物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，彎曲的時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動。這是愛因斯坦廣義相對論背后的基本原理，它第一次把引力現(xiàn)象與時(shí)空和相對論現(xiàn)象聯(lián)系在一起。在宇宙的任何地方放置一個質(zhì)量體，它周圍的時(shí)空將會彎曲。但是如果把這個質(zhì)量體拿走，那是什么導(dǎo)致了彎曲的時(shí)空快速恢復(fù)到原來未彎曲的狀態(tài)？為什么時(shí)空不會保持彎曲的狀態(tài)？
在愛因斯坦出現(xiàn)之前的幾百年里，牛頓的萬有引力定律是最好的引力理論。根據(jù)牛頓引力理論，宇宙中的任何兩個質(zhì)量，無論它們在哪里，或者它們相距多遠(yuǎn)，都會通過引力瞬間相互吸引。質(zhì)量越大，引力就越大；距離越遠(yuǎn)，這個力就越小。這將適用于宇宙中的所有天體，牛頓對引力的描述完全符合當(dāng)時(shí)的天文觀測。
萬有引力定律
但牛頓引力理論引入了一個觀點(diǎn)，即超距作用，這是很多物理學(xué)家都無法接受的地方。相隔一半宇宙距離的兩個物體如何能突然間互相施加一個力？笛卡爾無法接受它，而是構(gòu)想了另一個概念，即有一個引力穿過的媒介。他認(rèn)為，空間里充滿了一種物質(zhì)，當(dāng)一個質(zhì)量體穿過它時(shí)，就取代了那個物質(zhì)，產(chǎn)生了漩渦，這是早期版本的以太。
當(dāng)然，笛卡爾的構(gòu)想是錯誤的。當(dāng)廣義相對論出現(xiàn)時(shí)，它改變了我們對宇宙的認(rèn)識，比如（1）空間和時(shí)間在所有地方不是絕對一樣的，對以不同速度和在不同引力場中的觀察者來說是不一樣的；（2）引力不是瞬時(shí)的，而是以光速傳播；（3）引力不是由質(zhì)量和距離直接決定的，而是由空間曲率決定，空間本身是由整個宇宙的物質(zhì)和能量組成的。
按照廣義相對論對引力的描述，如果太陽突然從宇宙中消失，我們不會馬上知道。地球不會立即沿著切線方向飛出去，它會繼續(xù)繞著太陽運(yùn)動8.3分鐘。因?yàn)椴皇琴|(zhì)量決定引力，而是空間曲率，也就是以空間中所有物質(zhì)和能量的總和決定的。
地球沿著太陽周圍的彎曲時(shí)空運(yùn)動
如果把太陽移走，空間就會從彎曲變成平坦，但這種轉(zhuǎn)變不是瞬間發(fā)生的。因?yàn)闀r(shí)空是一種結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)變必須發(fā)生某種突然運(yùn)動，這將會產(chǎn)生非常大的漣漪——引力波，它會穿過宇宙，就像池塘里的漣漪一樣向外傳播。
這些漣漪的速度和相對論中任何物體的速度一樣，由它們的能量和質(zhì)量決定。引力波無質(zhì)量，但有一個有限的能量，所以它們一定以光速運(yùn)動。這意味著，地球并不是直接被當(dāng)前空間中的太陽位置所吸引，而是8.3分鐘前太陽所在的地方吸引。
這很奇怪，而且可能是個問題。如果根據(jù)牛頓引力理論，地球被8.3分鐘前的太陽位置所吸引，那么地球的軌道就不符合觀測結(jié)果。然而，廣義相對論提供了另一種不同的解釋，這里還需要考慮到地球繞著太陽旋轉(zhuǎn)的軌道速度。
例如，地球因?yàn)橐苍谝苿?，就像乘著穿越太空的漣漪一樣，從一個地方升起到一個不同的地方降落下來。在廣義相對論中，有兩種新的效應(yīng)使這個理論與牛頓截然不同，（1）每個物體的速度影響著它感受到的引力；（2）以及在引力場中發(fā)生的變化。
引力波
如果想要計(jì)算空間中任意點(diǎn)的時(shí)空曲率，可以利用廣義相對論，但需要知道它在宇宙中的位置、大小和所有質(zhì)量分布。此外，還需知道：（1）這些質(zhì)量是如何移動的以及隨時(shí)間如何移動？（2）所有形式的能量是如何分布的？（3）被觀察/測量的物體是如何在一個變化的引力場中運(yùn)動的？（4）空間曲率隨時(shí)間如何變化？
在具有這些額外的信息后，才能計(jì)算出時(shí)空中某個特定位置的空間是如何彎曲的。
然而，這種彎曲和不彎曲是有一個損失的，盡管很小，但可以進(jìn)行測試。牛頓引力理論認(rèn)為，地球環(huán)繞太陽的軌道是一個閉合的橢圓軌道，但廣義相對論預(yù)言，這個橢圓軌道應(yīng)該隨著時(shí)間的推移而進(jìn)動，并且軌道應(yīng)該會慢慢地衰減。只是這種效應(yīng)十分微弱，所需的時(shí)間可能比宇宙的年齡要長得多。
在2016年直接探測到引力波之前，這是天文學(xué)家測量引力速度的主要方法。不過，不是通過地球測量出來的，而是一種軌道變化很容易被觀測到的極端系統(tǒng)，即至少包含一個顆中子星的密近軌道系統(tǒng)。
雙中子星系統(tǒng)
一個具有快速變化速度的巨大天體通過一個不斷變化的強(qiáng)引力場時(shí)，會出現(xiàn)最為顯著的效應(yīng)。這就是雙中子星系統(tǒng)所展現(xiàn)出來的現(xiàn)象，當(dāng)這些中子星的一個或兩個在軌道上運(yùn)行時(shí)，它們就會產(chǎn)生脈沖，每一次中子星的極點(diǎn)經(jīng)過我們視線時(shí)就能看見脈沖。愛因斯坦引力理論的預(yù)測對光速非常靈敏，在20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的第一個脈沖雙星系統(tǒng)中就測出，引力速度接近等于光速，測量誤差只有0.2%。
基于此，可以很好地證實(shí)廣義相對論，并排除牛頓引力理論以及其他引力理論。但是并不需要一種機(jī)制來解釋一個質(zhì)量被移除時(shí)，為什么空間不是彎曲的，因?yàn)閺V義相對論本身就是解釋。一個在不斷變化的引力場中加速運(yùn)動的質(zhì)量將會輻射能量，而輻射的能量是一種穿過空間結(jié)構(gòu)的漣漪，即引力波。如果沒有物質(zhì)或能量，就沒有什么可以維持空間曲率?？臻g恢復(fù)到不彎曲的狀態(tài)是自然發(fā)生的，在此期間將會輻射出引力波。
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