Obecná relativita
| Úvod |
| Newtonova teorie |
| Co je gravitace |
| Co je setrvačnost |
| Vlastnosti času |
| Prostor, světlo, energie |
| Praktické důsledky |
Úvod
Zatímco speciální relativita tvrdí, že zákony fyziky jsou neměnné v soustavách nezrychlených, obecná (zveřejněna 1915) je už podle názvu mnohem odvážnější a prohlašuje, že jejich neměnnost je úplná (i pro zrychlené soustavy). A protože se obecná relativita točí kolem zrychlení, je tomuto pojmu věnována následující část...
Newtonova teorie
Abychom pochopili myšlenky obecné teorie relativity, musíme si nejdříve všimnout Newtonovy fyziky - jejích nedostatků - a pak si ukážeme, jak je vyřešil Einstein.
V Newtonově fyzice se jako jeden z velkých problémů ukázala ta nejobyčejnější a nejobvyklejší vlastnost hmoty - setrvačnost. Všude kolem sebe ji vidíme: dokud nepůsobí nějaká síla, nic se nehne z místa (případně se nezastaví, nezrychlí). Věci jenom leží a nejeví snahu z ničeho nic poodletět, zatočit, někam se schovat (s výjimkou důležitých dokumentů :-)). Newton jednoduše vyslovil svůj Zákon setrvačnosti, který pouze říká, že to tak je. Jenže tím nebyla vyřešena otázka původu setrvačnosti. Když těleso urychlujeme, projeví se snaha o setrvačnost odporem (musíme zabrat, abychom zrychlili), což je jasný projev nějaké změny. Příroda zde striktně rozlišuje klid od zrychlení. Ale proč to dělá? Vzhledem k čemu se vlastně zrychlujeme? Vzhledem k okolním předmětům? Co když z vesmíru odstraníme veškerou hmotu a zůstane tam pouze jedno těleso (třeba kulička)? Potom už není vzhledem k čemu se pohybovat, tedy by měla zmizet i setrvačnost. Jenže ona nezmizí - jestliže se naše kulička bude otáčet, pocítí odstředivou sílu, která ji může i roztrhnout. Vzhledem k čemu se ale otáčela? Vzhledem k prázdnotě?? Znamená to, že i prázdno má v sobě nějak (jak??) zapsáno, kde se "nachází", jak je "pootočené"? Proč se liší "otáčení" od "neotáčení"? A proč nejsou rovnocenní pozorovatelé se zrychlením, podobně jako ti bez zrychlení? Proč záleží na tom, jestli se točí kulička ve stojící místnosti nebo místnost kolem stojící kuličky (v obou případech totiž cítí odstředivou sílu někdo jiný)? Newton považoval samotný prostor za plnohodnotnou vztažnou soustavu a vytvořil pojem absolutní prostor, vzhledem ke kterému se vlastně všechno děje. Podle Newtona tedy rotující kulička v jinak prázdném vesmíru bude pociťovat odstředivou sílu, protože její rotaci lze určit vzhledem k absolutnímu prostoru. Tímto trikem se zbavil (nic proti Newtonovi!) nepříjemné setrvačnosti, ale nevyřešil nic. Vysvětlil vlastně pozorované jevy pomocí nepozorovaných příčin, protože tvrdit, že se něco pohybuje vzhledem k absolutnímu prostoru, je mírně duchařské. Navíc tím povýšil jednu vztažnou soustavu na absolutní úroveň a všechny ostatní (zrychlené i nezrychlené) se pohybují vzhledem k ní. Tím se dostal do rozporu s Galileovým principem relativity, který tvrdí, že žádný takový úplně klidný systém není. Absolutní prostor měl ještě další nedostatky: proč je v něm možné jednoznačně poznat, jestli se věci otáčí, ale už v něm nelze poznat, jestli se pohybují rovnoměrně přímočaře? Rovnoměrné přímočaré pohyby jsou stále relativní a zaměnitelné, nikoli však zrychlené pohyby. Proč tomu tak je? Mimochodem, jakási absolutní soustava (ether), se objevila v počátcích teorie elektromagnetismu, kde se řešilo něco podobného - jak je možné letět naproti světlu, když letíme ve vakuu. Opět mělo vakuum nést informaci o rychlosti vzhledem k němu, ovšem teorie etheru se rozplynula po odhalení, že pohyb naproti světlu nemá na rychlost jeho přibližování vliv, tedy taková informace nikde není. Ether i Newtonův absolutní prostor navíc trpí vážnou vadou - nikdy nikdo nezjistil, jaký je vlastně jejich klidový stav (jak rychle letíme vzhledem k jednomu či druhému), protože jde o "věci" nezjistitelné (nelze sledovat, jak kolem nás "sviští" prázdnota).
