Đang tải... (xem toàn văn)
Thuyết tương đối miêu tả cấu trúc của không gian và thời gian trong một thực thể thống nhất là không thời gian cũng như giải thích bản chất của lực hấp dẫn là do sự uốn cong của không thời gian bởi vật chất và năng lượng...
Thuyết tương đối Thuyết tương đối miêu tả cấu trúc không gian thời gian thực thể thống không thời gian giải thích chất lực hấp dẫn uốn cong không thời gian vật chất lượng Thuyết tương đối gồm hai lý thuyết vật lý Albert Einstein phát triển, vớithuyết tương đối đặc biệt công bố vào năm 1905 thuyết tương đối tổng quátcông bố vào cuối năm 1915 đầu năm 1916 Thuyết tương đối hẹp miêu tả hành xử [1] không gian thời gian tượng liên quan từ quan sát viên chuyển động tương Thuyết tương đối rộng tổng quát hệ quy chiếu quán tính sang hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc bao gồm lực hấp dẫn khối lượng với Thuyết tương đối thường phải tính đến trình có vận tốc lớn đáng kể so với tốc độ ánh sáng(thường 10% tốc độ ánh sáng) có trường hấp dẫn mạnh bỏ qua Ở vận tốc tương đối tính, hiệu ứng thuyết tương đối hẹp trở nên quan trọng ảnh hưởng tới kết tiên đoán miêu tả tượng vật lý Thuật ngữ "thuyết tương đối" (tiếng Đức: Relativtheorie) sử dụng lần vào năm 1906 Max Planck ông nhấn mạnh lý thuyết có tảng dựa nguyên lý tương đối Trong phần thảo luận báo, Alfred Bucherer lần sử dụng cách viết Relativitätstheorie.[2][3] • • • • • • o o o o o o o o o o o o o o o o o 1Tầm quan trọng 2Thuyết tương đối hẹp 2.1Nguyên lý tương đối 2.2Tính tương đối không gian thời gian 2.3Tốc độ ánh sáng giới hạn 2.4Không thời gian 2.5Sự tương đương khối lượng lượng 2.6Từ trường thuyết tương đối 3Thuyết tương đối rộng 3.1Lực hấp dẫn độ cong không thời gian 3.2Cấu trúc toán học thuyết tương đối rộng 3.3Đồng hồ trường hấp dẫn 3.4Vũ trụ học 3.5Lỗ đen 3.6Sóng hấp dẫn 4Lịch sử phát triển 4.1Thuyết tương đối đặc biệt 4.2Thuyết tương đối rộng 4.3Các lý thuyết mở rộng 5Xác nhận thực nghiệm 6Tiếp nhận giải thích 6.1Nhận thức công chúng 6.2Khoa học công nhận Tầm quan trọng Thuyết tương đối làm nên cách mạng hiểu biết không gian thời gian tượng liên quan mà vượt xa khỏi ý tưởng quan sát trực giác Những tượng miêu tả phương trình toán học xác xác nhận đắn thực nghiệm Khi phát minh, thuyết tương đối chứa đựng lý thuyết học cổ điển Isaac Newton có từ 200 năm trước trường hợp giới hạn nó.Và đó, thuyết tương đối thỏa mãn nguyên lý tương ứng Mô hình chuẩn vật lý hạt mô tả lý thuyết trường lượng tử, lý thuyết thống thuyết tương đối hẹp học lượng tử Với thuyết tương đối, ngành vũ trụ học vật lý thiên văn tiên đoán quan sát thấy tượngthiên văn học kỳ lạ bao gồm neutron, lỗ đen, sóng hấp dẫn, thấu kính hấp dẫn [4][5][6] Thuyết tương đối tổng quát với vật lý lượng tử hai trụ cột yếu vật lý đại Hiện nay, nhà vật lý nỗ lực thống hai lý thuyết thuyết gọi Lý thuyết vạn vật (Theory of Everything) Mặc dù có nhiều bước tiến với mô hình khác nhau, song nỗ lực thống hai lý thuyết thử thách lớn ngành nghiên cứu vật lý *Thuyết tương đối hẹp: Nguyên lý tương đối: Thuyết tương đối hẹp dựa hai tiên