Opća teorija relativnosti

Simulirana crna rupa od 10 sunčevih masa unutar Mliječnog puta, koja se vidi sa udaljenosti od 600 kilometara.

Opća relativnost, također poznata i kao opća teorija relativnosti, je geometrijska teorija gravitacije koju je objavio Albert Einstein 1915. godine i trenutni je opis gravitacije u modernoj fizici. Opća relativnost generalizuje posebnu relativnost i Newtonov zakon gravitacije, pružajući jedinstven opis gravitacije kao geometrijske osobine prostora i vremena, ili prostorvremena. Konkretno, zakrivljenost prostorvremena je u direktnoj vezi sa energijom i količinom kretanja bilo koje prisutne materije i zračenja. Odnos je naveden Einsteinovim jednačinama polja, sistemom parcijalnih diferencijalnih jednačina.

Neka predviđanja opće relativnosti se znatno razlikuju od onih iz klasične fizike, a posebno se odnose na prolazak vremena, geometriju prostora, kretanje tijela u slobodnom padu, i širenja svjetlosti. Primjeri ovih razlika uključuju gravitacionu vremensku dilataciju, gravitacionu leću, gravitacioni crveni pomak svjetlosti, i gravitaciono vremensko kašnjenje. Predviđanja opće relativnosti su potvrđena u svim opservacijama i eksperimentima do sada. Iako opća relativnost nije jedina relativistička teorija gravitacije, ona je najjednostavnija teorija koja je u skladu sa eksperimentalnim podacima. Ipak neodgovorena pitanja i dalje ostaju, a najjednostavnije je kako se opća relativnost može uskladiti sa kvantnom fizikom kako bi se proizvela potpuna i dosljedna teorija kvantne gravitacije.

Einsteinova teorija ima važne astrofizičke posljedice. Na primjer, ona podrazumijeva postojanje crnih rupa—regija u prostoru u kojima su prostor i vrijeme iskrivljeni na takav način da ništa, čak ni svjetlo, ne može pobjeći—kao završno stanje masivnih zvijezda. Postoji mnogo dokaza da intenzivna zračenja koje emitiraju određene vrste astronomskih objekata dešavaju zbog crnih rupa; na primjer, mikrokvazari i aktivna galaksijska jezgra su rezultat postojanja zvjezdanih crnih rupa i crnih rupa znatno veće masivne vrste. Savijanje svjetlosti gravitacijom može dovesti do fenomena gravitacione leće, u kojem je više slika istog udaljenog astronomskog objekta vidljivo na nebu. Opća relativnost također predviđa postojanje gravitacionih talasa, koji su posredno bili posmatrani; direktna mjerenja su cilj projekata kao što su LIGO i NASA/ESA Laser Interferometer Space Antenna i raznih "pulsar timing arrays". Osim toga, opća relativnost je osnova tekućih kosmoloških modela konzistentnog širenja svemira.

Postulati i struktura teorije

Glavni postulat OTR je da je gravitacija geometrijski efekat, a ne sila. Drugim riječima, prisustvo mase i energije mijenja geometriju prostorvremena i na taj način utiče na kretanje masivnih čestica i svjetlosti.

Geometrija prostorvremena u okviru Opće teorije relativnosti je opisana pomoću Riemannovog tenzora zakrivljenosti.