Ĝenerala relativeco ( Gr, ankaŭ konata kiel la ĝenerala fizika relativeco aŭ GTR) estas la geometria teorio de gravitado publikigita fare de Albert Einstein en 1915 [2] kaj la aktuala priskribo de gravitado en moderna fiziko.
Ĝenerala relativeco estas konsiderita verŝajne la plej bela el ĉiuj ekzistantaj fizikaj teorioj.
Ĝenerala relativeco ĝeneraligas specialan teorion de relativeco kaj la leĝon de Neŭtono de universala gravitado, disponigante unuigitan priskribon de gravito kiel geometria posedaĵo de spaco kaj tempo, aŭ spactempo.
Aparte, la kurbeco de spactempo estas rekte rilatita al la energio kaj impeto de whatever afero kaj radiado ĉeestas.
La rilato estas precizigita per la Einstein kampoekvacioj, sistemo de partaj diferencialaj ekvacioj.
#000001
Kelkaj prognozoj de ĝenerala relativeco devias signife de tiuj de klasika fiziko, precipe koncerne la trairejon de tempo, la geometrio de spaco, la decidpropono de korpoj en libera aŭtuno, kaj la disvastigo de lumo.
Ekzemploj de tiaj diferencoj inkludas gravitan tempodilatiĝon, gravitan lensing, la gravitan ruĝenŝoviĝon de lumo, kaj la gravitan tempoprokraston.
La prognozoj de ĝenerala relativeco estis konfirmitaj en ĉiuj observaĵoj kaj eksperimentoj ĝis nun.
Kvankam ĝenerala relativeco ne estas la nura relativista teorio de gravito, estas la plej simpla teorio kiu estas kongrua kun eksperimentaj datenoj.
Tamen, neresponditaj demandoj restas, la plej fundamenta estaĵo kiom ĝenerala relativeco povas esti unuigita kun la leĝoj de kvantuma fiziko por produkti kompletan kaj mem-koheran teorion de kvantuma gravito.
#000002
La teorio de Einstein havas gravajn astrofizikajn implicojn.
Ekzemple, ĝi implicas la ekziston de nigraj truoj - regionoj de spaco en kiu spaco kaj tempo estas tordita en tia manieron ke nenio, ne eĉ malpeze, povas eskapi - kiel fino-ŝtato por masivaj steloj.
Ekzistas abunda indico ke la intensa radiado elsendita per certaj specoj de astroj ŝuldiĝas al nigraj truoj;
ekzemple, mikrokvazaroj kaj aktivgalaksiaj rezulto de la ĉeesto de stelaj nigra truoj kaj pezegaj nigra truoj, respektive.
La fleksado de lumo de gravito povas kaŭzi la fenomenon de gravita lensing, en kiuj multoblaj bildoj de la sama malproksima astro estas videblaj sur la ĉielo.
Ĝenerala relativeco ankaŭ antaŭdiras la ekziston de gravitaj ondoj, kiuj poste estis observitaj rekte per fizikkunlaboro LIGO.
Krome, ĝenerala relativeco estas la bazo de nunaj kosmologiaj modeloj de konstante disetendiĝanta universo.
#000003
Malpeza deklino kaj gravita tempo prokrastas
Enorbitaj efikoj kaj la relativeco de direkto 4.4-a
3 Geodezia precesio kaj kadro-trenado
#000005
3 Geodezia precesio kaj kadro-trenado
#000006
Nigraj truoj kaj aliaj kompaktaj objektoj
#000007
Kaŭza strukturo kaj tutmonda geometrio
#000008
Kvantuma kampa teorio en kurba spactempo
#000009
Baldaŭ post publikigado de la speciala fizika relativeco en 1905, Einstein komencis pensi pri kiel integrigi graviton en sia nova relativista kadro.
En 1907, komenciĝante kun kuracherbo penseksperimento implikanta observanton en libera aŭtuno, li komencis kio estus ok-jara serĉo por relativista teorio de gravito.
Post multaj kromvojoj kaj falsaj startoj, lia laboro kulminis per la prezento al la Prussian Academy of Science (Prusa Akademio de Scienco) en novembro 1915 el kio nun estas konataj kiel la Einstein kampoekvacioj.
Tiuj ekvacioj precizigas kiel la geometrio de spaco kaj tempo estas influita per whatever afero kaj radiado ĉeestas, kaj formas la kernon de la ĝenerala fizika relativeco de Einstein.
#000010
Dum tiu periodo, ĝenerala relativeco restis io da scivolemo inter fizikaj teorioj.
Ĝi estis klare supra al Newtonian gravito, estante kongrua kun speciala teorio de relativeco kaj respondecante pri pluraj efikoj neklarigitaj per la Newtonian teorio.
Einstein mem montris en 1915 kiel lia teorio klarigis la nenormalan periheliantaŭeniĝon de la planedo Merkuro sen iuj arbitraj parametroj (" sensencaĵo-faktoroj ").
Simile, ekspedicio (1919) gvidita fare de Edingtono konfirmis la prognozon de ĝenerala relativeco por la deklino de stellumo proksime de la suno dum la totala suna eklipso de la 29-an de majo 1919, [11] igante Einstein senprokraste fama.
Ankoraŭ la teorio enmetis la ĉeftendencon de teoria fiziko kaj astrofiziko nur kun la evoluoj inter ĉirkaŭ 1960 kaj 1975, nun konata kiel la ora epoko de ĝenerala relativeco.
Fizikistoj komencis kompreni la koncepton de nigra truo, kaj identigi kvazarojn kiel unu el la astrofizikaj manifestiĝoj de tiuj objektoj.
Daŭre pli precizaj sunsistemtestoj konfirmis la prognozan potencon de la teorio, [15] kaj relativista kosmologio, ankaŭ, iĝis alirebla al rektaj observaj testoj.
#000012
De klasikaj mekanikoj ĝis ĝenerala relativeco
#000013
Ĝenerala relativeco povas esti komprenita ekzamenante siajn similecojn kun kaj foriroj de klasika fiziko.
La unua paŝo estas la ekkompreno ke klasika mekaniko kaj la gravito de Neŭtono koncedas geometrian priskribon.
La kombinaĵo de tiu priskribo kun la leĝoj da specialteoriaj de relativeco rezultoj en heŭristika derivaĵo de ĝenerala relativeco.
#000014
En la bazo de klasika mekaniko estas la nocio ke korp decidpropono povas esti priskribita kiel kombinaĵo de libera (aŭ inerci) moviĝo, kaj devioj de tiu libera moviĝo.
Tiaj devioj estas kaŭzitaj de eksteraj fortoj reagantaj al korpo laŭ dua leĝo de Newton de moviĝo, kiu deklaras ke la reta forto reaganta al korpo estas egala al tiu korp(inerci) tumoro multobligita per ĝia akcelado.
La preferataj inercidecidproponoj estas rilatitaj al la geometrio da spaco kaj tempo: en la normreferenckadroj de klasika mekaniko, objektoj en libera moviĝo moviĝas laŭ aerlinioj ĉe konstanta rapideco.
En moderna idiomo, iliaj padoj estas geodesics, rektaj mondaj linioj en kurba spactempo.
#000015
Inverse, oni eble atendos ke inercimoviĝoj, post kiam identigite observante la faktajn decidproponojn de korpoj kaj farante ricevaĵojn por la eksteraj fortoj (kiel ekzemple elektromagnetismo aŭ frikcio), povas esti utiligitaj por difini la geometrion de spaco, same kiel tempokoordinaton.
