廣義相對論提出了三個可檢驗的預言。第一個是水星的近日點的攝動，該現象指出，軌道上運動的行星在繞太陽運行時，每完成一個周期並非精確返回到空間的原來位置，而是稍稍有些前移。這一事實早在19世紀中葉就已發現，但經典的牛頓天體力學無法對攝動現象做出滿意的解釋。第二個預言是，光線在引力場中將發生偏轉。按照這個說法，星光在經過太陽附近時，將受到太陽引力的影響而偏折。結果是恒星的機位會有一個變化。觀測這一現象隻有發生日全蝕時才能進行，否則太陽的強烈光線使地麵上根本觀測不到太陽附近的恒星光線（瑞士天文學家M.施瓦茲柴爾德對這個現象做了詳細的定量描述）。第二個預言通常被稱為譜線“紅移”，即恒星輻射總是背離我們而去。這就是廣義相對論提出的三項檢驗方法。但我們知道當時正是1915年，第一次世界大戰的硝煙籠罩在各科學發達國家的上空。愛因斯坦正在柏林，不可能進行任何日蝕觀測。
但愛因斯坦沒有停止工作，1917年，他在《普魯士科學院院刊》上發表論文，題為《廣義相對論宇宙觀》。盡管其中的結論已被拋棄，但這篇論文開辟了理論物理學的一個新領域。愛因斯坦指出，“義相對論能為我們的宇宙結構……問題帶來希望之光”。科學的宇宙學研究由此創立，它把宇宙從形而上學的一個分支轉變為物理學和天文物理學的一部分（英費爾德1950，72；“論愛因斯坦和宇宙學”，見佩斯1982，&15）。
英國無文學家A.愛丁頓在戰時研究了愛因斯坦的著作，並很快成為愛因斯坦思想的忠實信徒和熱情宣傳者。他後來寫了大量著作，包括權威性的《引力相對論理論報告》（1918），學術著作《相對論的數學理論》（1923），兩部通俗著作《空間，時間和引力》（1920）以及《物質世界的本質》（1928），此外還有大量的演講，文章和小冊子。P.A.M.狄拉克回憶說，他在布裏斯托爾大學讀書時，就是通過愛丁頓的著作才最初接觸到相對論的。更為重要的是，第一次世界大戰剛一結束，愛丁頓立即在1919年組織了一支英國日蝕觀測隊，去檢測星光經過日全蝕太陽時將發生偏轉的預言。與預言相符觀測結果立即震撼了全世界的科學家和公眾。
今天很難想像1919年世界科學界的無限興奮之情。兩支觀測隊分別出發，一個派往巴西的索布拉爾，另一個由愛丁頓率領來到西班牙所屬圭那亞海岸附近的普林西比島。1919年秋，觀測數據進行了整理和分析後，在11月6日召開的英國皇家天文學學會和皇家學會的聯席會議上天文學家們宣布：“星光確實按照愛因斯坦引力理論的預言發生了偏折。”皇家天文學會的側察部雜誌和《皇家學會會刊》都對曆史性的會議作了充分報道。著名科學家J.J.湯姆森是會議主席，他宣稱：這是“自牛頓以來引力理論的一項最重要的成果”，是“人類思想的最偉大的成就”。第二天，1919年11月7日，曆來嚴謹的英國《泰晤士報》赫然出現了醒目的標題：“科學中的革命”，兩個副標題是“宇宙新理論”，“牛頓觀念被推翻”。11月8日，《泰晤士報》又發表了另一篇論述革命的文章，標題為“科學革命”，“愛因斯坦挑戰牛頓”，“傑出物理學家的觀點”。文章告訴讀者，“這件事成了下議院熱烈討論的話題”；卓越的物理學家，皇家學會會員，劍橋大學J.拉莫爾教授“受到圍攻，要求對牛頓是否被擊敗，劍橋大學是否垮台做出答複”。荷蘭的報紙也迅速刊登了這一消息。H.A.洛倫茲在11月9日的《鹿特丹報》上發表文章，《紐約時報》立即翻譯轉載。11月23日，M.玻恩也在《法蘭克福大眾報》上發表文章。12月14日，愛因斯坦的照片刊登在《柏林畫報》周刊的封麵上，照片下的文字說明宣稱：愛因斯坦開創了“人類自然觀的一場革命”；他的洞察力堪與哥白尼、開普勒和牛頓相比（佩斯1982，308）。在12月4日《自然》雜誌的一篇文章中，E.昆寧翰指出：愛因斯坦的“思想是革命性的”。
