物質告訴時空如何彎曲，彎曲的時空告訴物質如何運動。這是愛因斯坦廣義相對論背後的基本原理，它第一次把引力現象與時空和相對論現象聯繫在一起。在宇宙的任何地方放置一個質量體，它周圍的時空將會彎曲。但是如果把這個質量體拿走，那是什麼導致了彎曲的時空快速恢復到原來未彎曲的狀態？為什麼時空不會保持彎曲的狀態？
在愛因斯坦出現之前的幾百年裡，牛頓的萬有引力定律是最好的引力理論。根據牛頓引力理論，宇宙中的任何兩個質量，無論它們在哪裡，或者它們相距多遠，都會通過引力瞬間相互吸引。質量越大，引力就越大；距離越遠，這個力就越小。這將適用於宇宙中的所有天體，牛頓對引力的描述完全符合當時的天文觀測。
萬有引力定律
但牛頓引力理論引入了一個觀點，即超距作用，這是很多物理學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，而是構想了另一個概念，即有一個引力穿過的媒介。他認為，空間裡充滿了一種物質，當一個質量體穿過它時，就取代了那個物質，產生了漩渦，這是早期版本的以太。
當然，笛卡爾的構想是錯誤的。當廣義相對論出現時，它改變了我們對宇宙的認識，比如（1）空間和時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）引力不是瞬時的，而是以光速傳播；（3）引力不是由質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，它會繼續繞著太陽運動8.3分鐘。因為不是質量決定引力，而是空間曲率，也就是以空間中所有物質和能量的總和決定的。
地球沿著太陽周圍的彎曲時空運動
如果把太陽移走，空間就會從彎曲變成平坦，但這種轉變不是瞬間發生的。因為時空是一種結構，這種轉變必須發生某種突然運動，這將會產生非常大的漣漪——引力波，它會穿過宇宙，就像池塘裡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，由它們的能量和質量決定。引力波無質量，但有一個有限的能量，所以它們一定以光速運動。這意味著，地球並不是直接被當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。如果根據牛頓引力理論，地球被8.3分鐘前的太陽位置所吸引，那麼地球的軌道就不符合觀測結果。然而，廣義相對論提供了另一種不同的解釋，這裡還需要考慮到地球繞著太陽旋轉的軌道速度。
例如，地球因為也在移動，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）以及在引力場中發生的變化。
引力波
如果想要計算空間中任意點的時空曲率，可以利用廣義相對論，但需要知道它在宇宙中的位置、大小和所有質量分佈。此外，還需知道：（1）這些質量是如何移動的以及隨時間如何移動？（2）所有形式的能量是如何分佈的？（3）被觀察/測量的物體是如何在一個變化的引力場中運動的？（4）空間曲率隨時間如何變化？
在具有這些額外的信息後，才能計算出時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，儘管很小，但可以進行測試。牛頓引力理論認為，地球環繞太陽的軌道是一個閉合的橢圓軌道，但廣義相對論預言，這個橢圓軌道應該隨著時間的推移而進動，並且軌道應該會慢慢地衰減。只是這種效應十分微弱，所需的時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，即至少包含一個顆中子星的密近軌道系統。
雙中子星系統
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引力場時，會出現最為顯著的效應。這就是雙中子星系統所展現出來的現象，當這些中子星的一個或兩個在軌道上運行時，它們就會產生脈衝，每一次中子星的極點經過我們視線時就能看見脈衝。愛因斯坦引力理論的預測對光速非常靈敏，在20世紀80年代發現的第一個脈衝雙星系統中就測出，引力速度接近等於光速，測量誤差只有0.2%。
基於此，可以很好地證實廣義相對論，並排除牛頓引力理論以及其他引力理論。但是並不需要一種機制來解釋一個質量被移除時，為什麼空間不是彎曲的，因為廣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動的質量將會輻射能量，而輻射的能量是一種穿過空間結構的漣漪，即引力波。如果沒有物質或能量，就沒有什麼可以維持空間曲率。空間恢復到不彎曲的狀態是自然發生的，在此期間將會輻射出引力波。
閱讀更多 火星一號 的文章
