本月是阿尔伯特·爱因斯坦推翻他所崇拜的艾萨克·牛顿，重新定义引力概念一百周年。
牛顿曾设想引力是一种和其他力一样，会作用于物体使其运动的力。但爱因斯坦将引力编织进时空的织体本身，塑造了一个无形的、由山丘和峡谷构成的景观，物体在其间运动。描述这一愿景的方程，即广义相对论，自那时以来已成为现代物理学的基石——为理解从行星和恒星的运动到暗物质的存在以及宇宙自身的早期阶段提供新的视角。
“如今，它确实是引力的标准模型，”佛罗里达大学的物理学家克利福德·威尔（Clifford Will）说道，他将自己的职业生涯奉献给了这一理论。“它已经以优异的成绩通过了所有实验测试。”
但这并未阻止人们希望挑战这位“狂想家”的科学家们提出替代理论。近年来，修改广义相对论的新想法层出不穷。一些理论增加了宇宙的额外维度。另一些则发明了全新的粒子。所有这些理论都有一个共同点：从未找到任何证据来支持它们。
“科学文献中有数百种这类理论，”牛津大学的理论物理学家泰莎·贝克（Tessa Baker）说道。“你可以构建出各种各样具有不同行为的引力理论。”
没有人真正期望彻底抛弃爱因斯坦的方程——也许只有那些给像我这样的科学记者寄送未经请求的稿件的疯子。但尽管广义相对论取得了成功，物理学家们仍有充分的理由对其感到不满。它与描述现实最小尺度的量子力学不兼容。而且它包含一个连爱因斯坦本人都感到困扰的“修正因子”，他添加这个因子是为了解释宇宙的加速膨胀。但就我们自己的太阳系而言，广义相对论一次又一次地证明了其有效性。
以水星为例。它在天空中运行的椭圆轨道会随着时间推移而发生进动。牛顿的数学能够解释其他行星的这种进动，但无法解释水星。是爱因斯坦发现了原因：太阳附近扭曲的时空对离太阳最近的水星产生了显著影响。
广义相对论还预测了太阳引力造成的扭曲会在多大程度上弯曲经过其附近的星光。英国天文学家团队远赴南美和非洲，通过拍摄日食期间太阳附近的可见星体照片，证实了这一预测。
尽管此后有人对那项实验提出了质疑——声称天文学家们可能看到了他们想看的东西——但星体和其他天体不仅能够弯曲光线，还能改变其颜色，这一点现在已经得到了充分证明。一些天体甚至能聚焦来自遥远天体的光线，充当透镜，例如帮助行星猎人寻找遥远恒星周围的系外行星。
虽然地球的引力远弱于太阳，但技术进步使得我们在更近的距离上也能证实其奇特效应。在NASA运行时间最长的任务“引力探针B”（Gravity Probe B）的轨道上，旋转的陀螺仪以与地球质量所造成的时空扭曲（如同保龄球放在蹦床上）以及扭转（如同勺子在蜂蜜中搅动）相一致的方式发生了摆动。在地面上，世界上最精确的原子钟，其滴答声如果放在地板上而不是桌子上，会稍微慢一些——这归因于地板上稍微更强的引力减慢了时间。
那些希望给爱因斯坦理论钻孔的人，在被行星和恒星挡住去路后，已经开始将目光投向宇宙中未知的水域。
“大约五到十年前，人们开始意识到我们需要在更大的尺度上检验广义相对论，”海德堡大学的理论物理学家卢卡·阿门多拉（Luca Amendola）说道。
新的项目将检验相对论对宇宙结构本身的预测，包括欧洲的欧几里得（Euclid）空间任务和今年的泛星系巡天望远镜（Large Synoptic Survey Telescope），后者在智利奠基，将使用全景相机拍摄星系照片。
另一些研究则聚焦于宇宙中最具引力效应的天体：黑洞。
“我们希望在不同的环境下测试引力，”亚利桑那大学的天体物理学家季米特里奥斯·普萨尔蒂斯（Dimitrios Psaltis）说道。“我们想看看我们是否能在某个阈值之外发现新物理学的证据。”
普萨尔蒂斯加入了一个国际天文学家团队，他们正在观测我们星系中心的一个黑洞。黑洞本身是看不见的；它的引力如此之强，以至于任何越过其事件视界的东西，包括光，都无法逃脱。但就在事件视界之外，有一个由落入黑洞的尘埃发出的光和无线电波组成的朦胧圆环。
横跨四大洲的近十二台望远镜正在接收这些无线电波，以检查该圆环的大小和形状是否符合广义相对论的预测。通过原子钟同步，该网络作为一个巨大的虚拟望远镜运行：事件视界望远镜（Event Horizon Telescope），它从西班牙一直延伸到今年春天加入该合作项目的最年轻成员——南极望远镜。
本月即将发射的一项欧洲空间任务也将黑洞纳入研究范围。该任务名为LISA Pathfinder，将测试用于2034年eLISA任务的技术，后者将研究两个黑洞相互绕转时会发生什么。
广义相对论预测，这样的双黑洞系统应该会产生在时空中向外传播的波，导致物体膨胀和收缩。LIGO，一个于去年九月升级的地面仪器，多年来一直试图捕捉这些引力波，但未能成功。eLISA将使用三组自由漂浮的物体来施展其“网”。
在太空的寂静中，如果来自两个合并星系中两个黑洞的波经过，测量激光将连接这三艘航天器的距离，这些物体之间的距离应该会发生轻微变化。
“LISA任务期间应该会看到几十次这样的合并事件，”剑桥大学的乔纳森·盖尔（Jonathan Gair）说道。
捕捉到引力波并不一定能证实爱因斯坦的理论；它必须只在垂直于波的方向上改变距离。否则，物理学家们就需要重新回到起点。
理论家们今天很少能告诉我们，如果其中任何一个项目发现了异常现象，需要什么样的“新物理学”。在没有证据来证明它们的情况下，他们将继续玩弄他们的“玩具理论”——完善和修改数学，并抛弃那些存在问题的理论。但他们会梦想着有一天数据能够挑战爱因斯坦。在那之前，他的引力理论将继续它长达一个世纪的统治。