Dalším překvapením, které Newton neuměl vysvětlit, byla rovnost setrvačné a gravitační hmotnosti. Hmotnost se totiž podle Newtona projevuje dvěma různými způsoby. Za prvé je to odpor, který těleso klade zrychlování (čím má větší hmotnost, tím víc musíme tlačit, abychom ho zrychlili). Za druhé se projevuje tlakem na podložku v gravitačním poli (těžší věci rozmáčknou vejce, lehčí nikoli). Pro Newtona jsou tyto dva projevy naprosto nezávislé - nemají nic společného. Proto bylo poněkud nepříjemné, když se zjistilo, že obě hmotnosti naopak mají mnoho společného - že jsou si vlastně rovny. Což se projevuje například už tím, že všechny předměty padají k zemi stejně rychle (pro stejné zrychlení se za hmotnější těleso musí víc "táhnout" a gravitace táhne víc právě proto, že těleso je hmotnější ...a rychlosti všech pádů jsou stejné, protože velikosti obou druhů hmotností jsou stejné). Sice to Newtonově teorii neodporovalo, ale ani se v ní nic takového nepíše. Je to, jako by tu byl nějaký fyzikální zákon, který byl přehlédnut a nikdo si s ním nevěděl rady.
Jinou Newtonovou potíží (související se setrvačností) byl i problém říct přesně, co je to vlastně síla. Pro Newtona je síla veličina, která způsobuje, že objekty se zrychlují. Zrychlení lze však pozorovat jenom vzhledem k něčemu, co se nezrychluje a že se to nezrychluje zjistíme jen tak, že na to nepůsobí síla. Tím jsme se dostali na začátek: rohlík je něco, co vypadá jako rohlík. Definice k ničemu. Jenže projevy síly pozorujeme a intuitivně chápeme, co to je. Tak proč je takový problém říct to přesně (ono to ani přesně říct nejde)? Je prostě vidět, že čím víc se vrtáme v podstatě zdánlivě obyčejných jevů kolem nás, tím víc zarážející je, že vůbec existuje nějaký prostor, ve kterém se něco pohybuje (a ještě kvůli takovým otázkám nemusíme být považováni za blázny).
Co je gravitace
Einstein se rozhodl vyřešit záhadu po svém. Newtonovy problémy se silou, zrychlením vůči ničemu a s rovností nesouvisejících veličin svědčily o tom, že věci jsou nejspíš trochu jinak, než se zdají. Skutečnost, že všechny předměty padají v gravitačním poli stejně rychle, může například svědčit o nezávislosti pádu na vlastnostech padajícího tělesa. Že pád tělesa není vůbec starostí tělesa samého, ale že je to zabezpečeno nějak prostěji. Například když se ke skupině různých předmětů volně se vznášících v prostoru blíží se zrychlením nějaká deska, může to vypadat, že předměty na tu desku padají jako v gravitačním poli. A padají všechny stejně rychle, protože na jejich hmotnost se nikdo neptá - jejich "pád" obstarává jenom blížící se deska, která letí ke všem stejně rychle. Zde je vidět jeden zajímavý jev: v takovém případě tělesa vůbec nepociťují účinky nějaké tíhy, protože se volně vznáší v prostoru a neví o blížící se desce. Teprve po dopadu jsou najednou tlačena k jejímu povrchu (deska se dále zrychluje) jako v gravitačním poli. Ovšem skutečné gravitační pole se chová úplně stejně! Jestliže volně padáme, nepociťujeme vůbec účinky síly, která za nás "tahá" - jsme v beztížném stavu, přestože se pohybujeme se zrychlením (vzhledem k Zemi). Taková beztíž je nerozeznatelná od beztíže v kosmickém prostoru a naše přitahování k povrchu Země (Měsíce, Slunce, atd.) je nerozeznatelné od tlaku desky, která letí se zrychlením směrem "vzhůru". Nerozeznatelná je samozřejmě jenom tehdy, když nevíme, kde jsme a pro jistotu nás někdo zavřel do bedny, abychom neviděli okolí. Einstein právě tohle prohlásil za přírodní zákon: zrychlení nelze odlišit od gravitace.