Tamen, ekzistas ambigueco post kiam gravito venas en ludon.
Laŭ la gravito de Neŭtono, kaj sendepende konfirmita per eksperimentoj kiel ekzemple tiu de Eötvös kaj ĝiaj posteuloj (vidu Eötvös-eksperimenton), ekzistas universaleco de libera falo (ankaŭ konata kiel la malforta ekvivalentprincipo, aŭ la universala egaleco de inerci- kaj pasiv-gravita maso): la trajektorio de testkorpo en libera aŭtuno dependas nur de it pozicio kaj komenca rapideco, sed ne de iuj da it'oj materialaj trajtoj.
Simpligita versio de tio estas enkarnigita en la lifteksperimento de Einstein, ilustrita en la figuro dekstraflanke: por observanto en malgranda enfermita ĉambro, estas maleble decidi, per mapado de la trajektorio de korpoj kiel ekzemple faligita pilko, ĉu la ĉambro estas ĉe ripozo en gravitkampo, aŭ en libera spaco sur raketo kiu akcelas kun rapideco egala al tiu de la gravitkampo.
#000016
Tiel intrigante kiam geometria Newtonian gravito povas esti, ĝia bazo, klasika mekaniko, estas simple limiga kazo de (specialaj) relativistaj mekanikistoj.
En la lingvo de simetrio: kie gravito povas esti neglektita, fiziko estas Lorentz-Invarianto kiel en speciala teorio de relativeco prefere ol Galilei-Invarianto kiel en klasikaj mekanikoj.
(La difina simetrio de speciala teorio de relativeco estas la Poincaré-grupo, kiu inkludas tradukojn, rotaciojn kaj akcelojn.
La diferencoj inter la du iĝas signifaj dum traktado rapidas aliri la lumrapideco, kaj kun alt-energiaj fenomenoj.
#000018
Kun Lorentz-simetrio, kromaj strukturoj venas en ludon.
Ili estas difinitaj fare de la aro de lumkonusoj (vidu bildon).
La lumo-konusoj difinas kaŭzan strukturon: por ĉiu okazaĵo A, ekzistas aro de la okazaĵoj kiuj povas, en principo, aŭ influo aŭ estu influitaj je A per signaloj aŭ interagoj kiuj ne bezonas vojaĝi pli rapide ol lumo (kiel ekzemple okazaĵo B en la bildo), kaj aro de la okazaĵoj por kiu tia influo estas malebla (kiel ekzemple okazaĵo C en la bildo).
Lige kun la mondo-linioj de libere regresaj partikloj, la lumo-konusoj povas esti uzitaj por rekonstrui la semi-Riemannian metrikon de la spactempo, minimume ĝis pozitiva skalarfaktoro.
En matematikaj esprimoj, tio difinas konforman strukturon [27] aŭ konforman geometrion.
#000019
Speciala teorio de relativeco estas difinita en la foresto de gravito, tiel por praktikaj aplikoj, ĝi estas taŭga modelo kiam ajn gravito povas esti neglektita.
Alportante graviton en ludon, kaj supozante la universalecon de libera falo, analoga rezonado kiel en la antaŭa sekcio validas: ekzistas neniuj tutmondaj inercikadroj.
Anstataŭe ekzistas proksimumaj inercikadroj moviĝantaj kune kun libere regresaj partikloj.
Tradukite en la lingvon de spactempo: la rektaj temp-similaj linioj kiuj difinas gravit-liberan inercikadron estas misformitaj al linioj kiuj estas kurbaj relative al unu la alian, sugestante ke la inkludo de gravito necesigas ŝanĝon en spactempogeometrio.
#000020
Apriore, estas ne klare ĉu la novaj lokaj kadroj en libera aŭtuno koincidas kun la referencaj kadroj en kiuj la leĝoj de speciala teorio de relativeco tenas - ke teorio estas bazita sur la disvastigo de lumo, kaj tiel sur elektromagnetismo, kiu povis havi malsaman aron de preferataj kadroj.
Sed utiligante malsamajn supozojn pri la special-relativistaj kadroj (kiel ekzemple tio ke ili estas ter-fiksaj, aŭ en libera aŭtuno), oni povas derivi malsamajn prognozojn por la gravita ruĝenŝoviĝo, t.e., la maniero kiel en kiu la frekvenco de lumo ŝanĝiĝas kiam la lumo disvastiĝas tra gravitkampo (kp. malsupre).
La faktaj mezuradoj montras ke liber-regresaj kadroj estas tiuj en kiu lumo disvastiĝas kiel ĝi faras enen specialan teorion de relativeco.
La ĝeneraligo de tiu deklaro, nome ke la leĝoj de speciala teorio de relativeco tenas al bona aproksimado en libere regresaj (kaj ne-rotaciantaj) referencaj kadroj, estas konata kiel la Einstein ekvivalentprincipo, decida konsila principo por ĝeneraligado de special-relativista fiziko por inkludi graviton.
#000021
La samaj eksperimentaj komputilprezentaĵoj tiu tempo kiel mezurite per horloĝoj en gravitkampo - bonorda tempo, doni la terminon - ne sekvas la regulojn de speciala teorio de relativeco.
En la lingvo de spactempogeometrio, ĝi ne estas laŭmezura de la Minkowski metrika.
Kiel en la Newtonian kazo, tio estas sugestia je pli ĝenerala geometrio.
Ĉe malgrandaj skvamoj, ĉiuj referencaj kadroj kiuj estas en libera aŭtuno estas ekvivalentaj, kaj ĉirkaŭ Minkowskian.
Sekve, ni nun traktas kurban ĝeneraligon de spaco de Minkowski.
La metrika tensoro kiu difinas la geometrion - aparte, kiel longoj kaj anguloj estas mezuritaj - estas ne la Minkowski-metriko de speciala teorio de relativeco, ĝi estas ĝeneraligo konata kiel semi- aŭ pseŭdo-Riemannian metriko.
Krome, ĉiu Riemaniana metriko estas nature rilata al unu speciala speco de ligo, la Levi-Civita ligo, kaj tio estas, fakte, la ligo kiu kontentigas la ekvivalentprincipon kaj igas spacon loke Minkowskiana (t.e., en taŭgaj loke inercikoordinatoj, la metriko estas Minkowskiana, kaj ĝiaj unuaj partaj derivaĵoj kaj la ligokoeficientoj malaperas).
#000022
La Ricci-tensoro mem estas rilatita al la pli da generala Riemann-kurbiĝtensoro kiel
#000024
Ĉiuj tensoroj estas skribitaj en abstrakta indicnotacio.
Egalante la prognozon de la teorio al observaj rezultoj por orbitoj (aŭ, ekvivalente, certigante ke la malfort-gravita, malalt-rapideca limo estas Newtonian mekaniko), la proporcieckonstanto povas esti fiksita kiel κ = 8πG / c 4, kun G la gravitan konstanton kaj al c la lumrapideco.
Kiam ekzistas ne grave donaco, tiel ke la energi-impeta tensoro malaperas, la rezultoj estas la vakuaj Einstein-ekvacioj,
#000025
Ekzistas alternativoj al ĝenerala relativeco konstruita sur la samaj regiono, kiuj inkluzivas kromajn regulojn kaj/aŭ limojn, kondukante al malsamaj kampoekvacioj.
Ekzemploj estas Brans-Dicke-teorio, teleparaleleco, f (R) gravito kaj Einstein-Cartan-teorio.
