本装置的特征是一个细长的悬浮的哑铃——一根轻而坚硬的杆，每端有一个铅球。此哑铃围绕着固定于其中点的一根长而可扭转的铁丝水平地自由摆动。
恰当地放在哑铃两端附近的一对巨大铅球，引起哑铃旋转，使铁丝轻微扭转。这种适度偏转量可以用来测定静止的铅球和固定于旋转杆的铅球间的吸引力。
当亨利 · 卡文迪什（Henry Cavendish）于1798年做此项试验时，他不仅验证了吸引力，而且为较小普通物体提供了牛顿引力定律的实验证明。他的实验数据使他能够确定地球的密度和质量。
自那以后，研究人员以各种名义利用卡文迪什的实验认定：引力与两相吸物体之间的距离平方成比例下降。他们还肯定：此力R取决于物体的质量，而不取决于物体的成分。
他们极其准确地指出：惯性质量（度量物体对加速的阻力）相当于引力质量（度量同一物体的引力）。因此，在同一位置的所有物体都是以相同的速度下落。
当阿伯特 · 爱因斯坦提出他的广义相对论作为新的引力理论时，他把它建立在惯性质量与引力质量等效的基础上。他断定：观察者不可能说出一个物体从桌子下落与同一物体在火箭中加速上升之间有何差别。在这两种情况下，物体似乎都是“向下”运动。
爱因斯坦抛弃牛顿这种观点：质量或多或少产生一种力，这种力穿过周围空间，影响任意物体在一定范围内运动。在物体沿着可能的“最直的”轨迹经过与质量和能量存在有关的有凹陷的时空连续区域的情况下，他把引力解释为空间和时间自身的曲率。较重的物体只不过引起较大的凹陷和较大的曲率。
如今，在阐明爱因斯坦广义相对论可能存在的缺陷方面，卡文迪什实验起了新的作用。
马萨诸塞州麦德福德市图佛特斯大学电光技术中心侯塞因 · 伊尔梅兹（Huseyin Yilme）强调，爱因斯坦的理论忽视卡文迪什实验和日本哈马梅苏市哈马梅苏（Hamamatsu）光子学。换句话说，对于两个尺寸有限实际相吸的物体，广义相对论的方程没有解。
“因此，严格地说，根据广义相对论，苹果脱离其树枝不会落到地面”，伊尔梅兹声称。
这是一种令人吃惊和引起激烈争论的断言。
“许多人认为有点错误——有人认为广义相对论没有物理意义，”一直与伊尔梅兹一起工作的马里兰大学的物理学家卡洛尔O. 阿利（Carroll O. Alley）说。“我认为我们已能指出实际麻烦出在哪里。”
另一些人抵制这种态度。圣路易斯市华盛顿大学克利福德M. 威尔（Clifford M. Will）说“［伊尔梅兹和阿利］完全错了。克里蒂克斯（Critics）跟威尔一样指责：伊尔梅兹和阿利没有抓住广义相对论的含意及其预言内容。
这种批评与怀疑没有吓住伊尔梅兹提出一种替代的理论，这种理论保存弯曲的时空概念，但是改变了该理论处理能量和动量的方法，他和阿利一直利用新的理论去预言物体在不同环境下的行为。
他们还设法以迄今为止的有限成就去唤起同事们的注意。伊尔梅兹和阿利在由纽约科学院组织的于去年6月在巴尔蒂莫尔镇马利兰大学召开的关于量子理论基本问题的会议上宣读了描述他们概念的论文。另一些论文将发表在《基本物理学的新领域》（1994年会议）刊物上。
有少数人持赞同态度。“广义相对论有许多奥秘”，图克逊市阿里佐那大学威利斯E. 拉姆（Willis E. Lamb）说。“爱因斯坦无疑在不同程度上做了一些事情。伊尔梅兹试图要做的事似乎是十分可取的。”
“这些都不是只能被撇在一边的事情，”阿利争辩说。"这些都是要认真考虑的。”