A.佩斯（1982，309）曾核查了自1919年11月9日開始《紐約時報》索引中有關愛因斯坦和相對論的文章標題或傳奇故事。“愛因斯坦理論的勝利”與“十二智者書”連接在一起（其中談到愛因斯坦警告出版商的話“全世界不會有再多的人懂得它”）。該報不僅刊登傳奇故事，而且還發表了社論，相關文章持續見報，直至當年12月佩斯發現，從那以後直到愛因斯坦去世，《紐約時報》沒有一年不刊登有關愛因斯坦的文章，愛因斯坦成了一位傳奇人物。當愛因斯坦1921年去倫敦時，霍爾丹勳爵在皇家科學院的一次演講中，把愛因斯坦引見給了大家。愛因斯坦住在霍爾丹的別墅裏，當愛因斯坦來到他家時，霍爾丹的女兒見到這位著名的客人後，竟“激動得昏了過去”（佩斯1982，312）。霍爾丹在皇家科學院介紹愛因斯坦時，談到在這次演講之前，愛因斯坦“已經到西敏寺大教堂瞻仰了牛頓的墓地”。
自那時起直至現在，科學家和非科學家，曆史學家和哲學家撰寫的著作都把（廣義和狹義）相對論與“革命”緊緊地聯係在一起了。1912年，霍爾丹在他的著作《相對論時代》中談到這個問題時寫道：“愛因斯坦開創了我們關於物理學觀念的革命”。對於哲學家K.波普爾（惠特羅1967，25）來說，愛因斯坦使“物理學革命化”。物理學家M.玻恩（1962，2）和S.伯吉亞（1979，82）的表述分別是：愛因斯坦的“革命時空觀”和“愛因斯坦革命”。玻恩（1965，2）還說：“IM年的狹義相對論”是標誌物理學“古典時期的終結和新紀元的開始”的一件大事。S.溫伯格（1979，22）認為，愛因斯坦最偉大的成就是，“他第一次把時間和空間納入了物理學的體係，從而脫離了形而上學的束縛”。按照數學家A.玻萊爾（1960，3）的說法，愛因斯坦“不僅帶給我們新的物理學理論，而且教給了我們認識世界的新方法”。因此，“凡是學習過他的理論的人，不可能再按他們過去的思維方式進行思考了”。西班牙哲學家J.0.伽塞特在他的著作中沒有明確使用革命一詞，但他卻宣稱：愛因斯坦的“相對論是當今最重要的智慧成果”。因此，愛因斯坦相對論在開創物理學革命的同時，也引起了一場哲學革命。
事實表明，廣義相對論比狹義相對論更能滿足提出的科學革命的檢驗標準。但是，廣義相對論的發展史比起狹義相對論來更顯得艱難曲折。很長一個時期，隻有天文學家（而且隻是那些研究宇宙學的天文學家）對廣義相對論感興趣，物理學家則不然，S.溫伯格（1981，20）指出：“在最基本的層次上研究物質的物理學的全部現代理論，在很大程度上依靠兩大支柱”，一是“狹義相對論”，一是“量子力學”。塞格爾（1976，93）在回顧2O年代和30年代物理學家們的活動時，也特別指出：“與狹義相對論相對應的廣義相對論，目前尚不是物理學家們感興趣的前沿課題”。這也就是說，廣義相對論與狹義相對論不同，它對於當時主要的研究課題如物質理論和輻射理論並不是必須的。例如，在我30年代末攻讀物理學研究生時，幾乎所有的課程如原子物理學，量子力學甚至一些基礎課和專業基礎課都涉及到狹義相對論，但隻有少數數學家（在G.D.伯克霍夫的激發下）研究廣義相對論。另外，廣義相對論暗示，建立得最為成功的理論物理學的一個分支——牛頓萬有引力理論——犯了一個根本性的錯誤或說它並不完整，而且廣義相對論還引進了“四維時空的彎曲”這一奇特的概念來解釋引力。我們應當懂得，偉大的1919年日蝕實驗隻是定性地說明了光線傳播將受引力場的影響，更精確的日蝕實驗則是以後的事了。但是，在愛因斯坦最初提出的三項檢驗方法之外，再找到新的方法可能又要過去數十年。溫伯格曾指出，隻有在“愛因斯坦建立他的理論40年之後”（溫伯格1981，21），才能構想出並完成新的更精確的實驗，證實廣義相對論。