#000026
La derivaĵo skizita en la antaŭa sekcio enhavas la tutajn informojn bezonatajn por difini ĝeneralan relativecon, priskribi siajn esencajn trajtojn, kaj trakti demandon de decida graveco en fiziko, nome kiel la teorio povas esti utiligita por model-konstruado.
#000027
Dum ĝenerala relativeco anstataŭigas la skalaran gravitan potencialon da klasika fiziko de simetria rango-du
tensoro, ĉi-lasta maldikiĝas al la unua en certaj limigante kazojn.
Por malfortaj gravitkampoj kaj malrapida rapideco relative al la lumrapideco, la prognozoj de la teorio konverĝas al tiuj de la leĝo de Neŭtono de universala gravitado.
#000029
Ĉar ĝi estas konstruita uzante tensorojn, ĝeneralrelativecajn ekspoziciaĵojn ĝenerala kunvariancon: siaj leĝoj - kaj pliaj leĝoj formulitaj ene de la ĝenerala relativista kadro - akceptu la saman formon en ĉiuj koordinatsistemoj.
Krome, la teorio ne enhavas iujn ajn senvariajn geometriajn fonstrukturojn, t.e. ĝi estas fono sendependa.
Ĝi tiel kontentigas pli rigoran ĝeneralan principon de relativeco, nome ke la leĝoj de fiziko estas la samaj por ĉiuj observantoj.
Loke, kiel esprimite en la ekvivalentprincipo, spactempo estas Minkowskiana, kaj la leĝoj de fiziko ekspozicias lokan Lorentz-envariancon.
#000030
La kernkoncepto de ĝeneral-relativista modelismo estas tiu da solvo de la ekvacioj de Einstein.
Donitaj kaj la ekvaciojn kaj taŭgaj ekvacioj de Einstein por la trajtoj de materio, tia solvo konsistas el specifa semi-Riemannian dukto (kutime difinis donante la metrikon en specifaj koordinatoj), kaj specifaj materiokampoj difinis sur tiu dukto.
Materio kaj geometrio devas kontentigi la ekvaciojn de Einstein, tiel aparte, la energi-impeta tensoro de la afero devas esti diverĝ-libera.
La afero devas, kompreneble, ankaŭ kontentigi whatever kromajn ekvaciojn estis truditaj sur siaj trajtoj.
En fuŝkontakto, tia solvo estas modeluniverso kiu kontentigas la leĝojn de ĝenerala relativeco, kaj eventuale kromaj leĝoj regos whatever aferon eble ĉeestos.
#000031
La ekvaciojn de Einstein malfacilas neliniaj partaj diferencialaj ekvacioj kaj, kiel tia, solvi precize.
Tamen, kelkaj precizaj solvoj estas konataj, kvankam nur kelkaj havas rektajn fizikajn aplikojn.
La plej konataj precizaj solvoj, kaj ankaŭ tiujn plej multe de la interesado de fizikperspektivo, estas la Schwarzschild-solvo, la Reissner-Nordström-solvo kaj la Kerr metrika, ĉiu egalrilatante al certa speco de nigra truo en alie senhoma universo, [46] kaj la Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker- kaj de Sitter-universoj, ĉiu priskribante vastigan kosmon.
Precizaj solvoj de bonega teoria intereso inkludas la Gödel-universon, la Taub-NUT-solvon (modeluniverso kiu estas homogena, sed anizotropa), (kiu malfermas la interesan eblecon de tempovojaĝado en kurbaj spactempoj) kaj kontraŭ-de Sitter-spaco (kiu ĵus venis al eminenteco en la kunteksto de kio estas nomita la Maldacena supozo).
#000032
Sekvoj de la teorio de Einstein
#000034
Ĝenerala relativeco havas kelkajn fizikajn sekvojn.
Kelkaj sekvas rekte el la aksiomoj de la teorio, dum aliaj fariĝis klaraj nur en la kurso de multaj jaroj da esplorado kiu sekvis la komencan publikigon de Einstein.
#000035
Supozante ke la ekvivalentprincipo tenas, [53] gravito influas la trairejon de tempo.
Malpeze sendita malsupren en graviton bone estas blueshifteita, dum lumo sendita en la kontraŭa direkto (t.e., grimpante for el la gravito bone) estas redshifteita;
kolektive, tiuj du efikoj estas konataj kiel la gravita frekvencoŝanĝo.
Pli ĝenerale, procezoj proksimaj al masiva korpo kuras pli malrapide kiam komparite kun procezoj okazantaj pli for fore;
tiu efiko estas konata kiel gravita tempodilatiĝo.
#000036
Gravita ruĝenŝoviĝo estis mezurita en la laboratorio [55] kaj utiliganta astronomiajn observaĵojn.
Gravita tempodilatiĝo en la gravitkampo de la Tero estis mezurita multaj tempoj uzantaj atomhorloĝojn, [57] dum daŭranta validumado estas disponigita kiel kromefiko de la operacio de la Tutmonda loktrova sistemo (GP).
Testoj en pli fortaj gravitkampoj estas disponigitaj per la observado de duoblaj pulsaroj.
Ĉiuj rezultoj estas en interkonsento kun ĝenerala relativeco.
Tamen, sur la nuna nivelo de precizeco, tiuj observaĵoj ne povas distingi inter ĝenerala relativeco kaj aliaj teorioj en kiuj la ekvivalentprincipo estas valida.
#000037
Malpeza deklino kaj gravita tempo prokrastas
#000038
Ĝenerala relativeco antaŭdiras ke la pado de lumo estas fleksita en gravitkampo;
malpeze pasi masivan korpon estas deviigita direkte al tiu korpo.
Tiu efiko estis konfirmita observante la lumon de steloj aŭ malproksimaj kvazaroj estantaj deviigita kiel ĝi preterpasas la sunon.
#000039
Tio kaj rilataj prognozoj sekvas el la fakto ke lumo sekvas kio estas nomita lum-similan aŭ nulon geodezia - ĝeneraligo de la aerlinioj laŭ kiu ŝaltas vojaĝojn en klasika fiziko.
Tia geodesics estas la ĝeneraligo de la envarianco de lumo-rapideco en speciala teorio de relativeco.
Ĉar oni ekzamenas taŭgajn modelspactempojn (aŭ la ekstera Schwarzschild-solvo aŭ, ĉar pli ol ununura maso, la post-newtonian vastiĝo), [64] pluraj efikoj de gravito en malpeza disvastigo aperas.
Kvankam la fleksado de lumo ankaŭ povas esti derivita etendante la universalecon de libera falo por ŝalti, [65] la angulo de deklino rezultiĝanta el tiaj kalkuloj estas nur duono de la valoro donita per ĝenerala relativeco.
#000040
Proksime rilatita al malpeza deklino estas la gravita tempoprokrasto (aŭ Shapiro-prokrasto), la fenomeno ke lumsignaloj prenas pli longe por moviĝi tra gravitkampo ol ili faris en la foresto de tiu kampo.
Okazis multaj sukcesaj testoj de tiu prognozo.
En la parameterigita post-newtonian formalismo (PPN), mezuradoj de kaj la deklino de lumo kaj la gravita tempoprokrasto determinas parametron nomitan γ, kiu ĉifras la influon de gravito pri la geometrio de spaco.
#000041
Antaŭdirite en 1916 [69] [70] de Albert Einstein, ekzistas gravitaj ondoj: ondetoj en la metriko de spactempo kiuj disvastiĝas ĉe la lumrapideco.
