在19世紀末，我們所認為的“基礎科學”正在迅速發(fā)展，導致了兩種不同的相互沖突的觀點。在大多數(shù)保守派中，麥克斯韋的電磁學理論代表了一項驚人的成就：將電和磁理解為一種單一的、統(tǒng)一的現(xiàn)象。再加上牛頓的萬有引力和運動的力學定律，似乎宇宙中的一切都都能得到解釋。但許多年輕和新興的科學家，卻看到了恰恰相反的情況：宇宙正處于危機的邊緣。

當速度接近光速時，時間的膨脹和長度的收縮違背了牛頓的運動定律。當我們跟蹤水星的軌道數(shù)個世紀后，我們發(fā)現(xiàn)它的進動與牛頓的預測有少量但重要的偏差。還有放射性這樣的現(xiàn)象在當時現(xiàn)有的框架內是無法解釋的。

1905年在科學史上被理所當然地稱為愛因斯坦的“奇跡年”。在那一年發(fā)表的一系列論文中，愛因斯坦一舉改變了我們對宇宙的看法。他提出了狹義相對論，與此同時，愛因斯坦還發(fā)表了其他重要著作：質能方程、光電效應和布朗運動。這導致了整個物理學領域的許多重要的后續(xù)發(fā)展，但是最大的問題仍然沒有解決：水星的軌道發(fā)生了什么？

從第谷·布拉赫時代開始的數(shù)百年里，我們一直在跟蹤水星的近日點，并發(fā)現(xiàn)了令人震驚的事情：與牛頓引力理論的預測不同，水星并沒有在每次完成軌道運行后回到相同的位置。然而，有一個已知的因素會使水星的軌道變得復雜：太陽系中還有其他天體也對水星施加引力，從而導致額外的歲差效應。

因此，考慮到這個因素之后，牛頓力學預測的水星近日點進動是每世紀5557角秒。然而，早在20世紀初，我們就已經(jīng)確定觀測到的近日點進動是每世紀5600角秒。為了解釋這額外的歲差，產(chǎn)生了許多聰明的想法。許多人認為，也許在水星內部還有一顆迄今尚未被發(fā)現(xiàn)的行星，它的引力影響導致了我們所看到的歲差。然而，盡管進行了詳盡的搜索，我們仍然沒有找到任何物體。

在此期間，與愛因斯坦同時代的亨利·龐加萊指出，如果你考慮到水星（所有行星中最快的行星）繞太陽運行的速度并將狹義相對論應用于它，你會朝著正確的方向邁出一步。但最終，狹義相對論應用于水星軌道之后也有偏差。

事實上，早在狹義相對論出來不久，愛因斯坦就知道該理論的缺陷：不能處理加速問題也不能處理引力問題。當時，愛因斯坦就知道要對它進行擴展。后來，愛因斯坦想出了著名的電梯思想實驗，把加速度場與引力場等效，也就有了后來的等效原理，它和廣義相對性原理一起成為了廣義相對論的基礎。在1915年，愛因斯坦終于提出廣義相對論，一言以蔽之：“質量和能量告訴時空如何彎曲，而彎曲的時空告訴物質和能量如何運動”。

后來，愛因斯坦利用廣義相對論成功解決了水星的軌道問題。引力時間膨脹、光線彎曲、引力透鏡、引力波等也都在廣義相對論的掌握范圍。今天，由廣義相對論控制的宇宙是我們迄今為止所構建的最成功的圖景，它始于引發(fā)熱大爆炸的暴脹狀態(tài)，除了“正常物質”之外，還包含某種形式的暗物質和暗能量。但是，盡管我們取得了巨大的成功，我們仍在尋找更好、更成功的描述現(xiàn)實的方式。