当爱因斯坦提出广义相对论时，他引进了一组方程去描述物体怎样在引力、时间和三维空间融成一个简单的宇宙实体的领域内运行。
按简化形式写成G=KT，广义相对论的10个场方程表达了G（四维时空的曲率）和T（度量与质量分布有关的能量和动量流的分布）之间的关系。T叫做应力能张量，K为常数。这些方程把引力源与其所产生的场联系起来。
爱因斯坦方程都是公认难解的，不仅因为有10个方程（与单一的牛顿引力方程成鲜明对照），而且还因为它们都是非线性的。换句话说，一对质量体的引力效应（即势能）不只是各个引力势能之和。
而且，这些势能取决于能量与动量流。这种能量与动量流由时空曲率决定，而时空曲率又受势能支配。普林斯敦大学的约翰A. 惠勒（John A. Wheeler）说，“时空抓住质量，告诉它怎样运动，质量则抓住时空，告诉它怎样去弯曲。”
广义相对论之中含有的这种迂迴情况，给解爱因斯坦方程增加了难于克服的困难。在不能直接解这些方程之处，理论学家经常依靠特殊的数学方法近似地表达方程，求出特解。
爱因斯坦于1915年提出的广义相对论引起了物理学家的极大兴趣，尽管它复杂，而且解涉及一个以上物体的实际情况的方程有可畏的难度，受其理论精巧性及其在预计光在引力场中的偏转度、引力波存在和几种其它效应方面所获得的成就的影响，大多数研究人员目前采用这种理论作为描述引力的最适宜手段。对于比较普通的场和行星运动的缓慢速度以及沿轨道运行的脉冲星，这个理论看来是特别成功的，在这些方面至今已经明显地通过了每次观察检验。
这不意味着，没有担心、异议和替代的引力。这些建议有长久的历史，而且新的问题不断出现。例如，目前形式广义相对论显然与量子力学是不一致的。就其相对堆外表而言，只有引力维持着，其余天然力则除外，而且，广义相对论提出质量的极大集中情况，该理论得出奇点——质量密度和能量成为无限大的极度弯曲的时空区域。
它还暗示：存在着黑洞。这些天体是质量极大聚集的产物，使它们形成不可逾越的时空屏障——事件地平线——没有任何探测器能够观测到。至今没有明确的证据证实这些天体实际存在于宇宙之中。
我们能够检验广义相对论的地方主要是在该理论的弱场、低速范围科内尔大学斯图尔特L. 夏皮罗（Stuart L. Shapiro）说。“但是，广义相对论则被物理学家和其它人用来解释高度非线性、强场现象。在这些极端条件下，我们没f检验过广义相对论。”
“如果我盯在空的证据，那么我就是在盲目地思索，”他补充说。“不过，我认为该理论亦许是完美无瑕。它是如此绝妙，以至于使我难以接受：它超出量子力学范围，要做重大修改。"
伊尔梅兹和阿利坚持：广义相对论有其它更基本的缺陷。
作为向相对论界的一种挑战，伊尔梅兹和阿利已经提出一种安排，他们认为在其中广义相对论没有显示两个物体之间的吸力。他们所研究的问题是，两个邻近的物质板之间的引力作用——两个平行的平板，每个平板的面积远远大于它的厚度——用真空隔开。
在这种情况下，其几何形状简单到足以允许在广义相对论中有一个解。伊尔梅兹和阿利计算表明这二个平板不相吸。它们保持不动，就停在起始位置。
马利兰大学查尔斯W. 迈斯勒（Charles W. Misner）已经证实了他们的计算，不过他辩护说：在决定所发生的情况中，其它因素要起作用。
迈斯勒指出：在牛顿理论中，人们可以假设有一无限大、有限厚和均匀密度的板，得出在板的邻近区域中有无引力场的简单答案。人们从来不会担心板怎样处理才能保持其形状。