Tiuj estas unu el pluraj analogecoj inter malfort-kampa gravito kaj elektromagnetismo en tio, ili estas analogaj al elektromagnetaj ondoj.
La 11-an de februaro 2016, la Advanced LIGO-teamo sciigis ke ili rekte detektis gravitajn ondojn de paro de nigraj truoj kunfalantaj.
#000042
La plej simpla speco de tia ondo povas esti bildigita memstare ago en ringo de libere flosigado de partikloj.
Sine ondo disvastiganta tra tia ringo direkte al la leganto distordas la ringon en karakteriza, ritma modo (vigla bildo dekstren).
Ĉar la ekvacioj de Einstein estas ne-liniaj, propraaŭtoritate fortaj gravitaj ondoj ne obeas linian supermeton, igante sian priskribon malfacila.
Tamen, por malfortaj kampoj, linia aproksimado povas esti farita.
Datenanalizaj metodoj rutine faras uzon de la fakto ke tiuj linearigitaj ondoj povas esti Fourier putriĝis.
#000043
Kelkaj precizaj solvoj priskribas gravitajn ondojn sen iu aproksimado, ekz., ondotrajno travojaĝanta traen senhoman spaceton [76] aŭ Gowdy-universojn, specojn de vastiga kosmo plenigita kun gravitaj ondoj.
Krom por gravitaj ondoj produktitaj en astrofizike signifaj situacioj, kiel ekzemple la fuzio de du nigraj truoj, nombraj metodoj estas aktuale la nura maniero konstrui konvenajn modelojn.
#000044
Enorbitaj efikoj kaj la relativeco de direkto
#000045
Ĝenerala relativeco devias de klasika mekaniko en kelkaj prognozoj koncerne orbitajn korpojn.
Ĝi antaŭdiras totalan rotacion ( precesio) da orbitoj, same kiel enorbitan kadukiĝon kaŭzitan de la emisio de gravitaj ondoj kaj efikoj ligitaj al la relativeco de direkto.
#000046
En ĝenerala relativeco, la apsides de iu orbito (la punkto de la orbita korpoplej proksima alproksimiĝo al la centro de la sistemo de maso) precesos - la orbito ne estas elipso, sed simila al elipso kiu rotacias sur it fokuso, rezultigante rozan kurb-similan formon (vidu bildon).
Einstein unue derivis tiun rezulton uzante proksimuman metrikon reprezentantan la Newtonian limon kaj traktantan la orbitan korpon kiel testpartiklon.
Por li, la fakto ke lia teorio donis simplan klarigon de la nenormala perihelioŝanĝo de Merkuro, malkovrita pli frue fare de Urbain Le Verrier en 1859, estis grava indico ke li finfine identigis la ĝustan formon de la gravitkampekvacioj.
#000047
La efiko ankaŭ povas esti derivita per uzado aŭ la preciza Schwarzschild-metriko (priskribante spactempon ĉirkaŭ sfera maso) [80] aŭ la multe pli ĝenerala post-newtonian formalismo.
Ĝi ŝuldiĝas al la influo de gravito pri la geometrio de spaco kaj al la kontribuo de mem-energio al korpogravito (ĉifrita en la nelineareco de la ekvacioj de Einstein).
Relativista precesio estis observita por ĉiuj planedoj kiuj enkalkulas precizajn precesiomezuradojn (Merkuron, Venuson, kaj la Teron), [83] same kiel en duoblapulsaraj sistemoj, kie ĝi estas pli granda je kvin decimalpotencoj.
#000048
En ĝenerala relativeco la perihelio ŝanĝas σ, esprimitan en Radianoj per revolucio, estas ĉirkaŭ donita per: [85]
#000049
Laŭ ĝenerala relativeco, binara sistemo elsendos gravitajn ondojn, tiel perdante energion.
Pro tiu perdo, la distanco inter la du orbitaj korpmalkreskoj, kaj tiel faras ilian enorbitan periodon.
Ene de la Sunsistemo aŭ por ordinaraj duoblaj steloj, la efiko estas tro malgranda por esti observebla.
Tio ne estas la kazo por proksima duobla pulsaro, sistemo de du orbitaj neŭtronaj steloj, unu el pulsaro: de la pulsaro, observantoj sur la Tero ricevas regulan serion de radiopulsoj kiuj povas funkcii kiel tre preciza horloĝo, kio permesas precizajn mezuradojn de la enorbita periodo.
Ĉar neŭtronaj steloj estas imense kompaktaj, signifaj kvantoj de energio estas elsenditaj en la formo de gravita radiado.
#000050
La unua observado de malkresko en orbitala periodo pro la emisio de gravitaj ondoj estis farita fare de Hulse kaj Taylor, uzante la duoblan pulsaron PSR1913 16 kiun ili malkovris en 1974.
Tio estis la unua detekto de gravitaj ondoj, kvankam nerektaj, por kiu al ili estis aljuĝitaj la 1993 -datita nobelpremio en fiziko.
Ekde tiam, pluraj aliaj duoblaj pulsaroj estis trovitaj, aparte la duobla pulsaro PSR J0737-3039, en kiuj ambaŭ steloj estas pulsaroj.
#000051
Pluraj relativistaj efikoj estas rekte rilatitaj al la relativeco de direkto.
Oni estas geodezia precesio: la aksoodirekto da giroskopo en libera aŭtuno en kurba spactempo ŝanĝiĝos kiam komparite, ekzemple, kun la direkto de lumo ricevita de malproksimaj steloj - eĉ se tia giroskopo reprezentas laŭ la manieron de konservado de direkto tiel stabila kiel ebla (" paralela transporto ").
Por la Lun-tera sistemo, tiu efiko estis mezurita kun la helpo de luna laservariado.
Pli lastatempe, ĝi estis alĝustigita por testmasoj sur la satelito Gravity Probe B al precizeco de pli bona ol 0.3%.
#000052
Proksime de rotacia maso, ekzistas gravitomagnetaj aŭ kadro-trenantaj efikoj.
Malproksima observanto determinos ke objektoj proksima al la maso estas "trenitaj ĉirkaŭe".
Tio estas plej ekstremaĵo por turniĝantaj nigra truoj kie, por iu objekto eniranta zonon konatan kiel la ergosfero, rotacio estas neevitebla.
Tiaj efikoj denove povas esti testitaj tra sia influo sur la orientiĝo de giroskopoj en libera aŭtuno.
Iom kontestataj testoj estis faritaj uzante la LAGEOS satelitojn, konfirmante la relativistan prognozon.
Ankaŭ la Mars Global Surveyor enketo ĉirkaŭ Marso estis utiligita.
#000053
Gravita lensing evoluis en ilon de kosmoobservado.
Kutimas detekti la ĉeeston kaj distribuadon de malluma materio, disponigi "naturan teleskopon" por observado de malproksimaj galaksioj, kaj akiri sendependan takson de la Hubble-konstanto.
Statistikaj taksadoj de lenseado de datenoj disponigas valorajn sciojn pri la struktura evoluo de galaksioj.
#000055
Observaĵoj de duoblaj pulsaroj disponigas fortan nerektan indicon por la ekzisto de gravitaj ondoj (vidu Enorbitan kadukiĝon, supre).
Detekto de tiuj ondoj estas grava celo da nuna relativec-rilata esplorado.