đề:[7] • • Tốc độ ánh sáng chân c (=299792458 m/s) chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền tốc độ nguồn hay máy thu Các định luật vật lý có dạng hệ quy chiếu quán (nguyên lý tương đối) Những hệ quy chuyển động gọi hệ quy chiếu tính độ lớn hệ quy sáng tính chiếu quán Môi trường ê te: nhà vật lý giả thiết Trái Đất chuyển động "môi trường" chứa ê te giúp ánh sáng lan truyền Galileo Galilei miêu tả dạng nguyên lý tương đối "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo" vào năm 1632 minh họa người ngồi thuyền nguyên lý Newton áp dụng cho học ông Một hệ trực tiếp nguyên lý cách để đo vận tốc tuyệt đối quan sát viên chuyển động không gian định nghĩa hệ quy chiếu đứng yên tuyệt đối Hệ phải chứa thứ đứng im thứ khác mâu thuẫn với nguyên lý tương đối, theo định luật vật lý hệ quy chiếu phài Trước có đời thuyết tương đối, lý thuyết điện từ cổ điển đề xuất sóng điện từ lan truyền môi trường gọi ê te, môi trường đứng im bất động Môi trường lấp đầy không gian với cấu trúc rắn nhà vật lý dùng để định nghĩa hệ quy chiếu tuyệt đối Trong hệ định luật vật lý có dạng đơn giản tốc độ ánh sáng số trái ngược với nguyên lý tương đối Tuy nhiên thí nghiệm nhằm chứng minh tồn ê te, thí nghiệm Michelson - Morley tiếng vào năm 1887[8] thất bại không phát sai khác tốc độ ánh sáng lan truyền theo hướng khác môi trường ê te giả định Einstein từ bỏ khái niệm thông thường không gian thời gian giả thuyết ê tê để lý giải vẻ mâu thuẫn bề nguyên lý tương đối tốc độ ánh sáng không đổi lý thuyết điện từ Không phải ngẫu nhiên mà có thí nghiệm kết luận thuyết điện từ dẫn tới khám phá thuyết tương đối, thí nghiệm di chuyển cuộn dây nam châm Einstein đặt tên cho báo công bố năm 1905, khai sinh thuyết tương đối hẹp, "Về điện động lực học vật thể chuyển động"[7] để thể trân trọng lý thuyết điện từ Maxwell ảnh hưởng tới khám phá ông *Tính tương đối không gian thời gian: Các kiện A, B, C xảy theo thứ tự khác phụ thuộc vào trạng thái chuyển động quan sát viên Đường màu trắng thể mặt phẳng kiện xảy đồng thời di chuyển từ khứ sang tương lai Không gian thời gian không cấu trúc bất biến phổ quát thuyết tương đối Cụ thể, quan sát viên nhận xét hai kiện xảy không gian thời gian đồng thời hay sớm trễ tùy thuộc vào trạng thái chuyển động họ Vật thể chuyển động có kích thước bị ngắn lại theo hướng chuyển động so với đứng yên đồng hồ chuyển động chạy chậm so với đồng hồ đặt yên chỗ Tuy nhiên, quan sát viên chuyển động với vận tốc đưa kết luận hệ quy chiếu riêng họ, kết luận từ hai quan sát viên có tính tương hỗ lẫn nhau, ví dụ người thấy đồng hồ người chạy chậm lại Thêm nữa, nêu hai người chuyển động dọc theo hướng nhìn nhau, người thấy thước đo người ngắn Nguyên lý tương đối trả lời cho câu hỏi người miêu tả mà cho biết kết người thu [9] Sự co ngắn chiều dài dãn thời gian dễ dàng hiểu từ biểu đồ Minkowski nghịch lý anh em sinh đôi Trong dạng thức toán học, chúng kết phép biến đổi Lorentz miêu tả mối liên hệ tọa độ không gian thời gian quan sát viên khác Phép biến đổi tuyến tính rút ta trực tiếp từ hai tiên đề trên.