Jenže jak vysvětlit gravitaci? Je potřeba najít něco podobně elegantního, jako zrychlená deska, aby i gravitaci mohlo být lhostejné, co přitahuje a tedy aby všechno padalo stejně rychle. Povrch Země se totiž určitě nepohybuje někam nahoru. Einstein řešení našel. Je jednoduché, nepotřebuje pojem síly, ale je poněkud obtížně představitelné. Gravitaci totiž vysvětluje jako vlastnost samotného prostoru a času... Základní myšlenka je v tom, že tělesa, která nepociťují setrvačnost, se časoprostorem (pohyb časem je obyčejné stárnutí) pohybují po nejkratších možných drahách. Kdykoli se časoprostorem pohybujeme po jiné než nejkratší trajektorii, pociťujeme účinek síly. Pokud cítíme sílu na povrchu Země, musí to znamenat, že se při pobytu na Zemi pohybujeme časoprostorem po nějaké dráze, která není nejkratší možná. A pokud volně padáme v gravitačním poli (zrychleně vzhledem k povrchu planety), necítíme žádný účinek síly prostě proto, že se pohybujeme časoprostorem po nejkratší možné cestě. To může vypadat zvláštně, vždyť při volném pádu evidentně zrychlujeme vzhledem k povrchu Země. Aby taková trajektorie časoprostorem byla přesto ta nejkratší, to je možné zařídit jedině tehdy, když bude zakřiven sám časoprostor. Je-li časoprostor zakřiven, těleso sleduje toto zakřivení - klouže opět po nejkratší cestě časoprostorem, kterou ovšem z hlediska povrchu planety můžeme vidět jako nějakou křivku. Jelikož v časoprostoru se ovšem jedná de facto o přímku, těleso necítí účinek síly. Nejkratší cesta danou oblastí časoprostoru je navíc pro všechna tělesa stejná - její tvar má na starosti prostoročas a ne ona tělesa. A přesně takhle se chová gravitace: všechna tělesa padají stejně a při pádu nepociťují účinek síly. Teprve při spočinutí na povrchu planety je těleso náhle vychýleno z nejkratší cesty prostoročasem a "ucítí sílu". Můžeme-li tedy nahradit gravitační pole zakřivením časoprostoru, stačí už jenom prohlásit, že příčinou zakřivování je pouhá přítomnost hmoty. Země na nás tedy nepůsobí žádnou silou, jenom zakřivuje prostoročas a pak nám brání v pohybu po nejkratší cestě v něm. To je jedno z kouzel Einsteinovy teorie gravitace: nepotřebuje dvě definice hmotnosti a nepotýká se s potížemi při definici síly.
Jediný problém je snad v tom, že zakřivení prostoročasu si dost dobře nejde představit. Jsme třírozměrní a třírozměrný prostor můžeme vidět jenom z jeho nitra. Jeho zakřivení je pro nás tedy nepozorovatelné (maximálně si všimneme, že se v něm díky zkroucení pohybují i tělesa křivě). Pomoci může model o rozměr nižší: zakřivení dvojrozměrného prostoru není problém pozorovat - je to prostě jenom zprohýbaná plocha. Případné dvojrozměrné bytosti v ní žijící si takového prohnutí také nemohou všimnout, protože plocha je jejich celým vesmírem a jejich světlo musí kopírovat nerovnosti, stejně jako oni sami. Toto je ovšem pouze analogie, která neodpovídá přesně popisu časoprostoru v obecné teorii relativity - například v ní není zahrnut čas (jehož zakřivení hraje zásadní úlohu); navíc může vzbudit mylný dojem, že zakřivení je způsobeno nějakou jinou vnější silou (což u gravitace není pravda). Z takové analogie tedy nelze odvodit žádné podstatné závěry, jen pomáhá alespoň vzdáleně si představit, o co jde.
