一般相対性理論とは何ですか？

一般相対性理論は、物質、エネルギー、時間、空間がどのように相互作用するかを記述する科学理論です。 1917年にアルバートアインシュタインによって、彼の特別な相対性理論の拡張として出版されました。 一般相対性理論は、空間と時間を単一の統一された4次元の「時空」として扱います。 一般相対性理論では、物質は時空の幾何学を変形させ、時空の変形は物質を移動させます。これは重力と見なされます。

一般相対性理論の基本的な仮定は、重力によって引き起こされる力と加速によって引き起こされる力は同等であるということです。 閉じたボックスが加速されている場合、ボックス内で行われた実験では、ボックスが重力場内で静止しているのか、空間を介して加速されているのかを判断できません。 この原則は、加速された観測者と重力場の観測者のすべての物理法則が同じであるというもので、等価原理として知られています。 小数点以下12桁以上の精度で実験的にテストされています。

等価原理の最も重要な結果は、すべての観測者にとって空間がユークリッドになることはできないということです。 ゆがんだシートなどの湾曲した空間では、通常のジオメトリの法則が常に当てはまるわけではありません。 曲線空間では、角度が合計で180度を超える三角形を構成したり、交差する2本の平行線を描くことができます。 時空の曲率がゼロになると、特殊相対論はますます正確になります。 時空が平坦な場合、2つの理論は同一になります。 物質曲線の空間は、G = Tの形式をとるEinstein場の方程式を使用して計算されます。 Gは空間の曲率を表し、Tは物質の分布を表します。

空間が湾曲しているため、一般相対性理論のオブジェクトは、ボールを漏斗に転がすとボールが直線で移動しないように、常に直線で移動するわけではありません。 自由に落下するオブジェクトは、常にポイントAからポイントBまでの最短経路を取りますが、これは必ずしも直線ではありません。 移動する線は測地線として知られています。 直線からの逸脱は「重力」の影響と見なされます。太陽は地球の近傍で時空をゆがめ、楕円軌道で動くため、地球は直線で動きません。

重力と加速力は完全に同等であるため、特別な相対性理論で高速に移動するオブジェクトへの影響はすべて、重力場の深いオブジェクトにも適用されます。 重力の源に近い物体は、まるで速度を落としているかのように、ドップラーシフトされた光を放射します。 重力源に近い物体も時間が遅くなるように見え、入射光はフィールドによって曲げられます。 これにより、強い重力源がレンズのように光を曲げ、遠くの物体に焦点を合わせることができます。 この現象は、多くの場合、複数の画像が表示されるように1つの銀河が別の銀河の光を曲げる深空天文学で見られます。