[9] Hầu hết hiệu ứng tương đối tính trở lên đáng kể vận tốc tương đối lớn so với tốc độ ánh sáng, phần lớn tượng hàng ngày giải thích dựa học Newton hiệu ứng tương đối tính trái ngược với trực giác [9] *Tốc độ ánh sáng giới hạn: Không vật không thông tin nhanh ánh sáng chân không Càng gần tiếp cận với tốc độ ánh sáng, lượng vật lớn, động vật luôn tăng nhanh vận tốc tăng Để vật đạt tới tốc độ ánh sáng cần phải cung cấp cho vật lượng lớn vô hạn.[10] Kết luận hệ cấu trúc không thời gian thuộc tính vật, chẳng hạn hạn chế công nghệ chế tạo tàu vũ trụ Nếu vật chuyển động nhanh ánh sáng từ A tới B, quan sát viên chuyển động từ B tới A lúc câu hỏi miêu tả tình đắn lại có ý nghĩa Khi quan sát viên nhìn thấy kết trước nhìn thấy nguyên nhân (anh ta nhìn thấy vật xuất B trước thấy từ A) Như vậy, nguyên lý nhân bị vi phạm trình tự nguyên nhân kết không xác định.[11] Những vật chuyển động nhan ánh sáng khỏi tầm quan sát người thiết bị theo dõi *Không thời gian: Bài chi tiết: Không thời gian Biểu đồ Minkowski với hệ quy chiếu (x,t) đứng yên, hệ quy chiếu (x′,t′) chuyển động, nón ánh sáng hyperbol đánh dấu khoảng không thời gian số so với gốc tọa độ Không gian thời gian xuất phương trình thuyết tương đối có vai trò kết hợp thành không thời gian bốn chiều Sự cảm nhận không gian thời gian cách khác cảm nhận người mặt toán học, khoảng không thời gian hai định nghĩa hiệu tọa độ không thời gian theo Về kiện bốn chiều hai kiện hệ quy chiếu giống định nghĩa khoảng cách hai điểm không gian Euclide, có điểm khác tọa độ thời gian ngược dấu với tọa độ không gian Trong không thời gian định nghĩa vectơ bốn vectơ thông thường không gian ba chiều Trong không thời gian Minkowski, giới hạn tốc độ ánh sáng tính tương đối độ dài khoảng thời gian phân vùng riêng biệt quan sát viên: • • • Miền điểm nằm nón ánh sáng tương lai điểm mà quan sát viên tới với vận tốc ánh sáng gửi tín hiệu với tốc độ ánh sáng Miền điểm nằm nón ánh sáng khứ điểm gửi với tín hiệu có tốc độ tốc độ ánh sáng tới quan sát viên Những điểm lại nằm miền "kiểu-không gian" tách biệt khỏi quan sát viên Trong miền này, định nghĩa khứ tương lai Các vectơ-bốn không thời gian có nhiều ứng dụng thực tiễn lý thuyết, ví dụ tính toán động hạt chuyển động máy gia tốc.[12] *Sự tương đương khối lượng lượng: Bài chi tiết: Sự tương đương khối lượng-năng lượng Một hệ có khối lượng m chứa lượng nghỉ E liên hệ công thức[13] với c tốc độ ánh sáng Công thức công thức tiếng vật lý học nói riêng khoa học nói chung Cũng công thức mà Einstein hay bị hiểu nhầm ông có liên quan tới phát triển bom nguyên tửmặc dù có thư ông gửi tới tổng thống Franklin D Roosevelt đề cập tới việc Hoa Kỳ cần phải cảnh giác với chương trình nghiên cứu vũ khí Đức Quốc xã.[14] Lượng lượng khổng lồ giải phóng từ phản ứng phân hạch hạt nhân phần lớn giải phóng lượng liên kết hạt nhân trước phản ứng lượng chênh lệch khối lượng trước sau phản ứng nhân với hệ số c² đóng góp phần nhỏ Phản ứng phân hạch Otto Hahn, Otto Frisch Lise Meitner phát vào năm 1938.