בשנת 1915 פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית שלו. על פי תיאוריה זו, כוח המשיכה אינו כוח, כפי שנחשב מאז שניוטון פרסם את עבודתו על כוח הכבידה. איינשטיין צפה בכוח המשיכה ככיפוף המרחב-זמן עצמו.
כאשר אנו שמים אובייקט מסיבי בחלל, זה יוצר עקמומיות במרקם של היקום. עצמים בקרבת מקום אחד מסיבי עוקב אחר הנתיב הגיאודסי כי עקמומיות. לכן, נוצרת אשליה, שהחפצים מושכים זה את זה. לכן כשאתה זורק כדור מכדור הארץ, הוא חוזר אחורה, בעקבות הנתיב הגיאו-דדי הזה, לא בגלל כוח משיכה מסתורי, לחפצים יש.
גיאודזי מציין את הקו הקצר ביותר האפשרי בין שתי נקודות על כדור או משטח מעוקל אחר כמו כ
רעיון זה חולל מהפכה בהבנתנו את היקום. הוא פתח כיוונים לחקור את היקום, לדעת מהו טבעו של הטבע. מאז תורת היחסות הכללית פורסם לראשונה בשנת 1915, זה עשה תחזיות רבות, והם הוכחו.
הרעיון של חורים שחורים או המלאכים האפלים הגיע מתאוריית היחסות הכללית של איינשטיין. על פי תורת היחסות הכללית, ככל שאובייקט יהיה מסיבי יותר, כך הוא ייצור יותר עקמומיות במרחב-זמן. תארו לעצמכם כדור על טרמפולינה, כדור קטן יותר ייצור עקמומיות קטנה, בעוד אחד מסיבי ייצור עקומה גדולה יותר. לפיכך, ככל שתוסיף יותר מסה לאובייקט, השפעתו הכבידתית תגדל.
במקרה של כדור הארץ שלנו, הוא מכופף את החלל סביב עצמו כך שהירח נשאר מקיף אותו. עבור כל חפץ בקרבת כל גוף שמימי, הוא זקוק לאנרגיה כדי לברוח מהשפעתו הכבידתית. לדוגמה, במקרה של כדור הארץ, האובייקט חייב להיות אנרגיה קינטית של 11.19 קמ"ש כדי לברוח. מהירות זו, שבה האובייקט יכול להימלט מהשפעת הכבידה של עצם אחר ולהיכנס לחלל, נקראת מהירות בריחה. זה תלוי לחלוטין במסה של הגוף השמימי, שממנו אתה מנסה לברוח. מכיוון שהשמש מסיבית מכדור הארץ, מהירות הבריחה שלה היא 615 קמ"ש, מה שאומר שאתה צריך לכסות 615 ק"מ בשנייה אחת בלבד.
בשנת 1916, שנה לאחר פרסום תורת היחסות הכללית, מדען בשם קרל שוורצשילד הגה פתרון של תורת היחסות הכללית, אשר חזה את קיומו של אובייקט, צפוף כל כך מסיבי, שהוא יכול לעקום את החלל סביבו עד אינסוף. ובכן, הפתרון של שוורצשילד לא נתן את ההגדרה המודרנית של החורים השחורים, אבל זה סלל דרך לחקירה נוספת של האובייקט המסתורי הזה.
ההגדרה המודרנית הראשונה של חורים שחורים הגיעה מעבודותיו של דוד פינקלשטיין בשנת 1958. חורים שחורים מוגדרים כאזור במרחב-זמן שממנו שום דבר, אפילו לא אור, לא יכול לברוח. זכור, אור הוא הדבר המהיר ביותר ביקום, ומהירותו היא הגבלת המהירות של היקום. האסטרונום האמריקאי ג'ון ווילר טבע את המונח חור שחור בשנת 1967. הוא נחשב לתוצאה של סקרנות מתמטית עד 1971, כאשר החור השחור הראשון, Cygnus X-1, זוהה בקבוצה של Cygnus. זה הוביל מדענים להאמין יותר תורת היחסות הכללית של איינשטיין. הוא חזה גלי כבידה, שהתגלו על ידי מצפה הכוכבים LIGO בשנת 2015. ארבע שנים לאחר מכן, בשנת 2019, צוות EHT (טלסקופ אופק האירועים) לכד חור שחור בפעם הראשונה.