可是，由于板抵制塌陷，在这个板范围内的压力和应力在爱因斯坦方程中便起着重要作用。迈斯勒说，这些效应可能具有大引力的结论。
他暗示：在邻近的二个平行板中的大的压力和张力可能产生反引力——起源于在这明显受力的物质范围内产生的非预料的场的排斥引力的力，这种物质看来与任何已知物质完全不同。迈斯勒断定，两个这种板彼此无法向前加速的事实正是这种“奇特”物质造成的结果，板为了存在必须由这种物质构成。
伊尔梅兹和阿利抵制这种解释。他们显然毫无道理引用奇特的物质来解释这两个板没有移动。
范库弗市英国哥伦比亚大学威廉G. 安鲁（William G. Unruh）也对这种挑战作出反应。他争辩说“对于两个板问题有一些解表明有吸力
然而，求出这些解证明比安鲁预计的更棘手。他说，“我认为：我能够比我所能证明的更容易得出一个解。”确实，安鲁的第一次尝试（他向伊尔梅兹和阿利提出的）是有缺点的。
自那以后，安鲁得出了关于两个板问题的新解。“这是一次很好的练习”，他说。“它提出关于广义相对论的一些有趣的问题。”
目前，伊尔梅兹和阿利已经检查了这第二组结果，他们争辩说，这些解也存在难度，同样不能令人满意。
伊尔梅兹是在50年代初首次涉足广义相对论，那时他是马萨诸塞技术学院研究生。此时正是广义相对论领域成为物理学和天文学的一潭死水的时候，没有几个研究人员认真地推行它。
在他试图去了解该理论的过程中，伊尔梅兹发现了在涉及加速运动和引力场的特殊问题的答案中有他认为相矛盾的东西。广义相对论的解似乎是没有物理意义。
伊尔梅兹结束了依靠改变爱因斯坦方程某些方面求出更能接受的解的做法。但是，此时他因受到对他的想法的强烈否定反应的影响而泄气，便转到电气工程方面，在产业界工作。尽管如此，他继续完善和修改他的概念，而且在前10年期间投入了大量精力去阐明他所提出的理论的关键方面。
阿利是在他与罗伯特H. 迪克（Robert H. Dicke）一起在普林斯敦当研究生时首次遇到伊尔梅兹理论。不过，到了80年代初期，他才开始与伊尔梅兹合作。此后，阿利便处于全球性对相对论效应的极其敏感的试验之中。
伊尔梅兹理论，正如它目前坚持的那样，保留爱因斯坦的弯曲时空部分。关键的更改发生在该方程的能量-动量一侧。伊尔梅兹以一对张量之和（T+t）代替单一的爱因斯坦变量。换句话说，在方程的能量-动量一侧实际上有两个部分。
阿利说，“其物理概念是：所有能量都有质量当量，引力场能量也不例外。”因此，T代表与现有的任意质量有关的能量和动量，而t则代表合成的引力场本身的能量与动量。
“这是处理引力沉陷事实的绝妙途径，”阿利说。“所有应力能都应当对曲率作出贡献。”
利用合成的方程，伊尔梅兹和阿利已经能够计算出表明两个平行平板确实彼此相吸的解。他们也已经能够计算出行星绕太阳的运动，准确到足以计及非牛顿扰动项，尤其在水星运动方面。
伊尔梅兹和阿利坚持说，新的理论“基本上解决了广义相对论遇到的所有难点和自相矛盾之处。”
例如，虽然它允许质量大集中，但是它预言没有黑洞，没有事件地平线，没有奇点。虽然当物质塌陷到足够小的尺寸时量子效应是重要的，但是光仍然可以从这些质量集中处逃逸。
伊尔梅兹和阿利认为：新的引力理论与量子力学是一致的，而且在6月会议上，伊尔梅兹阐述了使理论迈向量子化的可能途径。”