第二次世界大戰結束後的幾十年間，世界發生了很大的變化，在實驗室進行精確的驗證實驗已經成為現實。於是，人們對引力的本質，引力與自然界的其它幾種基本力（電磁力，強相互作用，弱相互作用）的關係問題產生了新的興趣。龐大的物理學和天文學“工業”日益興起，集中研究廣義相對論及其在宇宙學和宇宙論研究中的應用。其他的物理學分支也是如此。結果正如S.溫伯格所預言的，人們一項重要的共識是，為了“弄懂超短距離的萬有引力”，還需要“另一次偉大的飛躍”（1981，24），另一次革命，“建立更加普遍適用的原理”，而目前我們對此還沒有任何概念。一句話，廣義相對論今天已成為科學家樂此不疲的研究課題，熱情之高或許是前所未有的。
量子論的創立：普朗克和愛因斯坦
量子論在許多重要的方麵與相對論有所不同。幾乎每一個人都聽說過相對論和他的創立者A.愛因斯坦，但隻有科學家和少數非科學家（他們不是學過科學，就是對科學感興趣。）知道量子論。然而，幾乎每一個涉及到物理學某一方麵的人（不僅是物理學家，也包括化學家，天文學家，生物化學家，分子生物學家，冶金學家等）都會在他們各自的工作中經常性地應用量子論及其成果。在這方麵，廣義相對論遠遠不能望其項背。量子論不僅廣泛滲透到許多學科中，而且也和相對論一樣，使我們的科學思想和科學哲學發生了根本變革。相對論和量子論的革命性很早就被人們認識到，但兩者都長時間處在理論革命階段。
量子論的發展經曆了三個主要階段：古典量子論（普朗克，愛因斯坦，玻爾，索未菲，康普頓），量子力學（德布羅意，薛定諤，海森伯，約爾丹，玻恩）以及最新的相對論量子力學或量子場論，前兩個階段均被視為革命。事實上，物理學家們感到很難找到足夠有力的言詞表述量子革命的深度和廣度。W.維斯考普夫（1973，441）認為，“M.普朗克發現量子這一壯舉，…創立了一門最富成果的學科，也是自然科學最具革命性的發展”。他補充說，在普朗克做出發現後的三十年間，“我們關於物質特性和行為的知識發生了廣泛而深遠的變革”，曆史上很少有哪個時期能與之相比。P.戴維斯（1980，9）寫道：“本世紀初，關於物質的量子論的出現導致科學和哲學發生了一場革命”。他指出，“耐人尋味的是，曆史上幾次最偉大的科學革命在很大程度上都不被一般人所注意”，他認為這是由於“革命所蘊含的摧枯拉朽之力幾乎超出了人們的想像——一甚至超過了科學革命本身。”（p.11）
量子論通常被視為創立於1900年，這一年，普朗克發表了他的“作用量子”的概念。普朗克不像愛因斯坦五年後所做的那樣，他沒有涉及光或輻射相互作用的過程。他探討的僅僅是容器壁上振動粒子的能量交換和黑體輻射問題。他通過研究發現，能量的交換是以跳躍的方式進行的，大小與能量值hv有關，這裏的h是普朗克首次引入的自然界的普遍恒量。正如T.S.庫恩所指出的，普朗克在1900年僅僅作了這樣的假定：能夠以頻率v振動的振蕩體（有形體，而非以太振動）的總能量可能是由一組與它們的頻率成正比的單元能量子的集合。與後來的光量子概念相比，這個假定是非常克製的。而光量子概念則指出，光是有一個個具有確定性質的分立實體組成的，每一個實體（即光量子）具有的能量為hv。
我們很容易理解普朗克為什麼沒有，哪怕是設想進一步做出更為實質性的假設：光是由分立的粒子或能量小球“組成的”。首先，這樣的假設對他的黑體輻射公式來說並不必要；其次，也是更重要的，它與19世紀建立的最為完善的物理學分支之———光學有著不可調和的矛盾和衝突。由麥克斯韋，赫茲以及其他人建立起來的光學理論表明，光（和各種電磁輻射）是一種波動現象，在空間傳播過程中始終振蕩著，顯然這與所謂的分立粒子的概念是絕對不相容的。事實上，當愛因斯坦五年後公布他的光量子假說時，它本身就包含著概念上的困難。因為按照這個假說，光量子的能量取決於光的頻率，光的頻率又是通過測定波長換算的，而測定波長必須使用“幹涉”技術，而這恰恰是幾十年前波動光學理論賴以建立的實驗基礎。
