以上這些理論結果還無法由實驗或天文觀測來證實。大爆炸宇宙模型：以宇宙學原理（宇宙中的物質分布在108光年或更大的尺度上平均起來是均勻的和各向同性的）為基礎在給定物態方程之後求解廣義相對論的動力學方程得到宇宙的標度因子a(t)；有三種類型的宇宙：閉宇宙、平坦宇宙、開宇宙；對於閉宇宙a(t)即是宇宙的半徑。此外，如果把宇宙中的物質看成是理想的稀薄氣體，則進一步得到宇宙標度因子a、宇宙物質密度ρ及壓強p與宇宙溫度T的函數關係；進而得到溫度與時間的關係；結果表明：t→0時，a→0，ρ→∞，p→∞，T→∞，這是大爆炸起始時刻的極端情況，即宇宙從大爆炸開始。該模型預言的宇宙年齡、微波背景輻射、輕元素原初豐度被天文觀測證實，因而大爆炸宇宙模型被廣泛接受。但是它也存在許多困難：奇性困難（t=0時刻宇宙物質的密度、壓強和溫度都是無窮大，宇宙中的各種不同信息都無法分辨，而且能量無窮大更無法接受），解決這個困難的方法之一是認為在普朗克（Planck）能標（1019GeV，或大約在大爆炸起始時刻到10-43秒）宇宙處於量子狀態。因此，量子宇宙學（宇宙波函數、蟲洞等）的研究成為重要的理論課題；視界困難：天文觀測給出的宇宙（觀測宇宙）的範圍其尺度大約是1010光年。但是，在宇宙早期大爆炸模型給出的有因果聯繫的範圍要比觀測宇宙小很多很多；此外，大爆炸模型還有其他許多困難：平坦性困難、物質和反物質的不對稱性、星系的形成與演化等。20世紀80年代初，古斯（Guth）為解決視界困難和平坦性困難提出了暴漲模型，其特點是：熵增加、非熱平衡過程、膨脹速度比標準模型的快很多（即暴漲）。至今，人們已經提出了種類繁多的暴漲模型，其中大多數是引入一種或多種標量場來引發宇宙的暴漲。暴漲模型可以解決標準模型中除奇性困難之外的大多數困難。粗略地說，宇宙開始是量子狀態；在10-43秒之後成為經典宇宙其演化由大爆炸模型給出，大約到10-32秒進入暴漲過程（不同的模型會給出不同的時間標度）；之後又成為大爆炸模型的演化過程：先是輻射為主（這時宇宙中的物質主要是光子和以接近光速運動的其他粒子），以後轉變成物質為主（低速物質為主，光子和其他高速粒子的比例很小；今天的宇宙就是這種狀態）。在宇宙中，通常的物質大約只佔5%，其餘95%以上是暗物質。暗物質的候選者很多，至今無法確定。暗能量是1998年發現宇宙在加速膨脹後給出的新詞彙（此後，原來認為的95%以上的暗物質就分成了暗物質和暗能量；它們不發光，跟普通物質的相互作用很小；暗物質可以成團，例如構成星系或星系團的暈或說「大氣層」，暗物質也可以是自成體系的引力透鏡等），近些年的微波背景輻射探測衛星（COBE、WMAP、PLANCK）給出了各個宇宙學參數的精確數值因而宇宙學進入了精確宇宙學的新時代，例如觀測宇宙是平坦宇宙；極早期經歷了暴漲過程；宇宙微波背景輻射與絕對溫度為2.725K的黑體輻射相同，溫度各向異性的量級為10-5；宇宙年齡是138.2億年；宇宙物質的成分是可見物質佔4.9%，暗物質佔26.8%，暗能量佔68.3%；等等。但是暗物質和暗能量的本質以及由何種物質組成的問題已經成為理論和實驗研究的重要前沿課題；在理論方面開展了大量的研究工作，在實驗方面已經和將要建造地面的、地下的以及空間的探測裝置就是用來尋找它們的足跡。計算（數值）廣義相對論：由於廣義相對論的動力學方程組是高度非線性的，對接近實際情況的物質體系的動態演化過程和引力塌縮是無法求出解析解的，而只能使用大型的超級計算機或並行機做數值模擬運算。這項研究的重要性主要在於：引力塌縮過程會產生引力輻射，可以為引力波天文臺提供有關引力波源和引力波構型的理論支持；引力塌縮的最終結果可能形成黑洞，這類研究又可以為黑洞的形成提供動力學依據。計算廣義相對論還包含宇宙演化過程的數值模擬：用計算機模擬通常物質、暗物質和暗能量各佔一定比例的宇宙體系的演化過程，研究宇宙中大尺度結構的形成，從而展現宇宙早期的演化圖像。量子引力是指廣義相對論的量子化理論。早已證明，廣義相對論的量子微擾理論不能重整化。因此，多年來人們致力於廣義相對論的非微擾量子理論的研究。由於數學上的困難，至今未獲成功。或許引力的量子化不能單獨進行，而應當與其他三種基本力（電磁力、弱力、強力）統一起來考慮。現在的大統一理論中最有希望獲得成功的當屬超弦理論。弦理論應用於宇宙學（弦宇宙學）的理論研究還在不斷深入地開展。但是，弦理論中包含了非常多的新耦合常數、預言了太多的新型基本粒子，在這些預言被實驗證實之前，我們就無法說它是成功的物理理論。展望21世紀，引力理論與引力實驗的研究最有可能在下面幾個主要方面取得重大進展或突破：檢驗等效原理的空間計劃將使精度提高几個量級, 新型的相互作用力有可能被發現； 隨著大型的地面和空間引力波天文臺的建成並已經或將要投入運行, 來自宇宙的引力波或其他未知信號有可能被探測到；此外，從地面（包括地下）到空間的探測暗物質和暗能量的大型觀測裝置也要逐步運轉。所有這些研究既會帶來應用技術上的一場革命, 也會使人類更深刻地認識宇宙,同時又會對廣義相對論和其他現有的基本理論提出挑戰從而促成新理論的誕生； 此外, 量子引力和大統一理論在21世紀或許會以一種不同的方式取得成功。作者：張元仲（中國科學院物理研究所）原刊《現代物理知識》2015年27卷5期3~8頁博科園-科學聯盟其成員已獲得授權轉載註：其它未經授權禁止轉載本文編輯：博科園