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然而，也有异议的声音，最突出的是来自无线电先驱奥利弗·洛奇。洛奇出生于1851年，是一位非常典型的维多利亚时代的科学家，在牛顿理论的教导下长大。事实上，他仍然笃信存在以太，一直支持其存在的争论：“认识以太的首要问题是它的绝对连续性。深海里的鱼可能无法理解水的存在，因为它沉浸在太过平稳的水里。而这恰是我们在考虑以太时所处的条件。”他和他的同时代人前仆后继地挽救着他们的充满以太的牛顿宇宙的世界观，但这种尝试在现有的证据面前完全是徒劳的。
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图27 爱丁顿1919年的日食观测结果在1922年得到了天文学家在澳大利亚对日食观测结果的证实。本图显示了太阳附近的15颗恒星（圆点）的实际位置，箭头所指的是被观测到的位置，它们都显示出向外偏移。图26解释了为什么弯向太阳的星光会使得恒星看上去似乎离开太阳。
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从专业角度上说，天文学家如果要将观测结果与牛顿或爱因斯坦理论所预言的结果进行比较，他们常常需要对观测数据进行外推，并对紧靠太阳圆盘边缘的假想恒星的偏移量进行估计。此外，图中恒星相对于太阳的实际位置是以“度”为单位标注的，但偏移量则是以与坐标刻度无关的“弧秒”单位来指示的，否则它们太小在图上无法看到。
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J. J.汤姆孙，英国皇家学会会长，对本次会议做了这样的总结：“如果爱因斯坦的推理的正确性是经得起检验的——它已经经受了水星近日点和目前日食观测这两次非常严峻的考验——那么这将是人类思想的最高成就之一。”
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第二天，伦敦《泰晤士报》以通栏标题“科学的革命——新的宇宙理论——牛顿的想法被推翻”报道了整个故事。几天后，《纽约时报》宣布：“天上所有的光都是歪斜的，爱因斯坦的理论赢得胜利”。突然之间，阿尔伯特·爱因斯坦成为世界上首屈一指的科学巨星。他不仅展示了对支配宇宙运行的力有着无可匹敌的理解，同时又富有魅力、机智和哲学底蕴。他是记者梦寐以求的采访对象。虽然爱因斯坦起初很享受这种关注，但不久就对媒体的轮番炒作感到厌烦。他在给物理学家马克斯·玻恩的信中表达了他的这种忧虑：“你在《法兰克福日报》上发表的优秀文章给了我很多快乐。但是现在，你，还有我，简直就是受到新闻媒体和其他乌合之众的迫害，虽然你的程度较轻。它是如此糟糕，让我几乎喘不过气来，更别说正常工作了。”
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1921年，爱因斯坦开始了他的第一次美国之旅。在每一个场合，他都被人山人海地包围着，演讲大厅作报告更是听众爆满。在爱因斯坦之前或之后的物理学家中，没有人取得过这样的世界性声誉，受到如此钦佩和欢迎。爱因斯坦对公众的影响力从下面这位记者的描述可见一斑。这位有点歇斯底里的记者是这样来描述爱因斯坦到纽约美国自然历史博物馆做讲座时的情形的：
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聚集在大陨石展馆中间礼堂里等候的人群对穿制服的服务员试图不让那些没票的进去感到不满。由于担心无法一起听讲座，一群年轻人突然冲向四五个守在通向北美印第安人展馆大门的服务员……在服务员被冲撞到一边去之后，陨石馆里等候的男人、妇女和儿童突然涌入。手脚不灵便的被撞倒，被踩过去，女人们尖叫着。被挤得动弹不得的服务员只要稍有空挡便跑过去帮忙。门卫给警察打电话，几分钟内穿制服的人便涌入这个宏大的科学机构。他们的使命在警方的历史上都可谓是全新的——平息科学骚乱。
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虽然广义相对论完全是爱因斯坦的杰作，但他清楚地知道，爱丁顿的观测结果对这场物理学革命的认可至关重要。爱因斯坦做了理论上的发展，爱丁顿针对现实对它进行了检验。观察和实验是检验真理的最终裁决，广义相对论通过了这一检验。
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然而，爱因斯坦也曾做过违心之论。那是一个学生问他，如果上帝的宇宙已被证明其运行不同于广义相对论所预言的方式，他将如何应对。爱因斯坦假装以一种傲慢的表情回答说：“那我就觉得对不起上帝他老人家了。这个理论怎么说都是正确的。”
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图28 阿尔伯特·爱因斯坦和亚瑟·爱丁顿爵士，前者发展了广义相对论的理论体系，后者通过对1919年日食的观测证明了这一点。这张照片拍摄于1930年，当时爱因斯坦应邀访问剑桥，接受荣誉学位。
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爱因斯坦的宇宙
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牛顿的引力理论今天仍广泛用于各种计算，从网球的飞行到吊桥的支撑力，从钟摆的摆动到导弹的轨迹，不一而足。在将牛顿理论应用于像地球这样的引力较弱的环境下的现象时，牛顿公式仍然是非常准确的。但爱因斯坦的引力理论当然更好，因为它不仅可同样适用于地球这样的弱引力环境，而且可适用于恒星那样的强引力环境。虽然爱因斯坦的理论优于牛顿理论，但广义相对论的创造者很爽快地承认自己是站在17世纪巨人的肩膀上：“你会发现，在你这个年龄，对于一个拥有最深邃思想和创造力的人来说，任何可能性都是存在的。”