כשאיינשטיין עבד על תורת היחסות שלו, טבעו של היקום נחשב סטטי. אבל המשוואות שלו חזו יקום מתרחב. אז, הוא הציג מונח שנקרא קונסטנט קוסמולוגי, שמאוחר יותר הוא כינה הטעות הגדולה ביותר שלו.
בשנות ה-20, כשאדווין האבל גילה שהיקום מתרחב, איינשטיין סידר מחדש את המשוואות שלו עם המונח החדש. כיום, הוא מסביר את התפשטות היקום, בעיה בפיזיקה הנקראת אנרגיה אפלה. זה נחשב לתעלומה כי עדיין, אנחנו לא יודעים למה היקום מתרחב. לאחר אדווין האבל עשה תגלית זו, מדענים חשבו כי התפשטות היקום היא בשל המפץ הגדול. תארו לעצמכם פיצוץ, בסצנה זו, תראה כי החלקיקים יהיה מתרחק מהמרכז. מדענים חשבו שזה קורה גם עם היקום. גלקסיות נסוגות בגלל הדחף הראשוני הזה בגלל האנרגיה של המפץ הגדול. עם הזמן, זה חייב להאט בגלל כוח המשיכה. אבל הבעיה החלה בשנות התשעים כאשר אסטרונומים הבחינו שוב ביקום. התצפית דהים את המדענים; במקום להאט, קצב ההתפשטות של היקום גדל. לא הייתה סיבה ידועה שיכולה להפעיל את קצב ההתפשטות. חייב להיות משהו אחר שגורם ליקום להתרחב בקצב צום תמידי. כוח לא ידוע זה שגורם ליקום להתרחב גם בשם "יקום Energy.It" ההערכה היא שאנרגיה זו מהווה 68% מהיקום. מצד אחד, תגליות הוכיחו את איינשטיין נכון אבל כמה רעיונות חדשים צצו באותו הזמן אשר היו גורמים למדענים לפקפק בתיאוריה זו.
בשנות ה-70, ויירה רובין וקנט פורד, הבחינו במשהו מאוד מוזר, משהו שלא אמור לקרות. הם הבחינו בגלקסיה הסמוכה שלנו, אנדרומדה. התצפיות שלהם הראו שהכוכבים הרחק ממרכז הגלקסיה נעים מהר כמו אלה הסמוכים. אם הם נעים מהר במרחק כה עצום ממרכז הגלקסיה, הם חייבים לעוף בנפרד.
תארו לעצמכם גלגל מסתובב, אם הגלגל מסתובב לאט ואתה שם קצת מים על זה, זה יישאר מקל על ההגה. אבל כשאתה מזיז אותו מהר, המים על ההגה יעופו זה מזה. אותו הדבר צריך לקרות במקרה של גלקסיות, אבל זה ההפך שם. הכוכבים במקום לעוף משם נשארים שם. זה יכול לקרות רק אם יש חומר נוסף שכוח המשיכה שלו מעכב את הכוכבים. אבל אסטרונומים ראו שם לא משנה מה, מה שיכול לתמוך בתופעה הזו. תורת היחסות הכללית לא יכולה להסביר את זה.
כיום, מדענים מכנים בעיה זו "חומר אפל", אשר לא ניתן לצפות ישירות אבל הוא שם. מדענים אומרים שלכל גלקסיה יש מקור כבידה לא ידוע. וביקום המוקדם, הוא בטח מילא תפקיד חשוב בהיווצרות גלקסיות.
