广义相对论的建立
广义相对论首先是一种引力理论。1911年，爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了另一篇论文，从中可看出他正在如何构思一种引力理论。该论文的题目是《引力对光传播的影响》，尽管其中内容是半真实半猜想的混合，而没有任何炫目的新见解，却指出了前进的道路并给出了又一个能深刻揭示宇宙之真实而又很朴素的方程。
爱因斯坦在关注那个跟着光线跑的人之后，看来又用了很多时间去关注另一个(或许是同一个)关在断了缆绳而下落的电梯里的人。这是爱因斯坦思考在引力作用下自由下落物体之行为的奇妙方式。在下落的电梯里，所有东西都以同样的速度下落，没有相对运动。电梯里的人将在空中漂浮，完全失重，毫不费力地在电梯的四壁和上下板之间游荡。当然，我们现在已经看到宇航员在飞船里这样做的图像，他们能这样做也是由于同样道理，他们也在引力作用下“自由下落”，因为一个环绕地球的轨道也是一种特殊的受控制的下落。但是爱因斯坦不得不想像我们已在电视上看到的一切：在下落的电梯里铅笔失重而浮在半空，水不是往下流而是形成圆球，如此等等。下落电梯(或飞船)里的物体遵循我们在中学里就学过的牛顿定律——不受力的物体保持匀速直线运动。在电梯外面的世界里，事情会由于引力而有所不同。爱因斯坦的天才就在于能看到别人都忽略的要点。既然下落电梯的加速度能够精确地抵消掉引力，这就表明引力和加速度必定精确地相等。
这些对光而言又会怎样呢回到那个被恒力推动的空中实验室。其中的物理学家可能准备做些涉及光的实验。他让一道光束从实验室的一端发出并横贯到另一端。光越过实验室需要一定时间，在这段时间里实验室被持续地向上加速，所以室壁在光到达之前已经向上移动。物理学家原则上可以由光到达墙壁的位置下移得知实验室是在加速，他甚至可以测量光束的弯曲程度来算出加速度有多大。这样看来，终究有了一个区分引力和加速度的办法。但是爱因斯坦说，哪儿的话我们必须保持引力与加速度等效的思想，直到(或除非)能证明它们并不等效。如果光束在一个加速参考系里是弯曲的，那么，要是理论正确的话，则光束也必定被引力弯曲，并且弯曲程度完全相等。
从引力场出现到光束弯曲，爱因斯坦用天才般的大脑完成了广义相对论的发轫。一切最重要的物理理论那是那样的简单，广义相对论也一样，仅仅一个很朴素的想法，最终导致了物理学界的一场革命！
广义相对论简单阐述
为了更好的理解广义相对论，我们可以假想一块橡皮布被紧绷在一个架子上成为一个平面，这就是一个爱因斯坦版本的真空“模型”。现在有一个很重的保龄球落到了布的中央，布就弯曲了。这就是爱因斯坦的大量物质附近的空间变形的“模型”。你让一个小弹子在平直橡皮布上滚动时，它的路线是直线。但当布已因保龄球而变形时，小弹子在球附近的滚动路线就会由于布的凹陷而变成曲线。这就是爱因斯坦所解释的“引力”由来。其实没有任何力，物体只是简单地沿着一条最小阻力的路线，一条等价于直线的路线，来通过空间或时空中的一个弯曲部分。这里所说的物体可以是小弹子，是行星，或是光线，而效应都是一样的。
当物体在大的质量附近运动时，或者按照老的图像来说通过一个引力场时，运动路径会弯曲。广义相对论精确地预言了光线在经过太阳附近时将弯曲多少。有关的数学也许很深奥，而像弯曲空间这样的概念也的确稀奇古怪。但是爱因斯坦的理论给出了明确的、可检验的预言。那是1916年，爱因斯坦在德国工作，英国天文学家爱丁顿从中立国荷兰的一位同行那里得知了这个新理论及其预言。德国人的预言由英国人在1919年作的观测所证实，那时这两个国家从法律上讲还处于交战状态，因为签订的只是停战协定而不是和平条约。部分地由于这种历史背景，1919年的观测验证在公众中引起了在其他物理学看来未曾有过的轰动，惟有19世纪达尔文进化论的发表可与之相比。
广义相对论的验证
1919年，爱丁顿证实了爱因斯坦广义相对论所预言的测地(宇)线在引力场中弯曲的事实。他的基本思想是，如果光线可以在太阳引力下弯曲，则在直线传播下被挡住了的恒星光线，通过弯曲，可以传到地面上，在日全食天空变黑的情况下，应该被观测到。
日食观测的完整分析又用了几个月，爱因斯坦得知自己的预言被证实的确切消息已是1919年9月。整个观测结果是在1919年11月6日，英国皇家学会和皇家天文学会联合举行的一次座无虚席的会议上宣布的，当时那个渴望除了战争以外的任何新消息的世界，立即出现了一股宣传浪潮。报刊的大字标题是“光不走直线”、“科学的革命”、“牛顿理论被推翻了”、“空间‘弯曲’”等等。爱因斯坦在公众眼里成了20世纪，或许是有史以来最伟大的科学家。而广义相对论则被认为是有史以来最伟大的科学理论——这恐怕不大对，因为量子理论至少是同等重要。
E为观测者。广义相对论预言，引力弯曲的最大角度为1.75″，爱丁顿的测量值为1.98″±0.16。以后每次日全食几乎都有科学家进行类似的测量，且实验平均值均在1.75″附近。
除此之外，广义相对论所预言的水星近日点的运动、光谱线的引力红移、雷达回波在太阳引力场中的时间延迟等，与观测的结果基本符合。爱因斯坦作为20世纪最伟大的物理学家之一，达到了其成就的巅峰。广义相对论的建立，也从根本上改变了人们对宇宙的认识。
当这些恒星的位置与太阳位于天空中相反一侧时，与测到的同一些恒星的位置比较，爱丁顿发现了明显的偏移，各颗恒星位置的偏移量取决于日食时该星与太阳的角距离。光在经过太阳附近时被弯曲了。恒星位置的偏移(下图中用X号表示)与爱因斯坦理论所预言的(下图中曲线)精确相等。
爱丁顿在1919年日食时观测到的一些恒星位置如上图所示当时那些恒星和太阳(图中圆圈)近乎在天空中的同一方向。恒星距离我们当然比太阳要远得多，这种并列就意味着来自遥远恒星的光经过了受太阳引力影响的空间区域。
1922年，前苏联数学家弗里德曼研究了爱因斯坦所作的计算。弗里德曼认为，爱因斯坦的静态宇宙仅仅是场方程的一个解，场方程应该还有一个膨胀宇宙解。弗里德曼是一位数学家，他感兴趣的是广义相对论场方程的数学解，但却第一次预见了宇宙是膨胀的。很可惜，他没有看到红移是如何证实了他的科学预见的。
比利时主教勒梅特于1927年独立地发现了一族描述膨胀宇宙的爱因斯坦引力场方程最简单解。1929年哈勃发现星系退行的简单规律时，并不知道弗里德曼和勒梅特的膨胀宇宙模型。这些科学家各自独立的工作为人们描述了宇宙的图像，并且推动了宇宙大爆炸学说的诞生。
