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圖2。4
一個事件P的過去和將來光錐將空間——時間分成三個區域（圖2。5）：這事件的絕對將來是P的將來光錐的內部區域，這是所有可能被髮生在P的事件影響的事件的集合。從P出發的訊號不能傳到P光錐之外的事件去，因為沒有東西比光走得更快，所以它們不會被P發生的事情所影響。過去光錐內部區域的點是P的絕對過去，它是所有這樣的事件的集合，從該事件發出的以等於或低於光速的速度傳播的訊號可到達P。所以，這是可能影響事件P的所有事件的集合。如果人們知道過去某一特定時刻在事件P的過去光錐內發生的一切，即能預言在P將會發生什麼。空間——時間的其餘部分即是除P的將來和過去光錐之外的所有事件的集合。這一部分的事件既不受P的影響，也不能影響P。例如，假定太陽就在此刻停止發光，它不會對此刻的地球發生影響，因為地球的此刻是在太陽熄滅這一事件的光錐之外（圖2。6）。我們只能在8分鐘之後才知道這一事件，這是光從太陽到達我們所花的時間。只有到那時候，地球上的事件才在太陽熄滅這一事件的將來光錐之內。同理，我們也不知道這一時刻發生在宇宙中更遠地方的事：我們看到的從很遠星系來的光是在幾百萬年之前發出的，在我們看到的最遠的物體的情況下，光是在80億年前發出的。這樣當我們看宇宙時，我們是在看它的過去。
圖2。5
圖2。6
如果人們忽略引力效應，正如1905年愛因斯坦和彭加勒所做的那樣，人們就得到了稱為狹義相對論的理論。對於空間——時間中的每一事件我們都可以做一個光錐（所有從該事件發出的光的可能軌跡的集合），由於在每一事件處在任一方向的光的速度都一樣，所以所有光錐都是全等的，並朝著同一方向。這理論又告訴我們，沒有東西走得比光更快。這意味著，透過空間和時間的任何物體的軌跡必須由一根落在它上面的每一事件的光錐之內的線來表示（圖2。7）。
圖2。7
狹義相對論非常成功地解釋瞭如下事實：對所有觀察者而言，光速都是一樣的（正如麥克爾遜——莫雷實驗所展示的那樣），併成功地描述了當物體以接近於光速運動時的行為。然而，它和牛頓引力理論不相協調。牛頓理論說，物體之間的吸引力依賴於它們之間的距離。這意味著，如果我們移動一個物體，另一物體所受的力就會立即改變。或換言之，引力效應必須以無限速度來傳遞，而不像狹義相對論所要求的那樣，只能以等於或低於光速的速度來傳遞。愛因斯坦在1908年至1914年之間進行了多次不成功的嘗試，企圖去找一個和狹義相對論相協調的引力理論。1915年，他終於提出了今天我們稱之為廣義相對論的理論。
愛因斯坦提出了革命性的思想，即引力不像其他種類的力，而只不過是空間——時間不是平坦的這一事實的後果。正如早先他假定的那樣，空間——時間是由於在它中間的質量和能量的分佈而變彎曲或“翹曲”的。像地球這樣的物體並非由於稱為引力的力使之沿著彎曲軌道運動，而是它沿著彎曲空間中最接近於直線的稱之為測地線的軌跡運動。一根測地線是兩鄰近點之間最短（或最長）的路徑。例如，地球的表面是一彎曲的二維空間。地球上的測地線稱為大圓，是兩點之間最近的路（圖2。8）。由於測地線是兩個機場之間的最短程，這正是領航員叫飛行員飛行的航線。在廣義相對論中，物體總是沿著四維空間——時間的直線走。儘管如此，在我們的三維空間看起來它是沿著彎曲的途徑（這正如同看一架在非常多山的地面上空飛行的飛機。雖然它沿著三維空間的直線飛，在二維的地面上它的影子卻是沿著一條彎曲的路徑）。
圖2。8
太陽的質量引起空間——時間的彎曲，使得在四維的空間——時間中地球雖然沿著直線的軌跡，它卻讓我們在三維空間中看起來是沿著一個圓周運動。事實上，廣義相對論預言的行星軌道幾乎和牛頓引力理論所預言的完全一致。然而，對於水星，這顆離太陽最近、受到引力效應最強、並具有被拉得相當長的軌道的行星，廣義相對論預言其軌道橢圓的長軸繞著太陽以大約每1萬年1度的速率進動。這個效應雖然小，但在1915年前即被人們注意到了，並被作為愛因斯坦理論的第一個驗證。近年來，其他行星的和牛頓理論預言的甚至更小的軌道偏差也已被雷達測量到，並且發現和廣義相對