[15] Phương trình E=mc² đóng góp vai trò hỗ trợ nghiên cứu phân hạch hạt nhân Không phải chế đằng sau lượng hạt nhân, mà công cụ: Bởi lượng khối lượng tương đương với nhau, phép đo độ nhạy cao khối lượng hạt nhân nguyên tử khác cho nhà nghiên cứu chứng quan trọng độ lớn lượng liên kết hạt nhân Công thức Einstein không nói cho lượng liên kết hạt nhân lại lớn đến cỡ mà mở khả (cùng với phương pháp khác) để đo lượng liên kết này.[14] Từ trường thuyết tương đối: Sự tồn lực từ có mối liên hệ mật thiết với thuyết tương đối hẹp.[16] Định luật Coulomb lực điện đứng riêng rẽ tương thích với cấu trúc không thời gian Thật vậy, điện tích đứng yên từ trường xuất hiện, trừ có quan sát viên di chuyển so với điện tích Có thể giải thích kết quan sát dựa phép biến đổi Lorentz mối liên hệ vectơ từ trường vectơ điện trường, cho thấy mối liên hệ khăng khít từ trường, điện trường hệ quy chiếu lựa chọn Sự xuất từ trường đưa nam châm di chuyển đến gần vòng dây dẫn (và ngược lại), hay tổng quát có từ trường biến đổi xuất điện trường (và ngược lại) liên quan đến thuộc tính không gian thời gian.[17] Từ phương diện này, hai định luật Coulomb định luật Biot-Savart khác xét hệ quy chiếu quan sát viên đứng yên hay chuyển động cho kết Trong mô tả toán học thuyết tương đối, từ trường điện trường miêu tả chung đại lượng, tenxơ trường điện từ hạng bốn, tương tự thống không gian thời gian không thời gian bốn chiều [18] *Thuyết tương đối rộng: Bài chi tiết: Thuyết tương đối rộng Lực hấp dẫn độ cong không gian: Hiệu ứng thấu kính hấp dẫn làm méo hình ảnh thiên ánh sáng chúng qua đám thiên hà 383 thời hà xa Abell Thuyết tương đối rộng giải thích lực hấp dẫn độ cong hình học không thời gian[19] xác định bởi: • • Vật chất lượng làm cong thời gian xung quanh chúng Một vật rơi tự tác dụng lực hấp dẫn chuyển động trênđường địa hai điểm không thời gian không trường trắc Không thời gian bốn chiều thuyết tương đối hẹp thật khó hình dung, không thời gian cong chí khó Để minh họa nó, giảm số chiều không thời gian xưống lấy hình ảnh tương tự trường hợp mặt cong chiều Giả sử có hai xe chạy mặt cầu, chúng bắt đầu đường xích đạo lái hướng phía bắc theo đường tròn lớn Lúc đầu hướng hai xe song song với nhau, không bị tác động lực khác, cuối hai xe gặp cực bắc Một quan sát viên đứng mặt cầu, bề mặt bị cong cho có lực hút hai xe phía lại gần Đây tượng túy hình học Do lực hấp dẫn thuyết tương đối rộng gọi giả lực.[19] Vì đường trắc địa nối hai điểm không thời gian không phụ thuộc vào đặc tính vật rơi tự trường hấp dẫn, tượng Galileo Galilei phát đầu tiên, nên hai vật cao độ rơi tự với tốc độ Trong học Newton, điều có nghĩa khối lượng quán tính khối lượng hấp dẫn vật phải tương đương Phát biểu sở cho thuyết tương đối rộng.