Sejarah kerelatifan am

Penyelidikan awal

Perkembangan kerelatifan am bermula pada tahun 1907 dengan penerbitan makalah Albert Einstein mengenai pemecutan di bawah kerelatifan khas. Dalam makalah itu, beliau memperdebatkan bahawa jatuh bebas sebenarnya ialah gerakan inersia, dan bagi pemerhati yang jatuh bebas, peraturan-peraturan kerelatifan khas harus digunakan. Hujah ini dipanggil prinsip kesetaraan. Dalam makalah yang sama, Einstein juga meramalkan fenomena dilasi masa kegravitian. Pada tahun 1911, Einstein menerbitkan lagi sebuah makalah yang mengembangkan makalahnya pada tahun 1907. Dalam makalah yang baru ini, beliau meramalkan kesan-kesan tambahan seperti pesongan cahaya oleh sebuah jasad berjisim.

Kovarians am dan hujah lohong

Sejak 1912, Einstein sedang mencari-carikan sebuah teori yang menerangkan kegravitian sebagai satu fenomena geometri. Atas desakan Levi-Civita, Einstein memeriksa penggunaan kovarians am (yang pada dasarnya merupakan penggunaan tensor kelengkungan) untuk mencipta teori kegravitiannya. Bagaimanapun, pada tahun1913, Einstein menghentikan pendekatan itu, dan menghujahkan bahawa itu tidak tekal berdasarkan "hujah lohong". Pada tahun 1914 dan sebahagian besar 1915, beliau cuba mencipta persamaan-persamaan medan berdasarkan pendekatan yang lain. Ketika pendekatan itu terbukti tidak tekal, Enstein balik semula kepada konsep kovarians dan menemui kecacatan dalam hujah lohong.

Penyelesaian Schwarzschild

Oleh sebab persamaan-persamaan medan adalah tak linear, Einstein mengandaikan bahawa persamaan itu tidak dapat diselesaikan. Bagaimanapun pada tahun 1916 Karl Schwarzschild menemui penyelesaian yang tepat untuk kes ruang-masa simetri sfera yang meliputi sebuah objek berjisim dalam koordinat-koordinat sfera. Kini, penyelesaian itu digelarkan sebagai penyelesaian Schwarzschild. Sejaka masa itu, banyak lagi penyelesaian yang tepat telah ditemui.

Penyelesaian yang lebih tepat

Kemajuan dalam penyelesaian persamaan-persamaan medan dan pemahaman penyelesaian-penyelesaian itu masih berlangsung. Penyelesaian untuk sebuah objek simetri sfera bercas telah ditemui oleh Reissner, dan kemudiannya oleh Nordström. Kini, penyelesaian itu digelarkan penyelesaian Reissner-Nordstrom. Aspek luhung hitam untuk penyelesaian Schwarzschild juga menimbulkan perbalahan yang hebat, dan Einstein tidak percaya akannya. Bagaimanapun, pada tahun 1957 (dua tahun selepas kematian Einstein pada tahun 1955), Kruskal menerbitkan bukti untuk luhung hitam yang diperlukan dalam Penyelesaian Schwarzschild. Tambahan pula, penyelesaian untuk sebuah objek berjisim yang berputar diperolehi oleh Kerr pada 1960-an dan digelarkan penyelesaian Kerr. Penyelesaian Kerr-Newman untuk sebuah objek berjisim yang bercas dan berputar diterbitkan beberapa tahun kemudian.

Ujian teori

Liukan perihelion planet Utarid merupakan bukti yang pertama bahawa kerelatifan am adalah betul. Ekspedisi Eddington pada tahun 1919 yang menentusahkan ramalan Einstein terhadap pesongan cahaya oleh matahari mengukuhkan status kerelatifan sebagai sebuah teori yang mungkin benar. Sejak masa itu, banyak pencerapan telah mengesahkan ketepatan kerelatifan am. Ini termasuk kajian-kajian pulsar dedua, pencerapan isyarat radio yang melintasi matahari, dan juga sistem GPS. Untuk maklumat lanjut, sila lihat rencana Ujian untuk kerelatifan am.

Teori-teori alternatif

Terdapat berbagai-bagai percubaan untuk mengubahsuaikan kerelatifan am sejak penerbitannya. Yang paling masyhur antaranya ialah teori Brans-Dicke (juga dikenali sebagai teori tensor-skalar), dan teori bimetrik Rosen. Kedua-dua teori ini mencadangkan perubahan untuk persamaan-persaman medan, dan kedua-dua ini mengalami kesulitan yang membenarkan kewujudan sinaran kegravitian dwipolar. Oleh itu, teori Rosen yang asal telah disangkal oleh pencerapan pulsar dedua. Bagi teori Brans-Dicke (yang mempunyai satu parameter boleh tala ω supaya ω = ∞ adalah sama sahaja dengan kerelatifan am), hasilnya yang boleh amat berbeza dengan kerelatifan am telah menyebabkan teori ini disekat secara hebat oleh pencerapan-pencerapan tersebut.
Bagaimanapun, kerelatifan am dan mekanik kuantum (sebuah teori yang telah ditentusahkan lebih banyak kali berbanding dengan kerelatifan am) diketahui tidak tekal. Terdapat banyak tekaan bahawa pengubahsuaian untuk kerelatifan am (tetapi bukan untuk mekanik kuantum) pada skala yang terkecil diperlukan disebabkan kerelatifan am masih belum diuji dengan rapi pada skala yang terkecil. Di dalam kem yang lain, terdapat tekaan bahawa mekanik kuantum perlu diubahsuai (umpamanya, mekanik kuantum biasa mengandaikan latar ruang-masa yang tetap dan datar). Kebanyakan penyelidik mempercayai bahawa kedua-dua teori memerlukan pengubahsuaian.