普朗克後來談到他大膽建立能量子概念時說，這是“孤注一擲的行動”（佩斯1982，370）。按照佩斯的說法，他的推理“是瘋狂的”，但這種“瘋狂卻是神聖的”，“隻有最偉大的劃時代的人物才能把這種神聖的瘋狂引人科學”。這種精神使他做出“第一次偉大的觀念上的突破”，把我們這個時代的物理學與全部經典物理學區分開來；這種精神把一個非常保守的思想家“改造成一個有些猶豫不決的革命者”。盡管普朗克通常被描繪成一個違背自己意願，被迫邁出通向量子論關鍵性一步的物理學家，但他在許多場合下卻流露出對愛因斯坦和他自己工作所體現出的革命性的由衷稱讚。他對愛因斯坦相對論極盡讚美之辭（見霍爾頓1981，14），他在一次談話中說：“這種新的思維方式……遠遠高於理論科學研究，甚至知識論研究所取得的任何成就”。對普朗克來說，“相對論引發的一場物理學觀念的革命，在深度與廣度上隻有哥白尼體係引發的天文學革命可與之相比”。普朗克在諾貝爾獎授獎儀式上所作的講演中說，“要麼作用量子是一個虛構的量，輻射定律的全部推導也是虛構的，不過是空洞而毫無意義的算術遊戲；要麼輻射定律的推導是以正確的物理概念為基礎”。他解釋說，如果是後者，那麼作用量子將“在物理學中起根本性的作用”。原因是，它“是一種嶄新的，前所未聞的事物，它要求從根本上修改我們自從牛頓和萊布尼茲在一切因果關係的連續性基礎上，創立了微積分以來的全部物理學概念”。在這篇演講中，謹慎的普朗克在談自己的工作時，沒有明確使用“革命”術語。愛因斯坦充分認識到普朗克在開創全新的物理學過程中的地位和貢獻。1918年，愛因斯坦推薦普朗克作為諾貝爾獎候選人，以表彰他“奠定了量子論的基礎，豐富了全部物理學，這在近年來表現得尤為明顯”（佩斯1982，371）。
M.玻恩在皇家學院為普朗克寫的悼詞中，描述了1900至1905年整個知識界的疾風暴雨之勢。玻恩“毫不懷疑”普朗克有關“作用量子的發現”，是“堪與伽利略和牛頓，法拉第和麥克斯韋開創的科學革命相媲美”的一件大事。他在早些時候曾寫道，“量子理論可以追溯到1900）年，那一年，普朗克宣布了他的能量子或量子這一革命性概念”（196，l）。他宣稱，這件大事“對科學的發展是決定性的”，因此，“它通常被視為經典物理學和現代或量子物理學的分水嶺”。但玻恩（1948，169;171）提醒我們說，不要輕率地接受所謂“普遍承認”的觀點，即“普朗克做出偉大發現的1900年，標誌著物理學新紀元的真正到來”，因為“在新世紀的最初幾年，幾乎什麼事情也沒有發生過”。玻恩又說，“當時正是我作學生的時候，我記得在課堂上很少提及普朗克的觀點。即使偶爾提到了，也是作為一個理所當然應當被拋棄的‘曇花一現的假說’。”玻恩特別強調愛因斯坦的兩篇論文（分別寫於1905和1907）的重要性。可是，盡管玻恩宣稱1900年後“普朗克已轉入別的研究領域”，但他“絕沒有忘掉他的量子”。1906年普朗克所寫的一篇關於熱輻射的論文表現了這一點，這篇論文“巧妙地展示了導致量子假說的一個步驟，給人以極深刻的印象”（玻恩1948，171）。
愛因斯坦在開創相對論革命的年代裏，還對量子論做出了根本性的貢獻，這充分說明了愛因斯坦的偉大之處。在1904年一篇關於統計物理學的論文中，愛因斯坦首次提到量子論。1906年，他再次以統計力學為主題進行了研究，建立了今天所謂的“固態量子論”。更為重要的是，正是他在1905年3月撰寫的論文標誌從普朗克潛在的革命思想到真正的科學革命的轉變，盡管還隻是處在理論革命階段。1905年論文包含兩個根本性的假設：一個是，當光或“純”輻射在空間傳播過程中，它被構想成由分立的和單個的粒子或小球（量子）組成；另一個是，物質在輻射或吸收光（或任何形式的電磁輻射）的過程中，也是以同樣的量子形式進行的。這些假說不僅同普朗克1900年的假說相去甚遠，構成一場徹底的轉變，而且也與當時普遍接受的物理學理論有著根本性的衝突。佩斯（同上）認為，這項工作已成為“愛因斯坦對物理學最具革命性的貢獻”；它“推翻了關於光和物質相互作用的全部現存觀念”。我們已經看到，愛因斯坦本人特別把他的這項發現描述成“革命的”。
