Opća teorija relativnosti
Opća teorija relativnosti, također poznata i kao opća relativnost ili Einsteinova teorija gravitacije, geometrijska je teorija gravitacije koju je 1915. objavio Albert Einstein i predstavlja trenutni opis gravitacije u modernoj fizici. Opća relativnost generalizuje posebnu relativnost i usavršava Newtonov zakon gravitacije, pružajući jedinstven opis gravitacije kao geometrijske osobine prostora i vremena ili četvorodimenzionalnog prostorvremena. Konkretno, zakrivljenost prostorvremena je direktnoj povezana s energijom i količinom kretanja bilo koje prisutne materije i zračenja. Odnos je određen Einsteinovim jednačinama polja, sistemom parcijalnih diferencijalnih jednačina drugog reda. Newtonov zakon gravitacije, koji opisuje klasičnu gravitaciju, može se posmatrati kao predviđanje opće relativnosti za skoro ravnu geometriju prostorvremena oko stacionarne raspodjele mase. Međutim, neka predviđanja opće relativnosti su izvan Newtonov zakon gravitacije u klasičnoj fizici. Ova predviđanja se tiču protoka vremena, geometrije prostora, kretanja tijela u slobodnom padu i širenja svjetlosti, a uključuju gravitacijsku vremensku dilataciju, gravitacijsku leću, gravitacijski crveni pomak svjetlosti, Shapirovo vremensko kašnjenje i singularnosti/crne rupe. Do sada se pokazalo da su svi testovi opće relativnosti u skladu s teorijom. Vremenski zavisna rješenja opće relativnosti omogućavaju nam da govorimo o historiji svemira i dala su moderni okvir za kosmologiju, što je dovelo do otkrića Velikog praska i kosmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Uprkos uvođenju brojnih alternativnih teorija, opća teorija relativnosti je i dalje najjednostavnija teorija koja je konzistentna s eksperimentalnim podacima. Pomirenje opće teorije relativnosti sa zakonima kvantne fizike ostaje problem, jer postoji nedostatak samodosljedne teorije kvantne gravitacije. Još nije poznato kako se gravitacija može ujediniti s tri negravitacijske sile: jakom, slabom i elektromagnetnom. 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.