在追寻真理的过程中，科学家用理论描绘世界的本质，给我们留下最美的思想。一个成功的科学理论不仅能复制现有理论的所有成功的预言，还能解决现有理论无法解释的问题。更重要的是，它能够提出前所未有、且可被实验证明的预言。爱因斯坦于1915年发表的广义相对论，就是这样一种理论。
广义相对论将引力解释为空间和时间的曲率，用约翰·惠勒的话来总结就是，“时空告诉物质如何运动；物质告诉时空如何弯曲”。广义相对论不仅重现了牛顿引力理论的所有成功，还解释了牛顿无法解决的水星进动问题。最惊奇的是，通过求解广义相对论的核心方程，物理学家做出了许多奇特的预言，比如黑洞、引力波、引力透镜和宇宙膨胀等等。
黑洞拥有无比强大的引力，任何越过黑洞事件视界的东西都无法逃脱。尽管它无比神奇，其实在宇宙中非常普遍。恒星质量黑洞是大质量恒星爆炸后的遗迹，当它们与恒星处于双星系统中时，有时会放出强大的X射线辐射。此外，几乎每个星系中心都有一个超大质量黑洞，其中一些黑洞会产生强大的物质喷流。
引力波是时空结构的扰动，它是由被加速的质量产生的。它们就像时空中的涟漪，以光速远离波源，朝着各个方向传播。2015年，激光干涉引力波天文台首次直接捕捉到由双黑洞并合产生的引力波。它的出现，为研究天体物理系统提供了一种与光学观测相互补充的方法。
引力透镜是广义相对论的一个重要预言。当遥远天体发出的光，经过一个离我们较近的大质量物体时，光的路径会因引力而偏折，就仿佛经过了一个光学透镜一般。这种引力透镜效应会导致遥远天体的畸变和放大。通过引力透镜，天文学家不仅可以定位宇宙中最古老的一些星系，还可以绘制出神秘的暗物质的分布。
在广义相对论发表不久后，研究人员意识到这一理论预言了宇宙随时间的变化。上个世纪20年代的天文观测证实了这一预言，表明宇宙正在膨胀，星系正在相互远离。通过研究广义相对论，宇宙学家发现宇宙有一个开端，它比现在更热、更致密。基于广义相对论，科学家可以描述宇宙从138亿年前开始到未来的结构和演化。
对行星绕恒星的运动、星系的结构等许多天文学问题，研究人员并不需要使用广义相对论。然而，在引力特别强的地方，为了描述宇宙本身的结构，广义相对论是必不可少的。出于这个原因，研究人员仍在继续使用广义相对论，并探索其极限。