在弱场、缓慢运动范围，伊尔梅兹理论和广义相对论作出了非常相似的预言，两者都与迄今为止所有实验观测一致。阿利和伊尔梅兹争辩说，广义相对论看来行得通，因为研究人员必定要用近似式去解爱因斯坦方程，而且在这些近似式内还要加入理论本身未包含的额外资料。
“人们比理论更精明”，伊尔梅兹说。“他们利用不靠理论担保的含蓄假设提出事物。”
大多数相对论者抵制这种观点。“在过去15年中，这些近似方法已被置于前所未有的更为牢固和更加严格的基础上，”华盛顿大学威尔说，“答案无一改变，但是理论基础更加坚实。”
“有几种重要的替代的引力理论，”他补充说。“但是，我不认为伊尔梅兹理论是一种重要的替代理论。”
然而，伊尔梅兹理论作出一个明确的潜在的可测试的预言，使它可与广义相对论区别开来。它预言：当地光速在所有方向上都是相同的，即使在加速的参照系内测量时也是如此。
由于地球旋转的缘故，这种效应在该行星表面向东和向西测量的光速中应是显而易见的。阿利说，“我们正设法首次实际测量向东和向西单向传播时间差。
这个实验包括直接比较激光脉冲从哥伦比亚特区华盛顿市外水塔传至市内国家大教堂塔和从市内国家大教堂塔传至市外水塔的传播时间差。它需要在国家航空航天局戈达德光学研究所和美国海军天文台之间谨慎地来回传送高精度原子钟，用以校准在每个地点的时钟。
阿利说，“我希望，在一年之内，我们会做一次足够精确的实验，以判定这个问题。”
在全球定位系统的运行中，广义相对论起着关键的作用，这个阵列卫星由美国空军操作，供军事和民间导航用。该系统依赖于按原子钟高度精确地计时，而广义相对论则为补偿星上时钟和地面时钟的计时差异提供必要的修正。
这个系统构成“相对论对时钟的影响的应用和研究的重要实验室，”阿利说。“如果已知的引力势能和运动影响的模型不适用的话，就会产生系统误差，使系统性能下降。”
的确，意想不到的小偏差不断地困扰着全球定位系统的使用，阿利说，“我们现在正在进行广泛的研究，以便鉴别这些可疑的问题。”
伊尔梅兹和阿利看来比少数审查他们工作的研究人员会得到更多人的注目。伊尔梅兹说，“不管新理论最终是正确还是错误，广义相对论显然是不适当的，而且必须这样认识它，以保证引力理论及其可能的量子化健康地发展。”
但是，广义相对论是一只可怕的大猛兽。
虽然学生们目前在学校课程中经常会遇到广义相对论，但是许多问题仍然搁置在专家领域里。要理解广义相对论的特殊见解的微妙性和复杂性，需要作广泛的研究和细心观察。从复杂的数学中抽出物理含义也是一种微妙的建议。
因此，任何一个人要全面详尽地掌握该理论是不容易的。相对论者经常专业化，提出与众不同的观点，成为该理论某一特殊见解的领先权威，这需要大量投入时间和精力，只能留下很少时间来考虑替代理论，在过去这通常证明是无效的。
“这好比盲人和大象，”“阿伯塔市考尔加赖大学戴维W. 霍比尔（David W. Hobil）说，“它是一只巨兽，每个人只能分析该动物的很小一部分。每个人针对他的实际感觉发表不同的看法。”
最终，实验性试验将决定广义相对论的命运。尤其是正在进行的检测引力波的工作可以提供新的见识。
“［广义相对论］的预言都是固定不变的：该理论包含着不可调整的常数，因而没有什么东西可被改变，”威尔在1990年11月9日标明广义相对论75周年的《科学》杂志上发表的论文中写道。“因此，该理论的每一项试验都可能是致命性试验。经过核实的在观测和预言之间存在的矛盾将摧毁该理论，其矛盾之处势必被另一种理论所代替。”
[Science News，1994年12月3日]