Jakým způsobem ale gravitace uvede do pohybu nějaké těleso, které je na počátku v klidu vůči gravitačnímu centru? Co dá ten počáteční impuls? Zde právě hraje klíčovou úlohu zakřivení času. Žádné těleso v časoprostoru nestojí "na místě". I když je nějaké těleso v klidu v prostoru vůči zvolené souřadné soustavě, pohybuje se stále časem. V gravitačním poli je ovšem zakřiven časoprostor, nikoli pouze prostor. To prakticky vypadá tak, že (velmi přibližně řečeno) je čas mírně "přimíchán" do prostoru (v křivočarých souřadnicích už není časová osa kolmá na prostorové osy). Pohyb tělesa časem se tedy začne měnit na jeho pohyb prostorem (vůči zvolené souřadné soustavě). Ovšem těleso se tak přesouvá do míst většího zakřivení: tam je do prostorových rozměrů "přimícháno" více "časové osy", tedy těleso se pohybuje stále rychleji - jak se do jeho pohybu prostorem přelévá stále více z jeho pohybu časem. Současně s tím se zpomaluje pohyb tělesa časem, což je ona gravitační dilatace času.
Pozn.: může dělat potíže představit si nejkratší cestu jako křivku. Zde pomůže jednoduchý příklad - povrch Země je vlastně zakřivený dvourozměrný prostor. Ptáme se, jaká je nejkratší letecká cesta z Evropy do Ameriky. Zdálo by se, že nejlepší je letět přímo na západ - po nějaké rovnoběžce. Jenže nejkratší cesta je překvapivě jakýsi oblouk, vyklenutý mírně k severu. To je dobře vidět na rovnoběžce blízko pólu: nejkratší spojnice dvou bodů východozápadně od sebe určitě není cesta po evidentně kruhové rovnoběžce. Kdo letěl přes oceán letadlem a na obrazovkách v kabině mohl sledovat trasu letadla, mohl si tohoto na první pohled nelogického tvaru cesty všimnout. Létá se tak proto, že je to cesta kratší a ušetří se tak palivo.
Geometricky jde o to, že nejkratší cestou po povrchu koule je kružnice se středem ve středu této koule. Rovnoběžky (kromě rovníku) nemají střed ve středu Země.
 |
Dráha letu z Pekingu do Evropy - snímek z palubního monitoru |
Z předchozího je vidět, že prostor a čas zde není možné brát jako pouhé jeviště nebo domov pro hmotu. Prostor a čas jsou spíš "sourozenci" hmoty a energie, ne-li jejich "děti", protože hmota svou přítomností prostoročas tvaruje, definuje a bez ní se o prostoru nedá mluvit. Vlastně to, co nazýváme prostorem, se dá považovat za pouhé gravitační pole (s výše zmíněnými vlastnostmi), chceme-li se zbavit zavádějícího pojmu prostor. Ještě názorněji je tato skutečnost vidět v následující části, věnované pohybům v prostoročase.
