爱因斯坦的理论如何经受住了现实世界的检验？
相对论通常被视为纯智力的一次大捷，是最为优美的基础物理理论之一。然而在物理学领域，如果一个理论与我们对大自然的观察不匹配，那么它再优美、再高深也毫无意义。
两百年来，牛顿的引力理论出色地经受住了这一检验。它的核心思想是万有引力定律：任意两个物体间的引力正比于它们的质量，而反比于两者距离的平方。在太阳系里，用牛顿的万有引力定律预言的行星运动达到了令人赞叹的精度，以至于在1846年，法国天文学家奥本·勒维耶（Urbain Le Verrier,1811—1877）利用它成功地预言了海王星的存在。图1.2所示为1947年拍摄的爱因斯坦的照片。
牛顿的理论只在一处有误。勒维耶发现水星的实际轨道相较牛顿理论的预言有些微漂移——每一个世纪小于1%。这种不一致一直让人百思不得其解，直到1916年，爱因斯坦证明了他的广义相对论可以推导出从水星轨道所观测到的这种漂移。可以说，这个理论几乎立刻就通过了它的第一个检验。
爱因斯坦还预言，一个像太阳一样有质量的物体，会将光路弯折：从效果上看，空间弯曲的几何效应就相当于一面透镜弯折了光束（详见第3章）。（实际上，牛顿的理论也能预言光束的弯折，但是其预言的弯折量是广义相对论预言的一半。）
幸运的日全食
在1999年8月11日，爱因斯坦的出生地——德国城市乌尔姆的上空发生了一次日食，月亮把太阳遮住，城市陷入一片漆黑。这是对那位改变了我们对大自然理解的人的最佳献礼——当然，这次日食只是十分凑巧地发生在了乌尔姆。尽管在这个世界上，每隔大约18个月就会发生一次日食，然而对于任何一个固定的地点而言，两次连续的日食的间隔时间大概是350年。所以，你可以算算看，在20世纪最伟大的科学家的出生地发生上一个千年的最后一次日食的概率究竟有多小。不过我们也许不需要对这个巧合感到惊奇；对爱因斯坦而言，碰到日食总是幸运的。
就以近百年前的那次日食来说好了，它在证明爱因斯坦广义相对论正确性的过程中起到了关键作用。爱因斯坦的论文在第一次世界大战期间悄悄流出了德国，被剑桥大学的英国物理学家亚瑟·爱丁顿（Arthur Eddington,1882—1944）所获知。正是爱丁顿意识到，1919年5月29日在西非海岸旁的普林西比岛上发生的日全食，为检验广义相对论的一个关键预言提供了一次宝贵的机会。
爱丁顿的团队顺利抵达了普林西比岛，并成功地开展了拍摄。他们想观测的是一个名为毕宿的明亮星团（见图1.3）。因为那个时候太阳正好在这一星团前面，为了挡住太阳的耀眼光芒，爱丁顿需要一次日全食。如果爱因斯坦的理论是正确的，那么毕宿星团在天空中的位置看起来会有一点偏移，大概是1度的1/2000。
首先，爱丁顿在牛津的一个夜晚拍摄了毕宿星团的照片。然后，在1919年5月29日普林西比岛发生日全食时，毕宿星团几乎位于太阳的正后方，他又拍了一张照片。要检测到光线的弯折可不容易——毕竟，星星位置偏移的程度非常小——但是，在1919年的9月，爱丁顿宣布爱因斯坦是正确的。通过比较两次观测的结果，爱丁顿发现行星位置的偏移正如爱因斯坦所预言的。这一结果立刻将爱因斯坦捧成一位国际巨星。
话说回来，这大概也能算爱因斯坦的另一份幸运了。爱丁顿所获得结论的缜密性在今天看来是颇有争议的。有些人认为光线弯折效应实在太小了，对于爱丁顿来说应该不可能清晰地分辨出来，要不是他对爱因斯坦的理论有着极佳的接受度，说不定他不会这么快就得出如此有力的结论。
在那之后，爱因斯坦的理论通过了更多的检验，其理论中的一个预言就是，当光从带质量的天体附近弯曲的时空中往外“爬”的时候，它的波长应该会被拉长，或者说被“红移”。在1959年，美国物理学家罗伯特·庞德（Robert Pound,1919—2010）和格伦·雷布卡（Glen Rebka,1931—2015）在他们位于哈佛大学的实验室里测量到了引力红移。目前，我们有了大量大大小小的黑洞存在的证据（详见第3章）。2015年激光干涉仪引力波天文台（LIGO）科学合作组织的物理学家们终于探测到了引力波（详见第4章）——爱因斯坦在一个世纪前预言的时空形变的传播。
时空轴
爱因斯坦的大脑有什么异于常人之处？
爱因斯坦辞世的时候，一名病理学家因为热切地想知道爱因斯坦惊人智慧的源泉，将他的大脑从尸体上切除，并对其进行了详细解剖、拍照。这颗大脑一开始是有些令人失望的，因为它比一般的大脑还要轻一些。然而，在最近几十年里，爱因斯坦大脑的图像引发了人们一些新的思考。1999年的一项研究指出，爱因斯坦大脑的顶叶相比常人宽15%，而这一区域正是与数学、空间推理等相关的。芝加哥国家卫生和医学博物馆甚至制作了一个爱因斯坦脑图App，包含超过350张数字化的大脑切片，让研究人员可以在这位伟人的灰质中尽情徜徉。2012年一篇发表于神经学期刊《大脑》（Brain）中的研究论文指出，爱因斯坦的惊人智慧可能源自他的前额叶，这个区域主要负责语言、将事件图像化及模拟事件结果。相比普通的大脑，他的大脑中的这部分面积要大很多。研究人员还在他的运动皮层中发现了一个巨大的结，这与爱因斯坦早年演奏小提琴的活动相关。
不过，目前爱因斯坦的大脑有一部分下落不明。
