Einsteins allmänna relativitetsteori kan sammanfattas med bara 12 ord: ”Rymdtiden talar om för materien hur den ska röra sig; materien talar om för rymdtiden hur den ska kröka”.

Men denna korta beskrivning från fysikern John Wheeler döljer en mer komplex och djupgående sanning. Vid sidan av kvantteorin är den allmänna relativitetsteorin en av två pelare i den moderna fysiken – vår fungerande teori om gravitationen och om det mycket stora, om planeter, galaxer och universum som helhet. Den är en utvidgning av Einsteins speciella relativitetsteori – men en så massiv sådan att det tog honom tio år, från 1905 till 1915, att gå från den ena till den andra.

Den speciella relativitetsteorin säger oss att rörelse förvränger rum och tid. Einsteins centrala kupp med den allmänna relativitetsteorin var att kombinera detta med en princip som Galileo noterat mer än tre århundraden tidigare: att fallande föremål accelererar i samma takt oberoende av sin massa. Det är välkänt att en fjäder och en hammare som släpps ner från det lutande tornet i Pisa kommer att träffa marken samtidigt, när man bortser från luftmotståndet. (Under Apollo 15:s månlandning 1971 bekräftade astronauten David Scott denna princip på den luftlösa månen.)

I efterföljd av Galileo visade Isaac Newton att detta bara kunde vara sant om det fanns ett märkligt sammanträffande: tröghetsmassan, som kvantifierar en kropps motstånd mot acceleration, måste alltid vara lika stor som gravitationsmassan, som kvantifierar en kropps reaktion på gravitationen. Det finns ingen uppenbar anledning till varför det skulle vara så, men inget experiment har någonsin lyckats skilja dessa två storheter åt.

På samma sätt som han hade använt ljusets konstanta hastighet för att konstruera den speciella relativitetsteorin, förklarade Einstein detta som en naturprincip: ekvivalensprincipen. Beväpnad med denna och en ny uppfattning om rum och tid som en sammanvävd ”rum-tid” kan man konstruera en bild där gravitationen bara är en form av acceleration. Massiva objekt böjer rymdtiden runt dem, vilket gör att saker och ting verkar accelerera mot dem.

Det förklarar varför vi känner en dragning nedåt mot jorden och varför jorden kretsar runt solen. Även om gravitationen är dominerande på stora kosmiska skalor och nära mycket stora massor som planeter eller stjärnor är den faktiskt den överlägset svagaste av de fyra kända naturkrafterna – och den enda som inte förklaras av kvantteorin.

Kvantteorin och den allmänna relativitetsteorin kommer i själva verket inte alls överens. De två teorierna arbetar i allmänhet i mycket olika skalor, så det är inget stort problem. Men det hindrar oss från att förstå vad som hände i de allra tidigaste ögonblicken av big bang, till exempel när universum var mycket litet och gravitationen var mycket stark. Och i en annan situation där de två kolliderar – vid ett svart håls händelsehorisont – uppstår olösliga paradoxer.

Det stora hoppet är att någon ”teori om allting” en dag skulle kunna förena kvantteorin och den allmänna relativitetsteorin – även om försök som strängteorin och loopkvantgravitationen hittills har misslyckats med att komma fram till det.

Men samtidigt har den allmänna relativitetsteorin aldrig befunnits vara bristfällig. Dess förutsägelse om att mycket täta massanhopningar skulle kunna förvränga rumtiden så mycket att inte ens ljuset skulle kunna fly från den har visat sig vara sann. Vi kallar nu dessa objekt för ”svarta hål”, kan fotografera de ”händelsehorisonter” som omger dem och är ganska säkra på att det finns ett sådant i mitten av varje massiv galax.

Men den kanske största triumfen för den allmänna relativitetsteorin kom 2015 med upptäckten av gravitationsvågor – krusningar i rymdtiden som orsakas av rörelser från mycket massiva objekt. Signalen från två svarta hål som spiralar ihop och smälter samman var en triumf för det avancerade LIGO-experimentets noggranna och tålmodiga detektivarbete. Richard Webb