Wat is algemene relativiteitstheorie?
Algemene relativiteitstheorie is een wetenschappelijke theorie die beschrijft hoe materie, energie, tijd en ruimte op elkaar inwerken. Het werd voor het eerst gepubliceerd door Albert Einstein in 1917 als een uitbreiding op zijn speciale relativiteitstheorie. Algemene relativiteitstheorie behandelt ruimte en tijd als één enkele vier-dimensionale "ruimtetijd"; onder algemene relativiteit vervormt materie de geometrie van ruimtetijd en vervormingen van ruimtetijd veroorzaken dat materie beweegt, wat we als zwaartekracht zien.
De basisaanname van algemene relativiteitstheorie is dat krachten veroorzaakt door zwaartekracht en krachten veroorzaakt door versnelling gelijkwaardig zijn. Als een gesloten doos versnelling ondergaat, kan geen experiment in de doos uitwijzen of de doos in rust is in een zwaartekrachtsveld of door de ruimte wordt versneld. Dit principe, dat alle fysische wetten hetzelfde zijn voor versnelde waarnemers en waarnemers in een zwaartekrachtsveld, staat bekend als het gelijkwaardigheidsbeginsel; het is experimenteel getest met meer dan twaalf decimalen nauwkeurigheid.
Het belangrijkste gevolg van het gelijkwaardigheidsbeginsel is dat ruimte niet Euclidisch kan zijn voor alle waarnemers. In een gebogen ruimte, zoals een kromgetrokken plaat, gelden niet altijd de normale wetten van de geometrie. Het is mogelijk om in een gebogen ruimte een driehoek te construeren waarvan de hoeken oplopen tot meer of minder dan 180 graden, of om twee parallelle lijnen te trekken die elkaar snijden. Speciale relativiteitstheorie wordt steeds nauwkeuriger naarmate de kromming van ruimtetijd naar nul gaat; als de ruimtetijd vlak is, worden de twee theorieën identiek. Hoe materie krommen ruimte wordt berekend met behulp van de Einstein-veldvergelijkingen, die de vorm G = T hebben; G beschrijft de kromming van de ruimte, terwijl T de verdeling van materie beschrijft.
Omdat de ruimte gebogen is, bewegen objecten in het algemeen niet altijd in rechte lijnen, net zoals een bal niet in een rechte lijn beweegt als je hem in een trechter rolt. Een vrij vallend object zal altijd het kortste pad nemen van punt A naar punt B, wat niet noodzakelijkerwijs een rechte lijn is; de lijn die het aflegt staat bekend als een geodetisch. We zien de afwijkingen van rechte lijnen als de invloed van "zwaartekracht" - de aarde beweegt niet in een rechte lijn omdat de zon ruimtetijd vervormt in de nabijheid van de aarde, waardoor deze in een elliptische baan beweegt.
Omdat zwaartekrachten en versnellingskrachten volledig equivalent zijn, zijn alle effecten op een snel bewegend object in speciale relativiteit ook van toepassing op objecten diep in zwaartekrachtvelden. Een object in de buurt van een zwaartekracht zal Doppler-verschoven licht uitzenden, alsof het wegschiet. Objecten in de buurt van zwaartekrachtbronnen lijken ook de tijd te vertragen en binnenkomend licht wordt gebogen door het veld. Dit kan ervoor zorgen dat een sterke zwaartekracht licht als een lens buigt, waardoor verre objecten worden scherpgesteld; dit fenomeen komt vaak voor in deep-sky astronomie, waar de ene melkweg het licht van een andere galm buigt zodat meerdere afbeeldingen verschijnen.