Hva er generell relativitet?

Generell relativitet er en vitenskapelig teori som beskriver hvordan stoff, energi, tid og rom interagerer. Den ble først utgitt av Albert Einstein i 1917 som en forlengelse av hans teori om spesiell relativitet. Generell relativitet behandler rom og tid som en enhetlig firedimensjonal "romtid"; under generell relativitet, deformerer materie geometrien i romtid, og romtidens deformasjoner får materie til å bevege seg, som vi ser på som tyngdekraft.

Den grunnleggende antagelsen om generell relativitet er at krefter forårsaket av tyngdekraften og krefter forårsaket av akselerasjon er likeverdige. Hvis en lukket boks er under akselerasjon, kan intet eksperiment utført i boksen fortelle om boksen er i ro i et gravitasjonsfelt, eller blir akselerert gjennom verdensrommet. Dette prinsippet, at alle fysiske lover er de samme for akselererte observatører og observatører i et gravitasjonsfelt, er kjent som ekvivalensprinsippet; den er eksperimentelt testet til mer enn tolv desimaler med nøyaktighet.

Den viktigste konsekvensen av ekvivalensprinsippet er at verdensrommet ikke kan være euklidisk for alle observatører. I buet rom, for eksempel et skjevt ark, holder ikke alltid de normale lovene for geometri seg. Det er i buet rom mulig å konstruere en trekant hvis vinkler legger opp til mer eller mindre enn 180 grader, eller å tegne to parallelle linjer som skjærer hverandre. Spesiell relativitet blir mer og mer nøyaktig etter hvert som romtidens krumning går til null; hvis romtid er flat, blir de to teoriene identiske. Hvordan materie kurver plass beregnes ved hjelp av Einstein-feltligningene, som har formen G = T; G beskriver romets krumning, mens T beskriver fordelingen av materien.

Fordi plassen er buet, beveger objekter i generell relativitet seg ikke alltid i rette linjer, akkurat som en ball ikke vil bevege seg i en rett linje hvis du ruller den inn i en trakt. En fritt fallende gjenstand vil alltid ta den korteste veien fra punkt A til punkt B, som ikke nødvendigvis er en rett linje; linjen den kjører er kjent som en geodesikk. Vi ser avvikene fra rette linjer som påvirkningen av "tyngdekraften" - Jorden beveger seg ikke i en rett linje fordi sola snekrer romtid i jordens nærhet, slik at den beveger seg i en elliptisk bane.

Ettersom gravitasjonskrefter og akselerasjonskrefter er fullt ut likeverdige, gjelder alle effektene på et raskt bevegende objekt i spesiell relativitet også gjenstander dypt inne i gravitasjonsfelt. Et objekt nær en tyngdekilde vil gi fra seg Doppler-forskjøvet lys, akkurat som om det var på farta. Gjenstander nær gravitasjonskilder ser også ut til å ha tid til å senke seg, og alt innkommende lys blir bøyd av feltet. Dette kan føre til at en sterk gravitasjonskilde bøyer lys som en linse, og fører fjerne objekter i fokus; dette fenomenet finnes ofte i dybdehimmels astronomi, der en galakse vil bøye lyset fra en annen slik at flere bilder vises.