一般相対性理論の概説
絶対に確実な科学理論はない。それぞれが実験により確認する必要があるモデルである。ニュートンの重力法則は太陽系内の惑星や月の運動をかなり正確に説明したため受け入れられた。実験的測定の精度が徐々に向上するにつれて、ニュートンの予測との間に矛盾がいくつか観測され、これらは一般相対性理論で説明された。同様に、一般相対性理論の予測も実験で確認する必要があり、アインシュタイン自身が理論の古典的試験として知られる3つの試験を考案した。
ニュートン重力は1つの惑星が完全に球体の恒星の周囲を回る軌道は楕円であるはずだと予測している。アインシュタインの理論はより複雑な曲線を予測している: 惑星が楕円の周りを移動しているように振舞うが、同時に楕円が全体として恒星の周りをゆっくり回転するというものである。右図では、ニュートン重力により予測された楕円が赤で示され、アインシュタインにより予測された軌道の一部が青で示されている。太陽の周りを回る惑星の場合、ニュートンの軌道からのこの逸脱は異常近日点移動として知られている。この効果の最初の測定は水星に対して行われ、1859年までさかのぼる。水星および他の惑星に対する最も正確な結果は電波望遠鏡を用いて1966年から1990年にかけて行われた測定に基づいている。一般相対性理論は、これが正確に測定できる全ての惑星(水星、金星、地球)の正確な異常近日点移動を予測する。
一般相対性理論によると、光は重力場を伝播するときに直線に沿って進まず、質量の大きい物体の存在下で曲げられる。
一般相対性理論は、印象的な一連の物理現象を記述する正確なモデルの枠組みを与えることに非常に成功している。その一方、多くの興味深い未解決の問題があり、特に理論全体としてはほぼ間違いなく不完全である。
基本相互作用の他の全ての現代理論とは対照的に、一般相対性理論は古典理論である。これには量子物理学の効果が含まれない。一般相対性理論の量子版の探究は物理学の最も基本的な未解決問題の1つにあたる。量子重力理論として特に弦理論やループ量子重力理論など有望な候補はあるが、現時点では一貫して完全な理論は無い。長らく量子重力理論が一般相対性理論の別の問題のある特徴、時空特異点の存在を排除することが望まれている。これらの特異点は、幾何学がうまく定義できない時空の境界(「鋭い刃」)であり、一般相対性理論自体が予測力を失う。さらに、一般相対性理論の法則が量子修正なしで成り立つ場合、そのような特異点が宇宙内にそんざいしなければならないと予測するいわゆる特異点定理がある。