Pluraj terbazitaj gravitaj onddetektiloj estas nuntempe en operacio, plej precipe la interferometric-detektiloj
Diversaj pulsaraj tempiginstaladoj uzas milisekundpulsarojn por detekti gravitajn ondojn en la 10 −9 ĝis 10 −6
Hertz frekvencintervalo, kiuj originas de binaraj pezegaj nigra truoj.
Eŭropa spacbazita detektilo, eLISA/NGO, estas nuntempe sub evoluo, [109] kun antaŭmisio ( LISA Pathfinder) lanĉis en decembro 2015.
#000056
Observaĵoj de gravitaj ondoj promesas kompletigi observaĵojn en la elektromagneta spektro.
Ili estas atenditaj doni informojn pri nigraj truoj kaj aliaj densaj objektoj kiel ekzemple neŭtronaj steloj kaj blankaj nanoj, koncerne certaj specoj de supernovao implodojn, kaj koncerne procezojn en la tre frua universo, inkluzive de la signaturo de certaj specoj de hipoteza kosma kordo.
En februaro 2016, la Advanced LIGO-teamo sciigis ke ili detektis gravitajn ondojn de nigratrua fuzio.
#000057
Kiam ajn la rilatumo de la maso de objekto al sia radiuso iĝas sufiĉe granda, ĝenerala relativeco antaŭdiras la formadon de nigra truo, regionon de spaco de kiu nenio, ne eĉ malpeze, povas eskapi.
En la nuntempe akceptitaj modeloj de stela evoluo, neŭtronaj steloj de proksimume 1.4 sunaj masoj, kaj stelaj nigra truoj kun kelkaj al kelkajn dekduon sunaj masoj, supozeble estas la fina ŝtato por la evoluo de masivaj steloj.
Kutime galaksio havas unu pezegan nigran truon kun kelkaj milionoj al kelkaj miliardoj da sunaj masoj en ĝia centro, [115] kaj ĝia ĉeesto supozeble ludis gravan rolon en la formado de la galaksio kaj pli grandaj kosmaj strukturoj.
#000058
Astronome, la plej grava posedaĵo de kompaktaj objektoj estas ke ili disponigas pleje efikan mekanismon por konvertado de gravita energio en elektromagnetan ondon.
Surkreskaĵo, la falado de polvo aŭ gasa materio sur stelaj aŭ pezegaj nigra truoj, supozeble kaŭzas kelkajn sensacie lumajn astrojn, precipe diversspecaj specoj de aktivajn galaksiojn sur galaksiaj skvamoj kaj stel-grandecaj objektoj kiel ekzemple mikrokvazaroj.
Aparte, surkreskaĵo povas konduki al relativistaj jetoj, enfokusigis trabojn de tre energiaj partikloj kiuj estas ĵetitaj en spacon ĉe preskaŭ lumrapideco.
Ĝenerala relativeco ludas centran rolon en modeligado de ĉiuj tiuj fenomenoj, [120] kaj observaĵoj disponigas fortan indicon por la ekzisto de nigraj truoj kun la trajtoj antaŭdiritaj de la teorio.
#000059
Nigraj truoj ankaŭ estas postulataj celoj en la serĉo pri gravitaj ondoj (kp. Gravitaj ondoj, supraj).
Kunfandi nigratruajn ciferecaĵojn devus konduki al kelkajn el la plej forte gravitaj ondsignaloj atingante detektilojn ĉi tie sur la Tero, kaj la fazo rekte antaŭ la fuzio ("pepo") povus esti utiligita kiel " normkandelo " por dedukti la distancon al la fuzio okazaĵoj-kaj tial funkcii kiel enketo de kosma vastiĝo ĉe grandaj distancoj.
La gravitaj ondoj produktis kiam stela nigra truo plonĝas en supermasiva devus disponigi rektajn informojn pri la geometrio de la pezega nigra truo.
#000060
La nunaj modeloj de kosmologio estas bazitaj sur la kampoekvacioj de Einstein, kiuj inkludas la kosmologian konstantan λ ĉar ĝi havas gravan influon pri la grandskala dinamiko de la kosmo,
#000061
Izotropaj kaj homogenaj solvoj de tiuj plifortigitaj ekvacioj, la Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker solvoj, [125] permesas al fizikistoj modeligi universon kiu evoluis dum la pasintaj 14 miliardoj da jaroj el varma, frua Praeksplodo-fazo.
Post kiam malmulto de parametroj (la averaĝa materiodenseco de ekzemple la universo) estis fiksita per astronomia observado, [127] plu observaj datenoj povas esti utiligitaj por meti la modelojn al la testo.
Prognozoj, tute sukcesaj, inkludas la komencan abundon de kemiaj elementoj formitaj en periodo de praa nukleosintezo, [129] la grandskala strukturo de la universo, [130] kaj la ekzisto kaj trajtoj de " termika eĥo" de la frua kosmo, la kosma joniga fona radiado.
#000062
Astronomiaj observaĵoj de la kosmologia vastiĝofteco permesas al la totalsumo de materio en la universo esti laŭtaksa, kvankam la naturo de tiu afero restas mistera delvis.
Proksimume 90% de ĉiu afero ŝajnas esti malluma materio, kiu havas mason (aŭ, ekvivalente, gravita influo), sed ne interrilatas elektromagnete kaj, tial, ne povas esti observita rekte.
Ekzistas neniu ĝenerale akceptita priskribo de tiu nova speco de materio, ene de la kadro de konata partikla fiziko [133] aŭ alie.
Observa indico de ruĝenŝoviĝenketoj de malproksima Supernovaoj kaj mezuradoj da la kosma joniga fona radiado ankaŭ montras ke la evoluo de nia universo estas signife influita per kosmologia konstanto rezultiganta akceladon de kosma vastiĝo aŭ, ekvivalente, de formo de energio kun nekutima ekvacio de stato, konata kiel malhela energio, kies naturo restas neklara.
#000063
Inflacia fazo, [136] kroma fazo de forte akcelita vastiĝo ĉe kosmaj fojoj de proksimume 10 −33 sekundoj, estis hipotezita en 1980 por respondeci pri pluraj enigmaj observaĵoj kiuj estis neklarigitaj de klasikaj kosmologiaj modeloj, kiel ekzemple la preskaŭ perfekta homogeneco de la kosma joniga fona radiado.
Lastatempaj mezuradoj de la kosma joniga fona radiado rezultigis la unuan indicon por tiu scenaro.
Tamen, ekzistas frapanta gamo da eblaj inflaciaj scenaroj, kiuj ne povas esti limigitaj per aktualaj observaĵoj.
Eĉ pli granda demando estas la fiziko da la plej frua universo, antaŭ la inflacia fazo kaj proksime al kie la klasikaj modeloj antaŭdiras la praeksplodan unuopaĵon.
Aŭtoritata respondo postulus kompletan teorion de kvantuma gravito, kiu ankoraŭ ne estis evoluigita [140] (kp. la sekcio sur kvantuma gravito, malsupre).
#000064
Kurt Gödel montris [141] ke solvoj al la ekvacioj de Einstein ekzistas tion enhavas fermitajn temposimilajn kurbojn (CTCoj), kiuj enkalkulas buklojn en tempo.
La solvoj postulas ekstremajn fizikajn kondiĉojn neverŝajnaj iam okazi en praktiko, kaj ĝi restas malferma demando ĉu pliaj leĝoj de fiziko eliminos ilin tute.
