Ogólną teorię względności Einsteina można streścić w zaledwie 12 słowach: „Czasoprzestrzeń mówi materii, jak się poruszać; materia mówi czasoprzestrzeni, jak się zakrzywiać”.

Ale ten krótki opis fizyka Johna Wheelera kryje bardziej złożoną i głęboką prawdę. Obok teorii kwantowej, ogólna teoria względności jest jednym z dwóch filarów współczesnej fizyki – naszą roboczą teorią grawitacji i rzeczy bardzo dużych, planet, galaktyk i wszechświata jako całości. Jest to rozszerzenie szczególnej teorii względności Einsteina – ale tak potężne, że zajęło mu 10 lat, od 1905 do 1915 roku, aby przejść od jednego do drugiego.

Szczególna teoria względności mówi nam, że ruch wypacza przestrzeń i czas. Głównym zamachem Einsteina z ogólną względnością było połączenie tego z zasadą zauważoną ponad trzy wieki wcześniej przez Galileusza: że spadające obiekty przyspieszały w tym samym tempie niezależnie od ich masy. Jak wiadomo, piórko i młotek zrzucone z Krzywej Wieży w Pizie uderzą w ziemię w tym samym czasie, jeśli pominiemy opór powietrza. (Podczas lądowania na Księżycu Apollo 15 w 1971 roku astronauta David Scott potwierdził tę zasadę na pozbawionym powietrza Księżycu.)

Podążając za Galileuszem, Isaac Newton wykazał, że może to być prawdą tylko wtedy, gdy zachodzi dziwny zbieg okoliczności: masa bezwładnościowa, która określa opór ciała wobec przyspieszenia, musi zawsze być równa masie grawitacyjnej, która określa reakcję ciała na grawitację. Nie ma żadnego oczywistego powodu, dla którego miałoby tak być, a jednak żaden eksperyment nigdy nie rozdzielił tych dwóch wielkości.

W ten sam sposób, w jaki wykorzystał stałą prędkość światła do skonstruowania szczególnej teorii względności, Einstein ogłosił to zasadą natury: zasadą równoważności. Uzbrojony w to oraz w nową koncepcję przestrzeni i czasu jako splecionej ze sobą „czasoprzestrzeni”, możesz skonstruować obraz, w którym grawitacja jest tylko formą przyspieszenia. Masywne obiekty zaginają czasoprzestrzeń wokół siebie, sprawiając, że rzeczy wydają się przyspieszać w ich kierunku.

To wyjaśnia, dlaczego czujemy przyciąganie w dół w kierunku Ziemi i dlaczego Ziemia krąży wokół Słońca. Chociaż grawitacja jest dominująca w dużych skalach kosmicznych i w pobliżu bardzo dużych mas, takich jak planety czy gwiazdy, jest ona w rzeczywistości zdecydowanie najsłabszą z czterech znanych sił natury – i jedyną, której nie wyjaśnia teoria kwantowa.

Teoria kwantowa i ogólna teoria względności w rzeczywistości wcale się nie dogadują. Te dwie teorie generalnie działają w bardzo różnych skalach, więc nie jest to wielki problem. Ale uniemożliwia nam to zrozumienie, co działo się na przykład w najwcześniejszych momentach wielkiego wybuchu, kiedy wszechświat był bardzo mały, a grawitacja bardzo silna. A w innej sytuacji, w której te dwie rzeczy się ścierają – na horyzoncie zdarzeń czarnej dziury – pojawiają się nierozwiązywalne paradoksy.

Wielką nadzieją jest to, że jakaś „teoria wszystkiego” może pewnego dnia zjednoczyć teorię kwantową i ogólną teorię względności – chociaż próby takie jak teoria strun i pętlowa grawitacja kwantowa do tej pory nie przyniosły oczekiwanych rezultatów.

Tymczasem ogólna teoria względności nigdy nie została uznana za wybrakowaną. Jej przewidywania, że bardzo gęste aglomeracje masy mogą wypaczać czasoprzestrzeń tak bardzo, że nawet światło nie może się z nich wydostać, okazały się prawdziwe. Obecnie nazywamy te obiekty „czarnymi dziurami”, możemy fotografować otaczające je „horyzonty zdarzeń” i jesteśmy całkiem pewni, że w centrum każdej masywnej galaktyki znajduje się jedna z nich.

Ale być może największy triumf ogólnej teorii względności przyszedł w 2015 roku wraz z odkryciem fal grawitacyjnych – tętnień czasoprzestrzeni spowodowanych ruchem bardzo masywnych obiektów. Sygnał dwóch czarnych dziur spiralnie łączących się ze sobą był triumfem żmudnej, cierpliwej pracy detektywistycznej eksperymentu Advanced LIGO. Richard Webb

.