Einsteins generelle relativitetsteori kan opsummeres med blot 12 ord: “Rum-tiden fortæller materien, hvordan den skal bevæge sig; materien fortæller rum-tiden, hvordan den skal krumme sig”.

Men denne korte beskrivelse fra fysikeren John Wheeler skjuler en mere kompleks og dybtgående sandhed. Ud over kvanteteorien er den generelle relativitetsteori en af to søjler i den moderne fysik – vores arbejdsteori om tyngdekraften og om det meget store, om planeter, galakser og universet som helhed. Den er en udvidelse af Einsteins specielle relativitetsteori – men så omfattende, at det tog ham 10 år, fra 1905 til 1915, at komme fra den ene til den anden.

Speciel relativitetsteori fortæller os, at bevægelse forvrænger rum og tid. Einsteins centrale kup med den generelle relativitetsteori var at kombinere dette med et princip, som Galileo havde bemærket over tre århundreder tidligere, nemlig at faldende genstande accelererede med samme hastighed uanset deres masse. Det er berømt, at en fjer og en hammer, der falder ned fra det skæve tårn i Pisa, vil ramme jorden på samme tid, når man ser bort fra luftmodstanden. (Under Apollo 15’s månelanding i 1971 bekræftede astronaut David Scott dette princip på den luftløse måne.)

I forlængelse af Galileo viste Isaac Newton, at dette kun kunne være sandt, hvis der var et mærkeligt sammentræf: inertimassen, som kvantificerer et legemes modstand mod acceleration, skal altid være lig med gravitationsmassen, som kvantificerer et legemes reaktion på tyngdekraften. Der er ingen indlysende grund til, at dette skulle være tilfældet, og alligevel har intet eksperiment nogensinde adskilt disse to størrelser.

På samme måde som han havde brugt lysets konstante hastighed til at konstruere den specielle relativitetsteori, erklærede Einstein dette til et naturprincip: ækvivalensprincippet. Bevæbnet med dette og en ny opfattelse af rum og tid som en sammenvævet “rum-tid”, kan man konstruere et billede, hvor tyngdekraften blot er en form for acceleration. Massive objekter bøjer rumtiden omkring sig, hvilket får tingene til at fremstå som om de accelererer mod dem.

Det forklarer, hvorfor vi føler en nedadgående tiltrækning mod Jorden, og hvorfor Jorden kredser om Solen. Selv om tyngdekraften er dominerende på store kosmiske skalaer og i nærheden af meget store masser som planeter eller stjerner, er den faktisk langt den svageste af de fire kendte naturkræfter – og den eneste, der ikke forklares af kvanteteorien.

Kvanteteorien og den generelle relativitetsteori kan faktisk slet ikke enes. De to teorier arbejder generelt på meget forskellige skalaer, så det er ikke et stort problem. Men det forhindrer os i at forstå, hvad der skete i de allerførste øjeblikke af big bang, f.eks. da universet var meget lille, og tyngdekraften var meget stærk. Og i en anden situation, hvor de to ting støder sammen – ved et sort huls begivenhedshorisont – opstår der uløselige paradokser.

Det store håb er, at en eller anden “teori om alting” en dag kan forene kvanteteori og generel relativitetsteori – selv om forsøg som strengteori og loopkvantetyngdekraft indtil videre ikke har været i stand til at komme med varen.

Men den generelle relativitetsteori har aldrig været fundet mangelfuld. Dens forudsigelse om, at meget tætte masseansamlinger kunne forvrænge rumtiden så meget, at ikke engang lyset kunne slippe ud af den, har vist sig at være sandt. Vi kalder nu disse objekter for “sorte huller”, kan fotografere de “begivenhedshorisonter”, der omgiver dem, og er ret sikre på, at der findes et i centrum af enhver massiv galakse.

Men den største triumf for den generelle relativitetsteori kom måske i 2015 med opdagelsen af gravitationsbølger – krusninger i rumtiden forårsaget af meget massive objekters bevægelse. Signalet fra to sorte huller, der spiralformede sig sammen og smeltede sammen, var en triumf for det avancerede LIGO-eksperimentets omhyggelige og tålmodige detektivarbejde. Richard Webb