Yleinen suhteellisuusteoria

Yleinen suhteellisuusteoria (engl. General relativity, GR) on modernin fysiikan painovoimaa kuvaava teoria, jonka kehitti teoreettinen fyysikko Albert Einstein vuosina 1907–1915, ja se on erityisen eli suppean suhteellisuusteorian laajennus. Suppeassa suhteellisuusteoriassa fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaalikoordinaatistoissa johtaen informaation siirtymisen rajanopeuteen c ja yleinen suhteellisuusteoria laajentaa tämän ekvivalenssin kaikkiin koordinaatistoihin.

Yleisen suhteellisuusteorian mukaan kahden kappaleen välillä havaittu painovoima johtuu siitä, että kappaleiden massat kaareuttavat aika-avaruutta. Yleisessä suhteellisuusteoriassa gravitaatio siis tulkitaan avaruuden kaareutumiseksi, toisin sanoen avaruuden geometrian muuttumiseksi. Einsteinin teoria käyttää geometrianaan Riemannin epäeuklidista geometriaa. Teoria korvaa Sir Isaac Newtonin vuonna 1686 julkaiseman teorian painovoimasta voimana massallisten kappaleiden välillä. Kokeiden mukaan Einsteinin teoria on tarkempi ja on näin syrjäyttänyt Newtonin teorian modernissa fysiikassa. Yleinen suhteellisuusteoria ennusti myös gravitaatioaaltojen olemassaolon.

Yleinen suhteellisuusteoria korjaa ja ennustaa todennettavia ilmiöitä, joita Newtonin teoria ei kykene selittämään tai ennustamaan. Tällaisia ovat esimerkiksi valonsäteiden taipuminen massiivisen kappaleen ympärillä ja Merkuriuksen tai muiden planeettojen perihelin kiertyminen. Lisäksi yleisen suhteellisuusteorian mukaan aika hidastuu voimakkaassa gravitaatiokentässä. Yleinen suhteellisuusteoria ei ole ainoa relativistinen painovoimateoria, mutta se on malliltaan kaikkein yksinkertaisin niistä, ja ainoa joka on sopusoinnussa kaikkien havaintojen kanssa. Vaikka teoria kykenee selittämään ja ennustamaan lukuisia ilmiöitä, se jättää joitakin kysymyksiä avoimiksi. Kaikkein perustavinta laatua oleva kysymys on se, kuinka yleinen suhteellisuusteoria saadaan sovitetuksi yhteen kvanttifysiikan lakien kanssa, jolloin lopputuloksena saadaan kvanttigravitaatioteoria.

Teoriasta on kehittynyt modernin tähtitieteen yksi tärkeimmistä teorioista. Yleinen suhteellisuusteoria tarjoaa nykyisen ymmärryksen mustien aukkojen suhteen. Yleinen suhteellisuusteoria on myös perusta alkuräjähdysteorialle.