Relativitetsteorin bygger på två huvudprinciper som
gör att fysik - till skillnad från Newtons mekanik - kan beskrivas korrekt på
makroskopiska avstånd även vid de mest extrema omständigheter; den ena principen utgör
grunden för den speciella relativitetsteorin och den andra för den allmänna
relativitetsteorin.
Den speciella relativitetsteorins huvudprincip är att information
inte kan fortplantas med oändlig hastighet utan är uppåt begränsad till
ljusets hastighet i vakuum.
Den allmänna relativitetsteorins huvudprincip är ekvivalensprincipen
som säger att man inte kan känna någon skillnad mellan acceleration och gravitation om
man befinner sig på ett enda ställe.
Att information inte kan fortplantas med oändlig hastighet leder till
att tidpunkten för en händelse inte uppfattas som samtidig för
observatörer som inte befinner sig på samma ställe. En matematisk fyrdimensionell
rumtid måste användas som beskriver förhållandet mellan tidpunkt och plats.
För varje observatör definieras var sitt koordinatsystem - kallade inertialramar
- som är i vila relativt observatören. Fysikens lagar för objekt som
är i vila relativt en specifik inertialram är identiska för objekt i
alla inertialramar där detta gäller.
Förhållandet mellan två inertialramar beskrivs matematiskt av lorentztransformationen.
Som en direkt konsekvens av relativa hastigheter mellan två inertialramar fås genom
denna de mest kända relativita effekterna; nämligen tidsdilatation, massökning och
längdförkortning.
Insikten att acceleration och gravitation är särskiljbara globalt
eftersom att en kropp som är i vila lokalt accelereras relativt en annan kropp som också
är i vila lokalt leder till att krökningen hos rumtiden kan beräknas.
Till följd av ineritalramarna och ekvivalensprincipen så inses att ingen
plats i (ett matematiskt) universum är mer priviligerad än någon annan.
Den enda matematiska geometrin som är platt lokalt och krökt globalt
är Riemanngeometrin. Ett fåtal antaganden i kombination med denna
geometri leder snart till Einsteins fältekvationer.
-
Till skillnad från Newtons mekanik där bara materia i rummet
växelverkar genom krafter så inbegriper Einsteins relativitetsteori även en ömsesidig
påverkan mellan rummet och materian (mera korrekt stress-energin) i det där materian rör sig utmed sina geodeter i
det krökta rummet samt materien kröker rummet.
Likt en elektriskt laddad partikel utsänder elektromagnetisk strålning
när den accelereras så utsänder en massa gravitationsstrålning när
den accelereras.
-
Teorins kanske viktigaste förutsägelse är att Universum är
dynamiskt, ett faktum som ledde till Big Bang teorin. Den andra stora förutsägelsen hos geometrodynamiken är existensen och egenskaperna hos svarta hål.
För att använda fältekvationerna, där geometrin och energin beror
på varandra, krävs begynnelsevillkor. Av de tio funktionerna hos den
fundamentala metriken måste sex stycken specificeras. De övriga fyra beror endast på
valet av koordinatsystem.
Relativitetsteorin är numera den teori vars korrekthet har bestämts
med störst noggrannhet genom experiment. Joseph Taylor och Russell Hulse fick 1992 års
Nobelpris i fysik för att ha upptäckt samt studerat dubbelpulsaren PSR 1913+16 och
kommit fram till att den förutspådda gravitationsstrålningen överrensstämmer med en
del på 10-14 med strålningen som leder till den observerade ökningen av
dubbelpulsarens periodtid till följd av denna energiminskning.