[20] Cấu trúc toán học thuyết tương đối rộng: Bài chi tiết: Phát biểu toán học thuyết tương đối rộng Trong nhiều tiên đoán thuyết tương đối hẹp miêu tả dựa cấu trúc toán học gọn nhẹ đơn giản, cấu trúc toán học thuyết tương đối rộng lại phức tạp Lý thuyết cần phương pháp hình học vi phân để miêu tả không thời gian cong, thay cho hình học Euclid không gian phẳng quen thuộc Để miêu tả cong, vật thể cong không gian cong thường nhúng vào không gian có số chiều cao Ví dụ, mặt cầu hai chiều thường hình dung đặt không gian ba Tuy nhiên, nhà toán học miêu tả độ cong mà không cần áp dụng hình thức nhúng này, tức không phụ thuộc vào không gian bên ngoài, đặc điểm quan trọng cần thiết thuyết tương đối tổng quát Ví dụ việc người sống mặt cong đo tổng góc tam giác mặt cong cho kết không 180° người hiểu sống mặt cong mà không cần phải "nhảy" khỏi bề mặt [21] Mối liên hệ độ cong vật chất lượng chuyển động hạt trường hấp dẫn xác định bằngphương trình trường Einstein Nó phương trình tenxơ đối xứng hạng hai, tương ứng với 10 phương trình viết tường minh Đối với tượng vật lý hấp dẫn, nhà vật lý thường đưa phương trình dạng xấp xỉ để thu tính chất hữu ích Phương trình trường Einstein: Đồng hồ trường hấp dẫn: Trong thuyết tương đối rộng, tốc độ hoạt động đồng hồ không phụ thuộc vào vận tốc tương đối chúng, mà phụ thuộc vào vị trí trường hấp dẫn độ mạnh yếu trường Một đồng hồ đặt đỉnh núi chạy nhanh y hệt đặt thung lũng Tuy hiệu ứng nhỏ trường hấp dẫn Trái Đất, để máy thu GPS tránh sai số tọa độ vị trí thu từ tần số vệ tinh cần phải hiệu chỉnh thời gian máy thu thời gian vệ tinh chúng đồng Vũ trụ học: Trong thuyết tương đối hẹp áp dụng cho trường hợp hệ quy chiếu xét nằm vùng không thời gian có độ cong nhỏ bỏ qua được, thuyết tương đối tổng quát không đòi hỏi giới hạn Do áp dụng cho toàn thểvũ trụ lý thuyết đóng vai trò quan trọng ngành vũ trụ học Vì thế, giãn nở vũ trụ, tiên đoán bởiAlexander Friedmann Georges Lemaître từ phương trình trường Einstein kết hợp với số vũ trụ học(năng lượng tối) số yếu tố khác vật chất tối trở thành mô hình chuẩn vũ trụ học Sự giãn nở Vụ Nổ Lớn xảy từ cách 13,8 tỷ năm trước Nó bắt đầu không gian thời gian toàn vũ trụ tập trung vùng không gian có đường kính kích cỡ chiều dài Planck Lỗ đen: Ảnh chụp nguồn xạ Sagittarius A*phát luồng tia X lỗ đen siêu khối lượng trung tâm Ngân Hà từ Một tiên đoán khác thuyết tương đối rộng tồn lỗ đen Những vật thể tạo trường hấp dẫn mạnh khiến cho ánh sáng bị hút vào chân trời kiện, không thoát khỏi lỗ đen Einstein không thích thú tưởng tồn vật thể này, ông phải có chế vật lý ngăn hình thành lỗ đen Nhiều liệu quan sát văn vật lý ngày cho thấy thực có lỗ đen ẩn nấp vũ trụ, chúng thái tiến hóa cuối lớn thiên hà hình thành từ suy hấp dẫn đám khí vũ trụ sơ khai thể với ý cho cản thiên trạng sụp *Sóng hấp dẫn: Sóng hấp dẫn phát từ hai neutron quay quanh Ở không thời gian miêu tả hai chiều chuyển động hệ hai neutron gây biến đổi độ cong không thời gian (các gợn sóng lăn tăn) lan truyền xa dần bên với biên độ sóng giảm dần Tương tự sóng điện từ tiên đoán lý thuyết điện từ Maxwell, thuyết tương đối rộng cho phép tồn sóng hấp dẫn: tập trung khối lượng (hay lượng) làm cong không thời gian, thay đổi hình dáng vị trí vật thể gây biến đổi lan truyền toàn vũ trụ với tốc độ tốc độ ánh sáng [22] Tuy nhiên, biến đổi nhỏ mà nhà vật lý chưa phát sóng hấp dẫn cách trực tiếp Một vụ nổ siêu tân tinh năm 1987 phát sóng hấp dẫn trạm quan sát ngày (2011) phát được.