W 1915 roku Albert Einstein opublikował swoją Ogólną Teorię Względności. Zgodnie z tą teorią grawitacja nie jest siłą, jak to było brane pod uwagę od czasu opublikowania przez Newtona pracy nad grawitacją. Einstein postrzegał grawitację jako zginanie samej czasoprzestrzenie.
Kiedy umieszczamy ogromny obiekt w przestrzeni, tworzy krzywiznę w tkaninie kosmosu. Obiekty znajdujące się w pobliżu masywnej podążają ścieżką geodezjową w tej krzywiwie. W ten sposób powstaje iluzja, że obiekty przyciągają się nawzajem. Dlatego, gdy rzucasz piłkę z dala od Ziemi, wraca plecami, podążając tą ścieżką geodezjową, a nie z powodu jakiejś tajemniczej siły przyciągania, posiadają przedmioty.
Geodezyjnie oznaczają możliwie najkrótszą linię między dwoma punktami na kuli lub inną zakrzywioną powierzchnią, taką ja
Ta idea zrewolucjonizowała nasze rozumienie Wszechświata. Otworzyło to kierunki do odkrywania Wszechświata, poznania, jaka jest natura natury. Ponieważ Ogólna Teoria Względności została opublikowana po raz pierwszy w 1915 roku, dokonała wielu prognoz i zostały one udowodnione.
Idea Czarnych Dziur lub Mrocznych Aniołów pochodziła z teorii ogólnej teorii względności Einsteina. Według Ogólnej Teorii Względności, im bardziej masywny byłby obiekt, tym więcej krzywizny stworzy w czasoprzestrości. Wyobraź sobie piłkę na trampolinie, mniejsza kula stworzy małą krzywiznę, podczas gdy masywna stworzy większą krzywiznę. W związku z tym, im więcej masy dodasz do obiektu, jego wpływ grawitacyjny wzrośnie.
W przypadku naszej Ziemi, wygina przestrzeń wokół siebie tak, że księżyc pozostaje na orbicie. Dla każdego obiektu w pobliżu jakiegokolwiek ciała niebieskiego, potrzebuje trochę energii, aby uciec od jego oddziaływania grawitacyjnego. Na przykład w przypadku Ziemi obiekt musi mieć energię kinetyczną 11,19 km/s, aby uciec. Prędkość ta, z jaką obiekt może uciec przed wpływem grawitacyjnym innego obiektu i wejść w przestrzeń kosmiczną, nazywana jest prędkością ucieczki. To całkowicie zależy od masy ciała niebieskiego, z którego próbujesz uciec. Ponieważ Słońce jest masywne niż Ziemia, jego prędkość ucieczki wynosi 615 km / s, co oznacza, że musisz pokonać 615 km w ciągu jednej sekundy.
W 1916 roku, rok po opublikowaniu General Relativity, naukowiec Karl Schwarzschild wypracował rozwiązanie ogólnej teorii względności, które przewidywało istnienie obiektu, tak gęstego i tak masywnego, że może zakrzywić przestrzeń wokół niego do nieskończoności. Cóż, rozwiązanie Schwarzschilda nie dawało współczesnej definicji czarnych dziur, ale utorowało drogę do dalszej eksploracji tego tajemniczego obiektu.
Pierwsza nowoczesna definicja czarnych dziur pochodzi z pracy Davida Finkelsteina w 1958 roku. Czarne dziury są definiowane jako region w czasoprzestrzach, z którego nic, nawet światło, nie może uciec. Pamiętaj, że światło jest najszybszą rzeczą we Wszechświecie, a jego prędkość jest ograniczeniem prędkości wszechświata. Amerykański astronom John Wheeler ukuł termin czarna dziura w 1967 roku. Była uważana za wynik matematycznej ciekawości aż do 1971 roku, kiedy to pierwsza czarna dziura, Cygnus X-1, została zauważona w gwiazdozbiorze Łabędzia. Doprowadziło to naukowców do większej wiary w ogólną teorię względności Einsteina. Przewidywał fale grawitacyjne, które zostały odkryte przez obserwatorium LIGO w 2015 roku. Cztery lata później, w 2019 roku, zespół EHT (Event Horizon Telescope) po raz pierwszy uchwycił czarną dziurę.
Kiedy Einstein pracował nad swoją teorią względności, natura Wszechświata była uważana za statyczną. Ale jego równania przewidywały rozszerzający się wszechświat. Wprowadził więc termin zwany Stałą Kosmologiczną, który później nazwał swoim największym błędem.
W 1920 roku, kiedy Edwin Hubble odkrył, że Wszechświat się rozszerza, Einstein przeorganizował swoje równania z tym nowym terminem. Dziś wyjaśnia ekspansję Wszechświata, problem w fizyce zwany Dark Energy. Jest to uważane za tajemnicę, ponieważ nadal nie wiemy, dlaczego Wszechświat się rozszerza. Po dokonaniu tego odkrycia przez Edwina Hubble'a naukowcy myśleli, że ekspansja Wszechświata jest spowodowana Wielkim Wybuchem. Wyobraźcie sobie wybuch, w tej scenie zobaczycie, że cząstki odsuniełyby się od środka. Naukowcy myśleli, że to samo dzieje się z Wszechświatem. Galaktyki cofają się z powodu początkowego ciągu ze względu na energię Wielkiego Wybuchu. Z czasem musi zwolnić z powodu grawitacji. Ale problem zaczął się w 1990 roku, kiedy astronomowie ponownie obserwowali Wszechświat. Obserwacja zaskoczyła naukowców; Zamiast zwalniać, tempo rozszerzania się Wszechświata wzrosło. Nie było znanego powodu, który może wywołać tempo ekspansji. Musi być coś jeszcze, co powoduje, że Wszechświat rozszerza się w coraz szybciej. Ta nieznana siła, która powoduje rozszerzenie Wszechświata, jest określana jako Mroczna Energy.It szacuje się, że energia ta stanowi 68% Wszechświata. Z jednej strony odkrycia udowadniały Einsteinowi rację, ale w tym samym czasie pojawiały się nowe pomysły, które sprawiały, że naukowcy wątpili w tę teorię.