Ekde tiam aliaj - simile nepraktikaj - Gr-solvoj enhavantaj CTCojn estis trovitaj, kiel ekzemple la Tipler-cilindro kaj kruceblaj vermtruoj.
#000065
En ĝenerala relativeco, neniu materialkorpo povas atingi aŭ preterpasas malpezan pulson.
Neniu influo de okazaĵo A povas atingi ajnan alian lokon Xan antaŭ lumo sendis je A al X. In-sekvo, esplorado de ĉiuj malpezaj mondaj linioj ( nulogeodesics) donas kerninformojn pri la kaŭza strukturo de la spactempo.
Tiu strukturo povas esti elmontrita uzante Penrose-renovigistajn diagramojn en kiuj senlime grandaj regionoj de spaco kaj senfinaj tempintervaloj estas ŝrumpitaj (" compactifieite ") konveni sur finhava mapo, dum lumo daŭre vojaĝas laŭ diagonaloj kiel en normaj spactempodiagramoj.
#000066
Konsciaj pri la graveco de kaŭza strukturo, Roger Penrose kaj aliaj formiĝis kio estas konata kiel tutmonda geometrio.
En tutmonda geometrio, la studobjekto ne estas unu speciala solvo (aŭ familio de solvoj) al la ekvacioj de Einstein.
Prefere, rilatoj kiuj tenas veraj por ĉiu geodesics, kiel ekzemple la Raychaudhuri-ekvacio, kaj kromaj nespecifaj supozoj pri la naturo de materio (kutime en la formo de energiokondiĉoj) kutimas derivi ĝeneralajn rezultojn.
#000067
Uzante tutmondan geometrion, kelkaj spactempoj povas esti montritaj enhavi limojn nomitajn horizontoj, kiuj limas unu regionon de la resto de spactempo.
La plej konataj ekzemploj estas nigraj truoj: se maso estas kunpremita en sufiĉe kompaktan regionon de spaco (same precizigite en la ringosupozo, la signifa longoskalo estas la radiuso de Schwarzschild [144] ), neniu lumo de ene de ladskatolfuĝo ĝis la ekstero.
Ĉar neniu objekto povas preterpasi malpezan pulson, ĉiu interna afero estas malliberigita ankaŭ.
Transiro de la ekstero ĝis la interno daŭre estas ebla, montrante ke la limo, la horizonto de la nigra truo, ne estas fizika bariero.
#000068
Fruaj studoj de nigraj truoj dependis de eksplicitaj solvoj de la ekvacioj de Einstein, precipe la sfere simetria Schwarzschild-solvo (utiligita por priskribi senmovan nigran truon) kaj la aksisimetra Kerr-solvo (utiligita por priskribi rotacian, senmovan nigran truon, kaj lanĉi interesajn ecojn kiel ekzemple la ergosfero).
Uzante tutmondan geometrion, pli postaj studoj rivelis pli ĝeneralajn trajtojn de nigraj truoj.
En la longa kuro, ili estas sufiĉe simplaj objektoj karakterizitaj per dek unu parametroj precizigantaj energion, linian impeton, angulan movokvanton, lokon en precizigita tempo kaj elektra ŝargo.
Tio estas deklarita per la nigratrua unikecteoremoj: "nigraj truoj havas neniun hararon", t.e., neniujn karakterizaĵojn kiel la hararanĝoj de homoj.
Sendependa de la komplekseco de gravita objekto kolapsanta por formi nigran truon, la objekton ke rezultoj (elsendis gravitajn ondojn) estas tre simplaj.
#000069
Ekzistas aliaj specoj de horizontoj.
En vastiga universo, observanto povas trovi ke kelkaj regionoj de la pasinteco ne povas esti observitaj (" partiklohorizonto "), kaj kelkaj regionoj de la estonteco ne povas esti influitaj (eventa horizonto).
Eĉ en plata spaco de Minkowski, se priskribite fare de akcelita observanto ( Rindler-spaco), ekzistos horizontoj asociitaj kun semi-klasika radiado konata kiel Unruh-radiado.
#000071
Alia ĝenerala kvalito de ĝenerala relativeco estas la aspekto de spactempolimoj konataj kiel neordinaraĵoj.
Spactempo povas esti esplorita plutraktante temposimilan kaj lumosimilan geodesics - ĉiaj ajn manieroj kiu malpeze kaj partikloj en libera aŭtuno povas vojaĝi.
Sed kelkaj solvoj de la ekvacioj de Einstein "incitetis randojn" - regionoj konataj kiel spactemponeordinaraĵoj, kie la padoj de lumo kaj regresaj partikloj venas al subita fino, kaj geometrio iĝas malklare difinita.
En la pli interesaj kazoj, tiuj estas "kurbiĝneordinaraĵoj", kiujn kie geometriaj kvantoj karakterizantaj spactempokurbiĝon, kiel ekzemple la Ricci-Skalaro, akceptas senfinaj valoroj.
Bonkonataj ekzemploj de spactempoj kun estontaj neordinaraĵoj - kie mondaj linioj finiĝas - estas la Schwarzschild-solvo, kiu priskribas neordinaraĵon ene de eterna senmova nigra truo, [153] aŭ la Kerr-solvon kun it ringoforma neordinaraĵo ene de eterna turniĝanta nigra truo.
La Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker solvoj kaj aliaj spactempoj priskribantaj universojn havas preter neordinaraĵoj sur kiuj mondaj linioj komencas, nome Praeksplodo-neordinaraĵojn, kaj kelkaj havas estontajn neordinaraĵojn ( Big Crunch) ankaŭ.
#000072
Surbaze de ke tiuj ekzemploj estas ĉio tre simetriaj - kaj tiel simpligis - ĝi estas franda fini ke la okazo de neordinaraĵoj estas artefakto de idealigo.
La famaj neordinaraĵteoremoj, pruvitaj uzi la metodojn de tutmonda geometrio, diras alie: neordinaraĵoj estas senmarka kvalito de ĝenerala relativeco, kaj neeviteblaj post kiam la kolapso de objekto kun realismaj materiotrajtoj daŭrigis preter certa scenejo [157] kaj ankaŭ komence de larĝa klaso de vastigado de universoj.
Tamen, la teoremoj diras ke malmulto ĉirkaŭ la trajtoj da neordinaraĵoj, kaj multe de aktuala esplorado estas dediĉita al karakterizado de la senmarka strukturo de tiuj unuoj (hipotezita ekz. per la BKL-supozo).
La kosma cenzurhipotezo deklaras ke ĉiuj realismaj estontaj neordinaraĵoj (neniuj perfektaj simetrioj, materio kun realismaj trajtoj) estas sekure kaŝaj fore malantaŭ horizonto, kaj tiel nevideblaj al ĉiuj malproksimaj observantoj.
Dum neniu formala pruvo ankoraŭ ekzistas, nombraj simulaĵoj ofertas apogajn signojn de ĝia valideco.
#000073
Ĉiu solvo de la ekvacio de Einstein ampleksas la tutan antaŭhistorion de universo - ĝi estas ne nur iu momentfoto de kiel aferoj estas, sed tutaĵoj, eventuale afer-plenaj, spactempo.
Ĝi priskribas la materistato kaj geometrio ĉie kaj en ĉiu momento en tiu speciala universo.
Pro ĝia ĝenerala kunvarianco, la teorio de Einstein ne estas sufiĉa flank itself determini la tempevoluon de la metrika tensoro.
Ĝi devas esti kombinita kun kunordigita kondiĉo, kio estas analoga mezuri fiksi en aliaj kampaj teorioj.