[23] Tuy có hai trạm quan sát năm độ nhạy chúng phát gợn không thời gian cực nhỏ Nhờ quan sát quỹ đạo hệpulsar đôi chứng tỏ cách gián tiếp tồn sóng hấp dẫn Russell Hulse Joseph Taylor nhận Giải Nobel Vật lý năm 1993 nhờ quan sát Ngày 17 tháng năm 2014, đoàn thám hiểm Mỹ sau nghiên cứu năm thông báo buổi họp báo Harvard, họ quan sát sóng hấp dẫn ban sơ (primordial gravitational waves) giây phút sau Big Bang.[24] Tuy nhiên sau nhóm BICEP Planck hợp tác phân tích liệu với đến kết luận hình ảnh mà BICEP nhận chủ yếu ảnh hưởng bụi Ngân Hà từ sóng hấp dẫn nguyên thủy [25] Sau 40 năm khởi xướng, huy động vốn tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), xây dựng nâng cấp, nhóm cộng tác khoa học Advanced LIGO thông báo ngày 11 tháng năm 2016 hai trạm thám trắc Livingstone, Lousiana Hanford, Washington thu trực tiếp tín hiệu sóng hấp dẫn từ kết sáp nhập hai lỗ đen khối lượng nằm cách Trái Đất khoảng 1,3 tỷ năm ánh sáng Phát mở thời kỳ thiên văn sóng hấp dẫn.[26] *Lịch sử phát triển: Thuyết tương đối đặc biệt: Bài chi tiết: Lịch sử thuyết tương đối hẹp Xuất phát từ vấn đề lý thuyết Ê te phương trình Maxwell kỷ 19, thuyết tương đối hẹp dần hình thành từ dấu mốc sau: • • • • • Thí nghiệm Michelson-Morley thực năm 1887, coi thí nghiệm phủ định giả thuyết xạ điện từ truyền môi trường giả định ê-te [8] Giả thuyết độ dài co ngắn nêu George FitzGerald (1889) Hendrik Antoon Lorentz (1892)nhằm giải thích kết thí nghiệm Michelson - Morley Phép biến đổi Lorentz Lorentz (1892, 1899) Joseph Larmor (1897) nêu ra, thời gian tọa độ biến đổi không gian, việc không phát trôi ête giải thích phép biến đổi Henri Poincaré phát biểu nguyên lý tương đối (1900, 1904), tốc độ ánh sáng số (1898, 1904), tính tương đối đồng thời (1898, 1900), ông ủng hộ quan điểm tồn Ête Đạt tới tính hiệp biến đầy đủ phương trình điện động lực học Lorentz (1904) Poincaré (1905) lý thuyết Lorentz Ête Cuối Albert Einstein (1905) đưa thuyết tương đối hẹp diễn giải sáng sủa toàn lý thuyết dựa nguyên lý tương đối tiên đề tốc độ ánh sáng không đổi, ông loại bỏ khái niệm Ête xem xét lại chất không gian, thời gian liên hệ chúng với hệ quy chiếu quán tính Quan điểm động lực Lorentz Poincaré thay quan điểm động học Einstein Mô hình toán học lý thuyết tương đối hẹp hoàn thiện đầy đủ Hermann Minkowski (1907) thêm thời gian vào thành tọa độ thứ tư cách biểu diễn không gian Minkowski *Thuyết tương đối rộng: Bài chi tiết: Lịch sử thuyết tương đối rộng Đã có số nhà khoa học đóng góp vào phát triển thuyết tương đối hẹp cuối với báo Einstein công bố vào năm 1905 đưa đến lý thuyết hoàn thiện đồng thời ông mở phát triển cần thiết thuyết tương đối rộng Thuyết tương đối rộng Einstein phát triển ông nghiên cứu ý nghĩa vật lý mối liên hệ hình học vật lý Sự phát triển năm 1907, với "ý tưởng hạnh phúc đời" Einstein, nguyên lý tương đươngvề tương đương khối lượng hấp dẫn khối lượng quán tính Từ nguyên lý suy hiệu ứng dịch chuyển đỏ hấp dẫn đường ánh sáng bị lệch trường hấp dẫn độ trễ thời gian tia sáng, hay