W latach 70., Vira Rubin i Kent Ford, zaobserwowali coś bardzo dziwacznego, coś, co nie powinno się dziać. Zaobserwowali naszą pobliską galaktykę, Andromedę. Ich obserwacje wykazały, że gwiazdy z dala od centrum galaktyki poruszały się tak szybko, jak pobliskie. Jeśli poruszają się szybko w tak ogromnej odległości od centrum galaktyki, muszą odlecieć.
Wyobraź sobie kołowrotek, jeśli koło obraca się powoli i umieścić trochę wody na nim, pozostanie trzymać się koła. Ale kiedy poruszasz go szybko, woda na kole odleci od siebie. To samo powinno mieć miejsce w przypadku galaktyk, ale jest tam odwrotnie. Gwiazdy zamiast odlecieć pozostają tam. Może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy istnieje jakaś dodatkowa materia, której grawitacja powstrzymuje gwiazdy. Ale astronomowie widzieli tam bez względu na to, co może wspierać to zjawisko. Ogólna teoria względności nie może tego wyjaśnić.
Dziś naukowcy nazywają ten problem "Ciemną Materią", której nie można zaobserwować bezpośrednio, ale istnieje. Naukowcy twierdzą, że każda galaktyka ma to nieznane źródło grawitacji. We wczesnym Wszechświecie musiał odgrywać ważną rolę w tworzeniu galaktyk.
Według szacunków, 27% Wszechświata składa się z Ciemnej Materii. To przerażające, że biliony gwiazd i planet, cały obserwowalny Wszechświat, który widzimy, stanowią tylko 5% całego kosmosu. Niektórzy naukowcy uważają, że pokazuje to, że ogólna teoria względności jest niekompletna i musimy ją zmodyfikować.
W 2010 roku Erik Verlinde, teoronista smyczkowy, zasugerował, że nie ma niewidzialnej materii (Dark Matter), która powstrzymywałaby gwiazdy, a nasza teoria grawitacji nie może tego wyjaśnić. Jego nowa teoria grawitacji, zwana Emergent Gravity, przewiduje dokładnie to samo odchylenie ruchów zwykle opisywanych przez wstawienie ciemnej materii do historii. Uważa on, że ogólna teoria względności jest nadal niekompletna i musimy ją zmodyfikować. Pracuje nad tym i ma nadzieję, że wkrótce znajdzie rozwiązanie.
To pokazuje, jak ciemna materia jest porażką ogólnej teorii względności. Ma granice, to samo, co stało się z teorią grawitacji Newtona, która nie była w stanie opisać natury Wszechświata na dużą skalę. Innym aspektem, który skłonił naukowców do wątpliwości, teoria jest związana z obiektami przewidywanymi przez samą teorię, czyli czarnymi dziurami. Czarne dziury powstają, gdy gwiazda, co najmniej trzy razy masywna od naszego Słońca, umiera ze spektakularną eksplozją zwaną Supernova. Ta eksplozja rozprzestrzeniła materię do Wszechświata, ale rdzeń pozostaje tam. Rdzeń masywnych gwiazd zapada się do wewnątrz na siebie, tworząc punkt o nieskończonej gęstości i zerowej objętości. Ten punkt jest nazywany osobliwością. Co to jest osobliwość? Co się dzieje z materią w osobliwości? Naukowcy nie mają odpowiedzi na te pytania. A ogólna teoria względności przestaje działać wewnątrz czarnej dziury. Równania pola Einsteina pękają, gdy naukowcy próbują je zastosować. Czas tam nie istnieje. Przestrzeń w ogóle nie ma sensu. Może najgorsze jest to, że nie pasuje do jeszcze dokładniejszej teorii, Mechanika Kwantowa. Mechanika kwantowa opisuje zachowanie materii na bardzo małą skalę. Jednak nie ma teorii, która opisuje, jak grawitacja działa na poziomie kwantowym. Za każdym razem, gdy obie teorie są próbą połączenia, dochodzi do katastrofy. Na przykład ogólna teoria względności stwierdza, że masa wygina czasoprzestną, ponieważ elektron ma masę, czy zgina czasoprzestłony? Z Mechaniki Kwantowej wiemy, że cząstki kwantowe takie jak elektron nie mają określonej pozycji. Znajdują się one w wielu miejscach w tym samym czasie. Czy grawitacja jest również w różnych miejscach w tym samym czasie? Podczas eksperymentu z podwójną szczeliną elektron przechodzi przez oba otwory w tym samym czasie. Gdzie jest tu grawitacja? Ogólna teoria względności Einsteina zawodzi i nie może odpowiedzieć na te pytania. Obie teorie robią świetną robotę w swoich miejscach, ale są one niezgodne ze sobą. Ale w miejscach takich jak Czarne dziury muszą ze sobą współpracować. Poszukiwanie zjednoczenia obu teorii nadal trwa i istnieje również różnych kandydatów, takich jak M-teoria i Loop Quantum Gravity, ale nadal nie są one udowodnione.