#000074
Por kompreni la ekvaciojn de Einstein kiel partajn diferencialajn ekvaciojn, estas helpeme formuli ilin en maniero kiel kiu priskribas la evoluon de la universo dum tempo.
Tio estas farita "3+1" formuliĝojn, kie spactempo enestas dividita en tri-spaca grandecon kaj unu fojon dimension.
La plej konata ekzemplo estas la ADM-formalismo.
Tiuj putriĝoj montras ke la spactempaj evoluciekvacioj da ĝenerala relativeco estas bonkondutaj: solvoj ĉiam ekzistas, kaj estas unike difinitaj, post kiam taŭgaj komencaj kondiĉoj estis precizigitaj.
Tiaj formuliĝoj de la kampoekvacioj de Einstein estas la bazo de nombra relativeco.
#000075
La nocio de evoluciekvacioj estas intime ligita enen kun alia aspekto de ĝenerala relativista fiziko.
En la teorio de Einstein, montriĝas por maleble trovi ĝeneralan difinon por ŝajne simpla posedaĵo kiel ekzemple la totalamaso (aŭ energio de sistemo).
La ĉefkialo estas ke la gravitkampo - kiel iu fizika kampo - devas esti atribuita certa energio, sed ke pruvas esti principe maleble lokalizi tiun energion.
#000076
Tamen, ekzistas eblecoj por difini la totalamason de sistemo, aŭ uzante hipotezan "senlime malproksiman observanton" ( ADM-maso) [166] aŭ taŭgajn simetriojn ( Komar-maso).
Se oni ekskludas de la totalamaso de la sistemo la energion estante forportita al senfineco per gravitaj ondoj, la rezulto estas la Bondi-maso ĉe nulo senfinecon.
Ĵus kiel en klasikaj fizikoj, povas esti montrite ke tiuj masoj estas pozitivaj.
Ekvivalentaj tutmondaj difinoj ekzistas por impeto kaj angula movokvanto.
Ankaŭ ekzistas kelkaj provoj difini kvazaŭ-lokajn kvantojn, kiel ekzemple la maso de izolita sistemo formulis uzantajn nur kvantojn difinitajn ene de finhava regiono de spaco enhavanta tiun sistemon.
La espero estas akiri kvanton utilan por ĝeneralaj deklaroj pri izolitaj sistemoj, kiel ekzemple pli preciza formuliĝo de la ringosupozo.
#000077
Se ĝenerala relativeco estus konsideritaj kiel unu el la du kolonoj de modernaj fizikoj, tiam-kvantumteorio, la bazo de komprenmaterio de elementaj partikloj ĝis solid-stataj fizikoj, estus la alia.
Tamen, kiel unuigi kvantumteorion kun ĝenerala relativeco daŭre estas malferma demando.
#000078
Ordinaraj kvantumaj kampa teorioj, kiuj formas la bazon de moderna elementpartikla fiziko, estas difinitaj en plata spaco de Minkowski, kio estas elstara aproksimado kiam ĝi venas al priskribado de la konduto de mikroskopaj partikloj en malfortaj gravitkampoj kiel tiuj trovitaj sur la Tero.
Por priskribi situaciojn en sufiĉe kiujn gravito estas forta por influi (kvanto) materion, sufiĉe ankoraŭ ne fortan por postuli kvantigadon mem, fizikistojn esti formulinta kvantumajn kampan teoriojn en kurba spactempo.
Tiuj teorioj dependas de ĝenerala relativeco por priskribi kurban fonspactempon, kaj difini ĝeneraligitan kvantuman kampan teorion por priskribi la konduton de kvantematerio ene de tiu spactempo.
Uzante tiun formalismon, povas esti montrite ke nigraj truoj elsendas nigran korpospektron de partikloj konataj kiel Hawking-radiado kondukanta al la ebleco ke ili vaporiĝas dum tempo.
Kiel nelonge menciite supre, tiu radiado ludas gravan rolon por la termodinamiko de nigraj truoj.
#000079
La postulo je konsistenco inter kvantepriskribo de materio kaj geometria priskribo de spactempo, [177] same kiel la aspekto de neordinaraĵoj (kie kurbiĝaj longoskvamoj iĝas mikroskopaj), indikas la bezonon de plena teorio de kvantuma gravito: por adekvata priskribo de la interno de nigraj truoj, kaj de la tre frua universo, teorio estas postulata en kiu gravito kaj la rilata geometrio de spactempo estas priskribita en la lingvo de kvantuma fiziko.
Malgraŭ gravaj klopodoj, neniu kompleta kaj kohera teorio de kvantuma gravito estas nuntempe konata, eĉ se kelkaj esperigaj kandidatoj ekzistas.
#000080
Provoj ĝeneraligi ordinarajn kvantumajn kampan teoriojn, utiligitajn en elementpartikla fiziko priskribi fundamentajn fortojn, inkludi graviton kondukis al gravaj problemoj.
Kelkaj argumentis ke ĉe malaltenergioj, tiu aliro pruvas sukcesa, en tio kiun ĝi rezultigas akcepteblan efikan (kvanto-) kampan teorion de gravito.
Ĉe tre altaj energioj, aliflanke, la perturbative-rezultoj estas malbone diverĝaj kaj kondukas al modeloj sen prognoza potenco ("perturbative ne-renormalizability ").
#000081
Unu provo venki tiujn limigojn estas teorio de kordoj, kvantumteorio ne de punktopartikloj, sed de minuto unu-dimensia etendis objektojn.
La teorio promesas esti unuigita priskribo da ĉiuj partikloj kaj interagoj, inkluzive de gravito;
la prezo por pagi estas nekutimaj ecoj kiel ekzemple ses ekstra grandeco de spaco aldone al la kutimaj tri.
En kio estas nomita la dua superŝnurcirkulado, estis konjektite ke kaj teorio de kordoj kaj unuigo de ĝenerala relativeco kaj supersimetrio konata kiel supergravito [187] formparto de hipotezita dekunu-dimensia modelo konata kiel M-teorio, kiu konsistigus unike difinitan kaj koheran teorion de kvantuma gravito.
#000082
Alia aliro komenciĝas per la kanonikaj kvantigad proceduroj da kvantumteorio.
Utiligante la komenca-valoro-formuliĝon de ĝenerala relativeco (kp. evoluciekvacioj supra), la rezulto estas la Wheeler-deWitt-ekvacio (analogo de la ekvacio de Schrödinger) kiu, bedaŭrinde, montriĝas por malklare difinita sen bonorda ultraviola (krado-) detranĉo.
Tamen, kun la enkonduko de kio nun estas konataj kiel Ashtekar-variabloj, [190] tio kondukas al esperiga modelo konata kiel buklo-kvantumgravito.
La spaco estas reprezentita per ret-simila strukturo nomita spinreto, evoluante dum tempo en diskretaj ŝtupoj.
#000083
Dependi de kiuj ecoj de ĝenerala relativeco kaj kvantumteorio estas akceptitaj senŝanĝa, kaj sur kiuj nivelŝanĝoj estas lanĉitaj, [192] ekzistas multe aliaj provoj alveni ĉe realigebla teorio de kvantuma gravito, kelkaj ekzemploj estantaj la krada teorio de gravito surbaze de la Feynman Path Integral aliro kaj Regge Calculus, [179]
kaŭzaj aroj, [194] tŭistormodeloj [195] aŭ la padintegralo bazitaj modeloj de kvantekosmologio.