độ trễ Shapiro Năm 1911, ông tính sơ độ lệch tia sáng Trong thời gian ông đề xuất đo độ lệch nhỏ từ xa ánh sáng gần Mặt Trời Tuy vậy, giá trị tính toán lúc đầu ông nửa giá trị độ lệch Trong trình nghiên cứu, Einstein nhận cách biểu diễn không thời gian không gian Minkowski có vai trò quan trọng lý thuyết Lúc ông nhận thức rõ ràng hình học Euclid không phù hợp tính tới ảnh hưởng lực hấp dẫn Năm 1913, ông bắt đầu sử dụng hình học phi Euclid phát triển kỷ 19 cho lý thuyết với trợ giúp từ người bạn nhà toán học Marcel Grossmann, chưa đạt kết mong muốn, tức miêu tả định luật tự nhiên hệ quy chiếu Ông cuối vượt qua vấn đề vào tháng 11 năm 1915 sau nhiều lần thất bại, Einstein đến dạng phương trình trường hấp dẫn Hầu đồng thời với ông, nhà toán học David Hilbert tìm phương trình trường nhờ phương pháp biến phân Dựa vào kết này, Einstein tính dịch chuyển điểm cận nhật Sao Thủy, giá trị độ lệch tia sáng lần giá trị ông tìm vào năm 1911 Năm 1919, giá trị xác nhận lần nhật thực toàn phần đưa đến thành công lý thuyết tương đối tổng quát gây ý giới Sau đó, nhiều nhà vật lý tìm nghiệm xác phương trình trường giới thiệu kỹ thuật nghiên cứu mới, đưa đến nhiều mô hình vũ trụ học kết kì lạ tồn lỗ đen *Các lý thuyết mở rộng: Với lý thuyết coi chất lực hấp dẫn hiệu ứng hình học, nhà vật lý đặt câu hỏi liệu lực khác, lực điện từ có hiệu ứng hình học Theodor Kaluza (1921) Oskar Klein (1926) mở rộng thuyết tương đối rộng để nghiên cứu thêm lực điện từ cách thêm chiều vào không thời gian bốn chiều để có không gian năm chiều, mà chiều có kích cỡ vi mô ẩn giấu cảm nhận thông thường Tuy nhiên, lý thuyết học không thành công Thậm chí Einstein dành phần lớn thời gian nghiên cứu khoa học nửa đời lại để nghiên cứu lý thuyết trường thống ông không thành công Một lý thất bại Einstein là, thời điểm ông, cộng đồng nhà vật lý chưa hiểu rõ hết chất hai lực lại: tương tác mạnh tương tác yếu Cùng với phát triển lý thuyết trường lượng tử, lý thuyết Kaluza-Klein khôi phục lại nhà vật lý dựa ý tưởng không thời gian có nhiều bốn chiều thường thấy Ngày nay, hầu hết lý thuyết nhằm thống thuyết tương học lượng tử bao gồm lý thuyết dâycó sở dựa không thời gian nhiều chiều, với sáu bảy chiều ẩn giấu phạm vi độ dài Planck *Xác nhận thực nghiệm: Bài chi tiết: Kiểm chứng thuyết tương đối hẹp Kiểm chứng thuyết tương đối rộng Sự thành công thuyết tương đối hẹp giải thích mâu thuẫn kết thu thí nghiệm Michelson-Morley lý thuyết điện động lực học, lý thuyết điện động lực học coi sở cho phát triển thuyết tương đối hẹp Lý thuyết chứng minh đắn qua nhiều thí nghiệm thực nghiệm, [27] thí nghiệm Ives–Stilwell Một ví dụ điển hình việc phát muon tia vũ trụ, mà hạt tới bề mặt Trái Đất với thời gian sống ngắn chúng hiệu ứng giãn thời gian chúng chuyển động với tốc độ gần với tốc độ ánh sáng, hạt muon chuyển động với quãng đường ngắn co độ dài Chứng cho điều đến từ bay khinh khí cầu vào tầng bình lưu thực nhà vật lý Thụy Sĩ Auguste Piccard năm 1931 1932, mà trình chuẩn bị có tham gia Einstein.