 |
Zakřivený dvourozměrný prostor |
Co je setrvačnost
Jak už bylo řečeno, v Newtonově teorii není jasné, odkud se bere snaha setrvat v neměnném pohybovém stavu - co definuje stav bez účinku setrvačných sil. Jakýkoli pohyb můžeme prohlásit za zrychlený, když ho posuzujeme ze vhodně zvolené vztažné soustavy. Současně jakékoli těleso můžeme prohlásit za nehybné, když jeho pohybový stav sledujeme ze vztažné soustavy spojené s tělesem samotným. To je z hlediska teorie relativity v pořádku. Avšak v některých případech se děje něco zvláštního: působením jakési záhadné síly (setrvačnosti) se mohou tělesa deformovat. To už je fyzikálně měřitelné, takže tu jakoby lze jednoznačně rozhodnout, jestli se těleso zrychluje nebo ne. Prostě záleží na tom, jestli se rozjíždí vlak, nebo ujíždí koleje pod ním - hladina vody ve sklenici se nakloní jenom v prvním případě. Sice si mohu spojit vztažnou soustavu s vlakem a v této soustavě je vlak nehybný, ale voda ve sklenici je přesto někdy nakloněná, takže tu něco nehraje. Newton se domníval, že zrychlení probíhá vzhledem k prostoru. Jelikož však prostor podle Newtona je jenom jakási "všeobecná díra" - tedy prázdnota, nemá pohyb vzhledem k ní žádný reálný význam. Ale protože někdy pozorujeme setrvačné síly a někdy ne, tak to vypadá, že opavdu existuje jakási absolutní vztažná soustava, ve které mají fyzikální zákony nějaký zvláštní zjednodušený tvar (bez setrvačných sil). Rakouský fyzik Ernst Mach se pokusil vysvětlit tyto setrvačné síly pomocí rozložení těles v okolním vesmíru (Machův princip), čili podle něj by "rotující" kulička v prázdném vesmíru necítila žádnou odstředivou sílu. Nebylo by k čemu vztáhnout její rotaci, pojem rotace by tedy neexistoval. Jeho úvaha narazila na otázky typu, jak může být vysypání vajíček v prudce zastaveném žebřiňáku způsobeno dalekými galaxiemi. Machův princip navíc nevysvětluje rovnost setrvačné a gravitační hmotnosti, gravitaci chápal stejně jako Newton. Zajímavé ale je, že Machova myšlenka je překvapivě blízko řešení a Einsteina také trochu inspirovala...
Einsteina napadlo, jestli by přece jen nebylo možné nějak zařídit, aby fyzikální zákony měly stejný tvar ve všech vztažných soustavách. Taková obecná relativita by věci úžasně zjednodušila a snad by se podařilo vysvětlit i tu tajemnou setrvačnost. Řešení této otázky je v podstatě stejné, jako v případě gravitace - vlastně je v předchozí části už to nejdůležitější vysvětleno. Příbuznost vysvětlení gravitace a zrychlení je dána právě oním zákonem, že zrychlení a gravitace jsou nerozlišitelné. Opět si představme prostoročas, kterým putují tělesa po nejkratších možných drahách (které někdy mohou být v prostoru křivé a přesto v časoprostoru nejkratší). Geometrie časoprostoru je určena rozmístěním a pohybem hmoty a energie a tím jsou tedy určeny i ony nejkratší dráhy. Jestliže těleso z nejkratší dráhy vychýlíme, pocítí to jako sílu. Je to stejná síla, která nás táhne k povrchu Země (snažíme se putovat prostoročasem po nejkratší cestě, ale překáží nám nějaká planeta - právě ta, co prostor tak zakřivila). Tedy k původní otázce: Co definuje pohybový stav, ve kterém nepociťujeme setrvačnou sílu? Odpověď: je to tvar časoprostoru, určený rozmístěním a pohyby těles a energie v celém vesmíru (viz Machův princip) a také celkovou geometrií vesmíru. Do určité míry tedy skutečně záleží na okolních tělesech, ale na rozdíl od Machova principu je zde hlavním hráčem časoprostor sám. Čili přesně řečeno o přítomnosti či nepřítomnosti setrvačné síly rozhoduje časoprostor, který má v každém bodě nějaké geometrické vlastnosti. Mohou klidně existovat 2 vztažné soustavy, které jsou ve vzájemném zrychleném pohybu, ale přesto jsou obě inerciální (pozorovatelé v nich nepociťují žádné účinky setrvačnosti). To není v Machově principu možné. Příkladem je soustava spojená s tělesem volně padajícím k severnímu pólu Země a pak soustava padající k jižnímu pólu Země. Každá z těchto soustav je inerciální jen vzhledem k místním geometrickým vlastnostem časoprostoru. O kousek dál má časoprostor trochu jiný tvar, takže se tam i jinak definuje inerciální soustava. Pohyb tělesa v nějakém místě časoprostoru je určen pouze vlastnostmi časoprostoru v tom konkrétním místě. Ovšem vlastnosti časoprostoru v každém místě jsou určeny rozmístěním hmoty a energie v celém vesmíru (a geometrií vesmíru). Pokud se změní poloha nějakého tělesa, změní se i tvar časoprostoru, ale tato změna se časoprostorem šíří rychlostí světla. Neovlivní tedy okamžitě celý vesmír.
