1915년 알버트 아인슈타인에 의해 공식화된 일반 상대성 이론은 중력과 시공간의 본질에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으켰습니다. 그 핵심에서 일반 상대성 이론은 중력이 뉴턴 물리학에 의해 설명된 것처럼 단순히 물체 사이의 힘이 아니라 질량과 에너지의 존재로 인한 시공간의 곡률의 결과라고 제안합니다.
일반 상대성 이론의 틀에서, 행성, 별, 블랙홀과 같은 거대한 물체들은 그들 주위의 시공간 구조를 휘어지게 하고, 아인슈타인이 유명하게 묘사한 "중력장"을 만듭니다. 이 시공간의 곡률은 그 안에 있는 물체들의 운동에 영향을 미치고, 그들이 측지선이라고 알려진 휘어진 경로를 따르도록 합니다. 본질적으로, 질량이나 에너지를 가진 물체들은 시공간의 기하학을 왜곡하고, 다른 물체들은 이 곡률에 반응하여 이 왜곡된 경로를 따라 움직입니다.
일반 상대성 이론의 핵심 개념 중 하나는 등가 원리인데, 이 원리는 중력 질량(중력에 대한 반응을 결정하는 물질의 특성)이 관성 질량(가속도에 대한 저항을 결정하는 물질의 특성)과 동등하다는 것입니다. 이 원리는 중력의 효과와 가속의 효과 사이에 근본적인 차이가 없다는 것을 암시하는데, 아인슈타인의 이론 발전에 지대한 영향을 미친 개념입니다.
일반 상대성 이론의 또 다른 중요한 측면은 공간의 3차원과 시간의 차원을 결합하여 통합된 4차원 연속체로 만드는 시공간의 개념입니다. 이 틀에서 거대한 물체는 공간을 휘어지게 할 뿐만 아니라 시간의 흐름 자체에도 영향을 미칩니다. 시간 팽창이라고 알려진 이 현상은 중력장이 강한 지역에서 중력장이 약한 지역에 비해 시간이 더 느리게 간다는 것을 의미합니다.
일반 상대성 이론은 또한 실험과 천문 관측을 통해 관찰되고 확인된 여러 현상을 예측합니다. 그러한 현상 중 하나는 지구 표면의 서로 다른 고도에 배치된 정확한 원자 시계와 관련된 실험을 통해 검증된 중력 시간 확장입니다. 더 강한 중력장을 경험하는 낮은 고도의 시계는 높은 고도의 시계보다 약간 느리게 표시되며 일반 상대성 이론의 예측과 일치합니다.
일반 상대성 이론의 또 다른 예측은 중력장에 의한 빛의 휘어짐으로, 중력 렌즈라고 합니다. 이 효과는 먼 곳에서 온 빛이 거대한 물체 근처를 지날 때 발생하여 물체가 원래의 경로에서 휘어지게 합니다. 중력 렌즈는 수많은 천문 관측에서 관찰되어 왔으며, 아인슈타인 이론의 타당성에 대한 강력한 증거를 제공합니다.
일반 상대성 이론은 또한 블랙홀의 존재를 예측합니다. 블랙홀은 너무 거대하고 작아서 빛조차 중력에서 빠져나올 수 없을 정도로 시공간을 왜곡시킵니다.