Einstein általános relativitáselmélete mindössze 12 szóban foglalható össze: “

De John Wheeler fizikus e rövid leírása egy sokkal összetettebb és mélyebb igazságot rejt. A kvantumelmélet mellett az általános relativitáselmélet a modern fizika két alappillérének egyike – a gravitáció és a nagyon nagy, a bolygók, galaxisok és a világegyetem egészének működő elméletünk. Ez Einstein speciális relativitáselméletének kiterjesztése – de olyan masszív, hogy tíz évébe, 1905-től 1915-ig tartott, amíg az egyiktől a másikig eljutott.

A speciális relativitáselmélet szerint a mozgás eltorzítja a teret és az időt. Einstein központi húzása az általános relativitáselmélettel az volt, hogy ezt összekapcsolta egy Galilei által több mint három évszázaddal korábban feljegyzett elvvel: hogy a zuhanó tárgyak tömegüktől függetlenül azonos sebességgel gyorsulnak. Híres, hogy a pisai ferde toronyból leejtett toll és kalapács ugyanabban az időben ér földet, ha a légellenállást leszámítjuk. (Az Apollo 15 1971-es holdraszállása során David Scott űrhajós megerősítette ezt az elvet a levegőtlen Holdon.)

Galilei nyomán Isaac Newton kimutatta, hogy ez csak akkor lehet igaz, ha egy furcsa egybeesés igaz: a tehetetlenségi tömegnek, amely egy test gyorsulással szembeni ellenállását számszerűsíti, mindig egyenlőnek kell lennie a gravitációs tömeggel, amely egy testnek a gravitációra adott válaszát számszerűsíti. Nincs nyilvánvaló oka annak, hogy ennek miért kellene így lennie, mégsem sikerült még soha egyetlen kísérletben sem szétválasztani ezt a két mennyiséget.

Ahogyan a fény állandó sebességét használta fel a speciális relativitáselmélet megalkotásához, Einstein ezt is a természet alapelvének nyilvánította: az ekvivalenciaelvnek. Ezzel, valamint a térnek és az időnek mint egymásba fonódó “téridőnek” az új felfogásával felvértezve olyan képet alkothatunk, amelyben a gravitáció csupán a gyorsulás egyik formája. A nagy tömegű objektumok meggörbítik maguk körül a téridőt, így a dolgok látszólag felgyorsulnak feléjük.

Ez megmagyarázza, miért érzünk lefelé irányuló vonzást a Föld felé, és miért kering a Föld a Nap körül. Bár a gravitáció nagy kozmikus léptékben és nagyon nagy tömegek, például bolygók vagy csillagok közelében domináns, valójában a négy ismert természeti erő közül messze a leggyengébb – és az egyetlen, amelyet a kvantumelmélet nem magyaráz meg.

A kvantumelmélet és az általános relativitáselmélet valójában egyáltalán nem jön ki egymással. A két elmélet általában nagyon különböző léptékeken működik, így ez nem nagy probléma. De megakadályozza, hogy megértsük, mi történt például az ősrobbanás legkorábbi pillanataiban, amikor a világegyetem nagyon kicsi volt, és a gravitáció nagyon erős. Egy másik helyzetben pedig, ahol a kettő összeütközik – egy fekete lyuk eseményhorizontjánál – feloldhatatlan paradoxonok keletkeznek.

A nagy remény az, hogy valamilyen “mindenek elmélete” egyszer majd egyesíti a kvantumelméletet és az általános relativitáselméletet – bár az olyan kísérletek, mint a húrelmélet és a hurokkvantumgravitáció eddig nem jártak sikerrel. Igaznak bizonyult az a jóslata, hogy a nagyon sűrű tömeghalmazok annyira eltorzíthatják a téridőt, hogy még a fény sem tud kiszabadulni belőle. Ezeket az objektumokat ma már “fekete lyukaknak” nevezzük, le tudjuk fényképezni az őket körülvevő “eseményhorizontokat”, és eléggé biztosak vagyunk benne, hogy minden hatalmas galaxis középpontjában található egy.

De az általános relativitáselmélet talán legnagyobb diadalát 2015-ben aratta, amikor felfedezték a gravitációs hullámokat – a téridőben a nagyon nagy tömegű objektumok mozgása által okozott hullámokat. A két fekete lyuk spirálisan egymásba tekeredő és összeolvadó jel az Advanced LIGO kísérlet fáradságos, türelmes detektívmunkájának diadala volt. Richard Webb