Kas ir vispārējā relativitāte?

Vispārējās relativitātes teorijas pamatpieņēmums ir tāds, ka gravitācijas radītie spēki un paātrinājuma radītie spēki ir līdzvērtīgi. Ja slēgta kaste tiek paātrināta, neviens eksperiments, kas veikts kastē, nevar noteikt, vai kaste atrodas miera stāvoklī gravitācijas laukā vai tiek paātrināta caur telpu. Šis princips, ka visi fiziskie likumi ir vienādi paātrinātiem novērotājiem un novērotājiem gravitācijas laukā, ir pazīstams kā ekvivalences princips; tas ir eksperimentāli pārbaudīts ar precizitāti līdz vairāk nekā divpadsmit zīmēm aiz komata.

Ekvivalences principa svarīgākās sekas ir tādas, ka telpa nevar būt eiklīda visiem novērotājiem. Izliektā telpā, piemēram, izliektā loksnē, parastie ģeometrijas likumi ne vienmēr ir spēkā. Izliektā telpā ir iespējams izveidot trīsstūri, kura leņķi kopā ir vairāk vai mazāk par 180 grādiem, vai arī novilkt divas paralēlas līnijas, kas krustojas. Speciālā relativitāte kļūst arvien precīzāka, jo telpas laika izliekums iet uz nulli; ja laiktelpa ir plakana, abas teorijas kļūst identiskas. Kā matērijas līknes telpa tiek aprēķināta, izmantojot Einšteina lauka vienādojumus, kuriem ir forma G = T; G apraksta telpas izliekumu, bet T – matērijas sadalījumu.

Tā kā telpa ir izliekta, objekti vispārējās relativitātes teorijā ne vienmēr pārvietojas taisnās līnijās, tāpat kā bumbiņa nepārvietosies taisnā līnijā, ja to ripinās piltuvē. Brīvi krītošs objekts vienmēr veiks īsāko ceļu no punkta A uz punktu B, kas ne vienmēr ir taisna līnija; līnija, pa kuru tas pārvietojas, ir pazīstama kā ģeodēziskā līnija. Novirzes no taisnēm redzam kā “gravitācijas” ietekmi – Zeme nekustas taisnā līnijā, jo Saule izkropļo telpas laiku Zemes tuvumā, liekot tai kustēties eliptiskā orbītā.

Tā kā gravitācijas spēki un paātrinājuma spēki ir pilnībā līdzvērtīgi, visa ietekme uz ātri kustīgu objektu īpašajā relativitātes teorijā attiecas arī uz objektiem, kas atrodas dziļi gravitācijas laukos. Objekts, kas atrodas tuvu gravitācijas avotam, izstaros Doplera nobīdes gaismu, it kā tas virzītos prom. Šķiet, ka arī objektiem, kas atrodas tuvu gravitācijas avotiem, laiks palēninās, un visa ienākošā gaisma tiks saliekta laukā. Tas var likt spēcīgam gravitācijas avotam saliekt gaismu kā objektīvu, fokusējot tālumus objektus; šī parādība bieži sastopama dziļu debesu astronomijā, kur viena galaktika salieks citas galaktikas gaismu, lai parādītos vairāki attēli.