#000084
Ĉiuj kandidatteorioj daŭre havas grava formalajn kaj koncipajn problemojn por venki.
Ili ankaŭ alfrontas la komunan problemon kiu, videre, ekzistas neniu maniero meti kvantumgravitajn prognozojn al eksperimentaj testoj (kaj tiel elekti inter la kandidatoj kie iliaj prognozoj variu), kvankam ekzistas espero por tio ŝanĝi kiam estontaj datenoj de kosmologiaj observaĵoj kaj partiklafizikaj eksperimentoj iĝas haveblaj.
#000085
Ege estonteco en sciencfikcio kaj popola kulturo
Templinio de la malproksima estonteco
#000097
Geologia historio de la Tero
#000099
La leĝo de Neŭtono de universala gravitado
#000100
Diskreta tempo kaj kontinua tempo
#000107
kunvarianco kaj kontraŭvarianco de vektoroj
#000108
La ĝenerala teorio de relativeco, ankaŭ nomata ĝenerala relativecteorio (mallongigo: ĜeRT), aŭ pli simple ĝenerala relativeco, priskribas la bazajn fortojn de la fiziko inter materio (inkluzive de kampoj unuflanke kaj spaco kaj tempo aliflanke. Ĝi interpretas graviton kiel geometrian econ de la kurbita kvardimensia spactempo. La bazoj de la teorio estis esence disvolvitaj de Albert Einstein (Alberto Ejnŝtejno), kiu prezentis la kernon de la teorio la 25-an de novembro 1915 al la Prusa Akademio de Sciencoj. Por priskribi la kurbigitan spactempon li uzis la diferencialan geometrion. La ĝenerala relativecteorio ampleksigas la specialan relativecteorion kaj, por sufiĉe malgrandaj kampoj de la spactempo, transiras en tiun. Samtempe ĝi estas ampleksigo de la leĝoj de Newton pri movo kaj entenas tiun kiel limkazon por sufiĉe malgrandaj masdensoj kaj rapidoj. Intertempe la ĝenerala relativecteorio estis sufiĉe ofte per eksperimentoj konfirmita, tiel ke ĝi estas agnoskita kiel ĝeneral teorio amplaksigante graviton. En la formo formulita de Ejnŝtejno ĝi povis trudiĝi ĝis nun, kontraŭ ĉiuj poste proponitaj alternativoj.
#000109
En 1915 Ejnŝtejno enkondukis la ĝeneralan teorion de relativeco, en kiu li konsideras korpojn akcelatajn unuj rilate al aliaj. Lia komenca celo estis klarigi la ŝajnajn malsamecojn inter la relativecaj leĝoj kaj la gravita leĝo. Li tiam novmaniere konceptis la graviton baziĝante sur la principo de samvaloreco. Laŭ tiu principo gravitaj fortoj plene samvaloras akcelajn fortojn. Do teorie ne eblas eksperimente konstati diferencon inter ambaŭ. Laŭ la speciala relativeca teorio persono en veturilo moviĝanta sur rekta vojo ne kapablas scii, ĉu la vojo estas senmova aŭ konstantrapida. Laŭ la ĝenerala relativeca teorio, se la veturilo akcelas, malakcelas aŭ turniĝas la pasaĝero ne kapablas scii, ĉu gravito aŭ akcelo kaŭzas la okazantajn fortojn.
#000110
Akcelo estas ŝanĝo de la rapido dum tempo. Ni konsideru astronaŭton starantan en raketo antaŭ la ekflugo. Kaŭze de la gravito, la astronaŭto staras tenata per forto egala je sia pezo p. Ni konsideru la saman raketon en la interplaneda spaco, malproksiman de ĉiu korpo kaj influatan de neniu gravito. Kiam la raketo akceliĝas, la astronaŭto denove spertas la puŝadon tenantan lin staranta. Se la akcelo estas 9,81 m/s2 (la tersurfaca gravita akcelo), la puŝado aplikata al la astronaŭto egalas p, lian pezon. Se li ne rigardas tra la luko, la astronaŭto ne scias, ĉu la raketo estas senmova sur la tero aŭ konstante akcelata en la interplaneda spaco. Do la forto kaŭzata de la akcelo ne distingeblas de la gravita forto. Laŭ la Ejnŝtejna teorio la neŭtona gravita leĝo hipoteze ne necesas. Ejnŝtejno ligas ĉiujn fortojn kun akcelaj efikoj, tiel gravito estas forto ligita kun akcelo. La raketon senmovan sur la tero altiras ties centro. Ejnŝtejno deklaras, ke la raketa akceliĝo okazigas tiun altiran fenomenon. En la tridimensia spaco la raketo ja estas senmova; ĝi do ne estas akcelata. Sed en kvardimensia spaco-tempo la raketo moviĝas laŭ sia universala linio. La kurbeco de la kontinuaĵo proksime de la tero implicas kurbecon de la universala linio de la raketo, kio klarigas ĝîan relativecan movon.
#000111
Do la Neŭtonan hipotezon, laŭ kiu du korpoj reciproke sin altiras proporcie al la produto de siaj masoj, anstataŭas la relativeca hipotezo, laŭ kiu la kontinuaĵo estas kurba proksime de masaj korpoj. La Ejnŝtejna gravita leĝo tiam simple asertas, ke la universala linio de ĉiu korpo estas geodeziaĵo en la kontinuaĵo. Geodeziaĵo estas la plej mallonga "vojo" inter du punktoj. En kurba spaco la geodeziaĵoj ne necese estas rektaj linioj. Tiele la geodeziaĵoj tersurface estas grandaj cirkloj.
#000112
La bazo por la ĝenerala relativecteorio estas interefiko inter ĉiuj specoj de fizikaj sistemoj kiuj povas porti energion kaj impulson ("materio") kaj la spactempo kun du ecoj:
#000113
Energio kaj impulso de la materio influas la geometrion de la spactempo, en kiu ili troviĝas. Tiu influo formuleblas tra ĝenerala nocio de kurbiĝo, kaj en la ĜeRT spaco kaj tempo estas priskribata per la nocio spactempa kurbiĝo.
Materio, al kiu nenia forto estas aplikata, moviĝas en spaco kaj tempo laŭ la klasika koncepto laŭlonge de geodezia kurbo. Sed geodezia kurbo de la spactempo plej ofte ne estas rekto. Rektoj estas geodeziaj linioj de nekurbaj spacoj, kiel tiuj de la 3-dimensia spaco de la klasika meĥaniko. La influon de materio al tiu moviĝo, kiun la klasika meĥaniko priskribas helpe de la gravito, la ĜeRT priskribas ekskluzive per la geometrio de la spactempo. Ĉe tio, moviĝo de objekto laŭlonge de difinita vojo en la spaco estas interpretata, kiel en la speciala relativecteorio, kiel vojo en la kvar dimensioj de la spactempo kaj nomata ĝia mondlinio.
#000114
La unua eldiro priskribas efikon de materio sur la spactempon, la dua priskribas la efikon de la spactempo sur la moviĝo de la materio. La ĉeesto de materio do ŝanĝas la geometriajn kondiĉojn de la spactempo, el kiuj rezultiĝas ankaŭ la moviĝekvacioj de la materio. La ĜeRT konsideras ĉe tio la spacajn kaj tempajn koordinatojn kiel samrangajn kaj traktas ĉiujn tempajn ŝanĝojn kiel geometrian problemon.
#000115