Tak byl rozlousknut největší ořech klasické fyziky. Kdo se nenechá unášet časoprostorem, ucítí setrvačnou sílu. Kdo s ním putuje, je v beztížném stavu. Proto je také gravitace neodlišitelná od zrychlení - oba případy znamenají naprosto totéž: vychýlení z nejkratší cesty časoprostorem (jednou nás vychýlí povrch planety, podruhé třeba raketa). Volný pád je nerozlišitelný od rovnoměrného pohybu - obojí je sledování nejkratší cesty časoprostorem (ať už se zdá jakkoli křivá). Z této ekvivalence gravitace a zrychení plyne, že pokud pociťuji zrychlení, mohu účinek této síly přisoudit lokálnímu gravitačnímu poli.
Výše uvedené tvrzení, že inercie je určena vzhledem k časoprostoru, by mohlo vzbudit dojem, že je tím opět do fyziky zavedena absolutní vztažná soustava, podobná Newtonovu absolutnímu prostoru. Je to svým způsobem pravda, ale je třeba si uvědomit, že souřadné soustavy v časoprostoru jsou pro různé pozorovatele různé a žádná z nich není výsadní. Všechny jsou rovnocenné. Fyzikální zákony mají stejný tvar, ať už jsou formulovány vzhledem k jakékoli vztažné soustavě.
Pozn.: jestliže si představíme, že se vesmír otáčí kolem stojící Země, což je vzhledem k obecnému principu relativity korektní, může být podezřelé, že se vzdálenější objekty vlastně pohybují nadsvětelnou rychlostí (vzhledem k Zemi). Ovšem rychlost v obecné relativitě je definována poněkud jinak (místně). Objekty se totiž nepohybují nadsvětelnou rychlostí vzhledem ke svému nejbližšímu okolí (zjednodušeně řečeno).
Vlastnosti času
O času jsme zatím příliš nemluvili, jenom o něm padla zmínka vždy ve spojitosti s prostorem. To má svůj důvod. V relativitě nelze pojmy čas a prostor oddělovat, protože jsou zde mnohem konkrétnější, než jak je většina lidí bere: mají vlastnosti přímo geometrické - různě se prohýbají v okolí hmoty. Dále: události se odehrávají v prostoru a čase. K určení nějaké polohy musíme zadat souřadnici prostorovou i časovou (např.: sejdeme se na mostě ve dvě hodiny) - pohyb hmoty je pohybem v prostoru i čase. I když se něco vůbec "nehýbe", je to přesto v pohybu: putuje to časem (stárne). Zakřivení prostoročasu je tedy zakřivením nejen prostoru, ale i času. Pojem křivého času možná vypadá divně, ale znamená to jenom, že čas plyne různě rychle. Což je důležitý závěr: v gravitačním poli plyne jiný čas než v místě, kde je pole slabší. A jelikož gravitační a zrychlené děje jsou jedno a totéž (obojí je nerespektování nejkratší cesty), znamená to, že jiný čas plyne i při zrychlení. Jednoduše řečeno: těleso přirozeně putuje prostoročasem po nejkratší dráze. Náhle je z ní vychýleno urychlením, tedy už putuje po delší dráze, čili čas se zpomalí. Na rozdíl od speciální relativity je toto prodloužení ovšem objektivní, protože kdo zůstal na přirozené cestě, ten má čas rychlejší a po setkání obou osob mají na hodinkách oba něco jiného. Aby takové efekty byly viditelné, muselo by být zrychlení dost značné (nebo hodně silné gravitační pole), ale už v poli Země bylo toto zpomalení změřeno.
Zakřivení času má ještě jeden důležitý význam, o kterém jsme hovořili v části zabávající se gravitací. Zakřivené souřadnice už na sebe nejsou kolmé, takže čas a prostor se začínají "promíchávat". Pohyb časem se mění na pohyb prostorem. Ve slabých polích je toto "mísení" velmi slabé, ale stává se zásadním na horizontu událostí černé díry.