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本章到此我们经历了一次颇为曲折的旅程，领略了爱因斯坦的引力理论，其中包括光速的测量、以太的否定、伽利略的相对性原理、狭义相对论，最后是广义相对论。尽管故事曲折有趣，但请记住，唯一真正重要的一点是，天文学家们现在有了一个新的和改进了的引力理论，它精确可靠。
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理解引力是天文学和宇宙学的关键，因为引力是支配所有天体的运动和相互作用的力。引力决定了小行星是与地球相撞，还是无害地从其边上飘过。它决定了构成双星系统的两颗恒星是如何彼此互绕旋绕的，它解释了为什么质量特别大的恒星最终会因其自身的重量而坍缩成黑洞。
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爱因斯坦急着想看到他的新引力理论是如何影响我们对宇宙的理解的，为此在1917年2月，他写了一篇题为“广义相对论的宇宙学考察”的论文。标题中的关键词是“宇宙学”。爱因斯坦不再对诸如水星近日点进动或太阳扯弯星光的方式这样的问题感兴趣，而是专注于引力对宏大的宇宙尺度的作用。
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爱因斯坦想了解整个宇宙的特性和相互作用。当哥白尼、开普勒和伽利略在构建他们的宇宙图景时，他们有效地将注意力集中在太阳系上，但爱因斯坦真正感兴趣的是整个宇宙，远到望远镜能看到甚至看不到的无尽苍穹。文章发表后不久，爱因斯坦说：“能使一个人做这种工作的心态……类似于宗教的崇拜者或情人的心态，每天的工作绝不是出于故意或程序，而是直接由心而发。”
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运用引力公式来预言水星轨道的行为只需要在公式里填上质量和距离然后直接计算即可。而要对整个宇宙进行这样的计算，就需要将所有已知的和未知的恒星和行星都考虑进来。这野心似乎大得荒谬——那难道这样的计算就肯定是不可能的了？为此，爱因斯坦通过一项关于宇宙的简化了的假设，来使任务的难度降低到可控的水平。
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爱因斯坦的这一假设就是著名的宇宙学原理，它指出，宇宙在各处或多或少地是一样的。更专业点说，这一原理假定宇宙是各向同性的，这意味着它从每个方向看上去都是相同的——当天文学家观测深空时得到的印象差不多就是如此。宇宙学原理还假设，宇宙是同质的，这意味着宇宙在大尺度上各处看起来完全一样，无论你从哪个地方看。这句话也可以理解为地球在宇宙中并不占据某个特殊位置的另一种说法。
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当爱因斯坦将广义相对论和他的引力公式应用到整个宇宙后，他对理论给出的宇宙如何运作的预言略感惊讶和失望。他发现，这个结果意味着宇宙是不稳定的。爱因斯坦的引力公式表明，宇宙中的每个天体都在宇宙尺度上被拉向其他天体。这将导致每一个天体都向其他天体靠拢。这种吸引力开始时可能只是一种稳定的蠕变，但它会逐渐变成雪崩，这种雪崩将以全方位的坍缩结束——宇宙似乎注定要自我毁灭。回到我们用蹦床比喻的时空结构，我们可以想象一个巨大的弹簧垫上躺着几个保龄球，开始时每一个球都创立有自己的空洞。但迟早，两个球会滚到一块儿，形成一个更深的凹陷，而这个深坑又将吸引其他的球，直到它们全部坠落在一个坑内，形成一个非常深的深井。
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这是一个荒谬的结果。正如第1章所讨论的，科学界在20世纪初确信，宇宙是静态的，永恒的，而不是收缩和暂态的。因此爱因斯坦不喜欢一个坍缩的宇宙的概念就不足为奇了：“认可这种可能性似乎毫无意义。”
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虽然艾萨克·牛顿的引力理论是不同的理论，但它也带给人们一个崩溃的宇宙。对此牛顿也一直为他的这一理论暗示所困扰。他的一个解决办法是设想一个无限大的、对称的宇宙，其中的每个对象因此将在所有方向上受到同样的拉伸，这样就没有整体移动，也没有塌陷。不幸的是，他很快意识到，这种精细平衡的宇宙将是不稳定的。一个无限大的宇宙理论上可以处于一种平衡状态，但在实践中，在这种引力平衡下哪怕存在最微弱的扰动，都会破坏这种平衡，并最终导致灾难。例如，一颗彗星穿过太阳系，就会使它路过的空间的每个部分的质量密度暂时性增大，而这种增大又会吸引更多的物质向这些区域聚集，从而引发总崩溃。即使翻动一页书都将改变整个宇宙的平衡，只要时间足够长，从而也将引发灾难性的崩溃。为了解决这个问题，牛顿认为，上帝会不时进行干预，以便使恒星和其他天体保持分开。
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爱因斯坦不准备认可上帝在保持宇宙分离上所起的作用，但同时他又急于找到一种方法来维持一个永恒的和静态的宇宙以符合科学界的共识。在重新审视了他的广义相对论之后，他发现了一个数学技巧，可将宇宙从崩溃的边缘拯救回来。他看到，在他的引力公式中添加一个被称为宇宙学常数的因子，整个公式同样管用。这个因子使虚空空间充满了一种内在的压力，它将宇宙向四处推开。换句话说，宇宙学常数使整个宇宙空间有了一种新的排斥力，它可以行之有效地抵御所有恒星的引力。这是一种反引力，其强度取决于给出的常数的恒定值（理论上该常数可以取任意值）。爱因斯坦意识到，通过仔细选择宇宙学常数的值，他可以完全抵消传统的引力吸引，阻止宇宙坍缩。