[28][29] Còn lý thuyết tương đối rộng, thời điểm công bố có chứng thực nghiệm để kiểm chứng, dịch chuyển điểm cận nhật quỹ đạo Sao Thủy [30] Năm 1919, Arthur Eddington dẫn đầu tổ chức hai đoàn thám hiểm quan sát tượng nhật thực, họ đo dịch chuyển vị trí biểu kiến gần Mặt Trời xác nhận trực tiếp tia sáng bị lệch qua trường hấp dẫn.[31] Thí nghiệm Pound–Rebka kiểm tra dịch chuyển đỏ hấp dẫn thực năm 1959 thí nghiệm xác cao thuyết tương đối tổng quát.[32] Các thí nghiệm thực chứng khác bao gồm: thấu kính hấp dẫn, phát trực tiếp sóng hấp dẫn,[33] quan sát quỹ đạo cặp xung, mô hình chuẩn vũ trụ học, thí nghiệm Gravity Probe B Ngoài thuyết tương đối rộng nêu Einstein, có lý thuyết hấp dẫn tương đối tính khác đề xuất dựa sở thuyết tương đối rộng Lý thuyết bật lý thuyết Jordan - Brans-Dicke, đa số lý thuyết có cấu trúc phức tạp Sự đắn lý thuyết chưa hoàn toàn bị bác bỏ Đã có nhiều thí nghiệm thực nghiệm nhằm kiểm tra thuyết tương đối tổng quát lẫn lý thuyết thay khác *Tiếp nhận giải thích: Nhận thức công chúng: Cách tiếp cận thuyết tương đối không gian thời gian thu hút quan tâm công chúng kể từ lý thuyết đời Einstein trở lên tiếng thuyết tương đối dần xuất phương tiện truyền thông Với cách nói đơn giản thứ tương đối, lý thuyết trở thành lĩnh vực xem xét chủ nghĩa tương đối triết học Trong phim chiếu vào tháng Tư năm 1922 nhan đề "Những điều thuyết tương đối Einstein"[34], với nhiềukhung hình minh họa giải thích thuyết tương đối hẹp Einstein trước khán giả Những lời trích phê bình thuyết tương đối bắt nguồn từ nhiều cách khác nhau, hiểu sai lý thuyết, chống đối tiến toán học vật lý hay liên quan đến nguồn gốc Do Thái Einstein Từ thập kỷ 1920 vài nhà vật lý Đức công khai chống người Do Thái, bao gồm hai người đoạt giải Nobel Philipp Lenard Johannes Stark, với phong trào Deutsche Physik chống lại thuyết tương đối Vài năm sau Chủ nghĩa Quốc xã nắm quyền, Stark đăng viết tờ Das Schwarze Korps SS số ngày 15 tháng 7, 1937 chống lại người nước theo ủng hộ thuyết tương đối thuyết lượng tử Trong số họ, Stark tố cáo Werner Heisenberg Max Planck người Do Thái trắng Heisenberg đến gặp trực tiếp Himmler đạt khôi phục danh dự *Khoa học công nhận: Thời gian đầu thuyết tương đối đời chưa cộng đồng khoa học công nhận, với Albert Einstein nhận giải Nobel Vật lý năm 1921 với lý có cống hiến cho vật lý lý thuyết đặc biệt cho hiệu ứng quang điện Ngày nay, thuyết tương đối hẹp thuyết tương đối rộng thừa nhận rộng rãi chúng trụ cột cho ngành vật lý tảng phát triển công nghệ đại ... phải tương đương Phát biểu sở cho thuyết tương đối rộng.[20] Cấu trúc toán học thuyết tương đối rộng: Bài chi tiết: Phát biểu toán học thuyết tương đối rộng Trong nhiều tiên đoán thuyết tương đối. .. nó.Và đó, thuyết tương đối thỏa mãn nguyên lý tương ứng Mô hình chuẩn vật lý hạt mô tả lý thuyết trường lượng tử, lý thuyết thống thuyết tương đối hẹp học lượng tử Với thuyết tương đối, ngành... Probe B Ngoài thuyết tương đối rộng nêu Einstein, có lý thuyết hấp dẫn tương đối tính khác đề xuất dựa sở thuyết tương đối rộng Lý thuyết bật lý thuyết Jordan - Brans-Dicke, đa số lý thuyết có cấu