Prostor, světlo, energie
Světlo se pohybuje časoprostorem stejně jako cokoli jiného, tedy i světlo by mělo putovat po nejkratších drahách, tedy by na něj měla mít vliv i gravitace. Pro takový názor mluví i fakt, že světlo se zakřivuje ve zrychlené soustavě (když proletí paprsek nad rotujícím diskem, pak někdo na něm určitě uvidí, že paprsek se zakřivil, jelikož se světlo s diskem neotáčí) a podle ekvivalence zrychlení a gravitace se tedy zakřiví i v gravitačním poli. Což ovšem zpětně znamená, že i světlo má nějakou hmotnost. To by ale nemělo být takové překvapení, protože už ze speciální teorie relativity plyne, že hmotnost a energie jsou dva projevy téhož a světlo není nic jiného než energie. Zakřivení paprsku v gravitačním poli už bylo opravdu mnohokrát pozorováno na silných zdrojích pole (Slunce, daleké galaxie). Vliv gravitace na světlo naznačuje možnost existence objektů s tak silnou gravitací, že z nich světlo nedokáže odletět (tzv. černé díry).
Stejně jako na světlo, působí gravitace i na jakoukoli jinou formu energie/hmoty. Gravitace je tedy zcela univerzální přitažlivá síla. Navíc je i vytvářena jakoukoli formou energie/hmoty. Nejen hmotná tělesa, ale i záření je zdrojem gravitace a zakřivuje časoprostor. Dokonce i samotné gravitační pole je zdrojem gravitace. Tento fakt je příčinou nelinearity gravitačních rovnic obecné teorie relativity.
Praktické důsledky
Otázkou teď možná je, k čemu vytvářet teorii, která jenom na pohled lépe vysvětluje gravitaci, když Newtonova teorie to zvládla taky. Sice kostrbatě, ale její výsledky odpovídají realitě. Jenže ony neodpovídají. Newton neříká nic o ovlivnění času, což je objektivně zjištěný fakt. Dále předpokládá nekonečnou rychlost působení (když se někde něco pohne, změní se podle něj gravitační pole okamžitě v celém vesmíru), což je hrubým porušením kauzality a jeho gravitační zákon platí zhruba přesně jenom pro slabá pole (matematicky neplatí vůbec, ale ve slabém poli se to nepozná). Čím je pole silnější, tím víc se Newtonovy výsledky liší od skutečnosti, což je vidět už ve Sluneční soustavě (viz Ověřování), čili už Sluneční gravitace je dost silná. Kdybychom se při meziplanetárních letech drželi jenom Newtonova zákona, nemuseli bychom se vůbec trefit na cíl... Newtonovou teorií se také nedá řešit vesmír jako celek (dostáváme nesmyslné výsledky), kdežto Einsteinova obecná relativita dává výsledky ve shodě s pozorováním. Principiální problémy a nejasnosti Newtonovy teorie už byly vyjmenovány nahoře, přidejme k nim ještě fakt, že Newton nevysvětlil, jakým způsobem je gravitace vlastně zprostředkována - představoval si ji jako nějaké působení, ale netušil, jak k němu dochází. O tomto nedostatku své teorie se zmiňuje ve svém díle a nabízí záležitost k zamyšlení čtenáři... Ovšem až Einstein našel konkrétního zprostředkovatele v samotném prostoru a času. Přechod od Newtona k Einsteinovi však vyžaduje hlubokou revizi základních představ o prostoru a čase, neboť obecná relativita není jen upřesnění Newtona, ale naopak Newtonova teorie je pouhý zvláštní případ Einsteinovy.
Jiná věc je, jestli máme tuto teorii tedy brát jako pravdivý popis světa. Sice se neuvěřitelně osvědčila, ale může to být také tím, že představa deformovaného prostoročasu je jen vhodná matematická abstrakce, která se skutečností nemá nic společného. Sám Einstein říkal, že jednou přijde někdo s ještě lepší teorií a přiblížíme se tak opět o krok k jakési "pravdě o vesmíru". Obecná relativita si ale zatím vede kromobyčejně dobře. Vysvětluje staré problémy, předpovídá nové jevy, které někde vzápětí skutečně najdeme (jelikož už víme co hledat), takže ji můžeme považovat za to nejlepší, co ve fyzice velkých těles máme. Nicméně obecná teorie relativity není zcela bez problémů. Především je v rozporu s kvantovou fyzikou a dále má problém se singularitami. Proto už se řadu let snaží nejlepší fyzikové najít obecnější teorii. Tímto směrem míří například teorie strun nebo smyčková kvantová gravitace.