על פי הערכות, 27% מהיקום עשויים חומר אפל. זה מפחיד כי טריליוני כוכבים וכוכבי לכת, כל היקום הנצפה שאנו יכולים לראות, לעשות רק 5% של היקום כולו. יש מדענים שחושבים שזה מראה כי תורת היחסות הכללית אינה שלמה, ואנחנו צריכים לשנות את זה.
בשנת 2010, אריק ורלינדה, תאוריית מיתרים, הציע שאין שם חומר בלתי נראה (חומר אפל) שיעכב את הכוכבים, ותיאוריית הכבידה שלנו לא יכולה להסביר זאת. תיאוריית הכבידה החדשה שלו, הנקראת "כוח משיכה מגיח", מנבאת בדיוק את אותה סטייה של תנועות המתוארות בדרך כלל על-ידי הכנסת חומר אפל לסיפור. הוא חושב שהת היחסות הכללית עדיין לא שלמה, ואנחנו צריכים לשנות אותה. הוא עובד על זה ומקווה למצוא פתרון בקרוב.
זה מראה עד כמה חומר אפל הוא כישלון של תורת היחסות הכללית. יש לו גבולות, אותו הדבר שקרה עם תורת הכבידה של ניוטון, שלא הצליחה לתאר את טבעו של היקום בקנה מידה גדול. היבט נוסף שהוביל מדענים לפקפק בתיאוריה קשור לאובייקטים שחזו התיאוריה עצמה, כלומר חורים שחורים. חורים שחורים נוצרים כאשר כוכב, לפחות שלוש פעמים מסיבי מאשר השמש שלנו מת עם פיצוץ מרהיב בשם סופרנובה. הפיצוץ הזה התפשט חומר לתוך היקום אבל הליבה נשארת שם. ליבת הכוכבים המסיביים מתמוטטת פנימה על עצמה, ויוצרת נקודה עם צפיפות אינסופית ואפס נפח. נקודה זו נקראת הסינגולריות. מהי סינגולריות? מה קורה משנה בסינגולריות? למדענים אין תשובות לשאלות האלה. ותורת היחסות הכללית מפסיקה לעבוד בתוך חור שחור. משוואות השדה של איינשטיין נשברות בזמן שמדענים מנסים ליישם אותן. הזמן לא קיים שם. החלל לא הגיוני בכלל. אולי, הגרוע מכל הוא שלא מתאים לתיאוריה מדויקת עוד יותר, מכניקת הקוונטים. מכניקת הקוונטים מתארת את התנהגות החומר בקנה מידה קטן ביותר. עם זאת, אין תיאוריה המתארת כיצד כוח המשיכה עובד ברמה הקוונטית. בכל פעם ששתי התיאוריות מנסות להשתלב, אסון מתרחש. לדוגמה, תורת היחסות הכללית קובעת כי המסה מכופפת את המרחב-זמן, שכן לאלקטרון יש מסה, האם הוא מכופף את המרחב-זמן? ממכניקת הקוונטים, אנחנו יודעים שלחלקיקים קוונטיים כמו לאלקטרון אין מיקום מסוים. הם נמצאים במספר מקומות בו זמנית. אז, האם כוח המשיכה הוא גם במקומות שונים בו זמנית? במהלך ניסוי חריץ כפול, אלקטרון עובר דרך שני החורים באותו הזמן. איפה כוח המשיכה כאן? תורת היחסות הכללית של איינשטיין נכשלת ולא יכולה לענות על השאלות האלה. שתי התיאוריות עושות עבודה נהדרת במקומותיהן, אך הן אינן תואמות זו את זו. אבל במקומות כמו חורים שחורים, הם חייבים לעבוד יחד. החיפוש אחר איחוד שתי התיאוריות עדיין נמשך ויש גם מועמדים שונים כמו תורת M וכבידה קוונטית לולאה, אבל הם עדיין לא הוכחו.