愛因斯坦1905年3月的論文題為“關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點”。“heuristic”一詞在物理學中很少使用，它主要是在哲學和教育學中使用，意思是某種假定（或說法）對發現和解釋有一定的幫助，但不必把它當真。按理說，愛因斯坦應該在1907年那篇相對論的論文和《狹義和廣義相對論淺說》（1917，英譯本1920）中再次使用這個詞彙，但他沒有這樣做。他之所以在論述光學的論文中引進這個詞，原因是他提出了一個可能並不存在的粒子性概念解釋光的大部分已知現象。光的波動學說是19世紀物理學取得的最偉大的成就之一，並且被光的幹涉實驗所證實。克萊因援引別人的話說，愛因斯坦（克萊因1975，118）顯然是在提議“物理學家們放棄光的電磁波理論”，而這是“麥克斯韋的電磁場理論和全部19世紀物理學取得的最偉大的勝利”，除此之外，愛因斯坦的假說沒有任何實際意義。因此，愛因斯坦提出的隻是臨時性的假說。
描述一種波動所用的基本參量是速度、波長和頻率。在愛因斯坦粒子假說的能量子hv概念中，頻率v常常通過波動方程導出，而其中波長參數則運用“幹涉”技術測定。但在光量子概念中，對於波動理論極其重要的參量波長對於粒子或光量子卻沒有明顯的物理意義。連續的或波動的特性與分立的或粒子的特性之間的對立是如此明顯，以至於愛因斯坦不得不在他的論文中寫上這樣的話：“假設我們的見解是符合實際的”。普朗克始終認為，光和其它形式電磁輻射是由波動構成的,因而是無限可分的：分立的能量元或量子隻是連續波與物質化互作用產生的一種效應，例如在光的吸收扣輻射過程中所表現出的，但卻不是光波的基本特征。其他物理學家也長期持這種看法。按照愛因斯坦1905年的假設，光本身正是由分立元或量子構成的，也就是說，光（和任何形式的電磁輻射）必定具有一種“細胞”狀的結構。在愛因斯坦的概念中，量子是光本身的基個特征，而不是以在光和物質相互作用過程中才表現出來。盡管科學家和科學史家今大一般都稱“愛因斯坦的光量子理論”。但光子的概念是很晚才建立的，而且它另外還有動量的性質。而且，愛因斯坦直到臨終以前（如在去世前一周的一次采訪中）仍然堅持說，它“不是一個理論”，因為它不能為光學現象提供個圓滿的解釋。
盡管愛因斯坦的論文是假說性的，啟發性的，不完整的和理論上的，但其中確實有一節是極為重要的、確定的，可以通過直接實驗加以驗證。這部分是愛因斯坦對光電效應的討論光電效應現象是赫茲於1887年發現的.它的許多特性是P.勒納德於1902年觀察到的。在光電效應現象中，入射光照在金屬表麵上會引發電子輻射。實驗表明、入射光必須超過某個頻率以後，才能打出電子；實驗還表明，不同金屬的“臨界”頻率是不同的。愛因斯坦指出，假設光是由分立的量子構成，那麼“最簡單的設想是”，一個“光量子把它的全部能量給予了單個電子”。如果光（或輻射〕是單色的，頻多為v，則每個光量子的能量為hv。這個能量要做兩件事：克服金屬對電子的束縛力而作“功”（P）；給輻射電子一定的功能（E）；電子離開金屬表麵時擁有的能量用公式表示就是：
E＋P＝hv
或
E＝hv－P.
愛因斯坦公式解釋了光電效應的一些規律。一個規律是，輻射電子的動能E與光的亮度或強度無關，而隻取決於它的頻率。（愛因斯坦的解釋是，光強是光子數目的量度，表明輻射電子的數目，而非能量）。公式還揭示了輻射電子的能量E與入射光頻率v之間的定量關係。另一個規律是，每一種金屬在光電輻射過程中，都有一個確定的最小頻率。愛因斯坦公式對此的解釋是：光電效應隻有當頻率足夠大，使得hv大於P時才會發生。