Później po stuleciu, kiedy Albert Einstein przedstawił ogólną teorię względności, astronomowie nadal mają żyzne podłoże dla naukowych obserwacji i eksperymentów.
Rewolucyjna idea Einsteina wywodzi się z jego specjalnej teorii względności, opublikowanej 10 lat wcześniej, łącząc przestrzeń i czas w jedno kontinuum czasoprzestrzeni.
Specjalna teoria względności nie uwzględniała efektów grawitacyjnych. Einstein pracował jeszcze 10 lat, aby zrozumieć fizykę, zanim jego odkrycie wpłynęło na cztery części wykładu w Pruskiej Akademii Nauk, który zakończył się 25 listopada 1915 roku.
„Dopóki Albert Einstein nie opublikował swojej ogólnej teorii względności, uważaliśmy, że grawitacja jest jakąś magiczną mocą” - powiedział astrofizyk z NASA Ira Thorpe z Centrum Lotów Kosmicznych Goddard w Greenbelt w stanie Maryland.
Zgodnie z teorią Izaaka Newtona, który przez 200 lat dominował w fizyce, jeśli masa porusza się w jednej części Wszechświata, wszystkie inne masy w pozostałej części Wszechświata powinny natychmiast ruszyć.
Koncepcja ta zaprzecza jednak implikacji specjalnej teorii względności Einsteina, która ustanowiła uniwersalne ograniczenie prędkości, zgodnie z którym nic nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła.
Przykład: nagle słońce znika pewnego dnia . Zgodnie z fizyką newtonowską efekt będzie odczuwalny natychmiast na Ziemi. Zgodnie z teorią Einsteina pokonanie odległości 93 milionów mil między Ziemią a Słońcem zajmie około ośmiu minut, zanim to zauważymy. Einstein zdał sobie również sprawę, że masa może zginać fale grawitacyjne, jak gdyby kula do kręgli toczyła się na trampolinie.
Jednym z najnowszych aspektów ogólnej teorii względności jest poszukiwanie fal grawitacyjnych, które są powodowane przez fale w czasoprzestrzeni spowodowane przez masywne obiekty.
Oprócz kuli do kręgli spada przez trampolinę bardziej niż baseball, obiekty takie jak czarne dziury wypaczają czasoprzestrzeń więcej niż stosunkowo mało znaczące przedmioty, takie jak słońce.
„Istnieje całe spektrum fal grawitacyjnych, podobnie jak całe spektrum fal elektromagnetycznych. Mamy promieniowanie radiowe, podczerwone, ultrafioletowe, widzialne, promieniowanie rentgenowskie, fale grawitacyjne mają te same typy” - powiedział Thorpe.
Chociaż astronomowie nie znaleźli jeszcze żadnych oznak fal grawitacyjnych, wiedzą, że istnieją dzięki symulacjom komputerowym.
Najdłuższe fale grawitacyjne powstały w wyniku Wielkiego Wybuchu 13, 8 miliardów lat temu. „Rozciągają się w całym wszechświecie, podczas gdy się rozszerzają. Rozwijają się wraz z wszechświatem” - powiedział Thorpe.
Niektórzy naukowcy badają pozostałości kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, które są szczególnymi odciskami palców fal grawitacyjnych. Inni żerują na falach grawitacyjnych masywnych, szybko poruszających się obiektów, takich jak podwójne czarne dziury. W przeciwieństwie do większości teleskopów, teleskopy elektromagnetyczne, które służą do wykrywania fal grawitacyjnych, wyglądają bardziej jak mikrofony.
„Dostajesz dużo danych ze wszystkich stron, a potem po prostu je analizujesz”, powiedziała.
Ogólna teoria względności zdominowała ponad 100 lat, ale wkrótce może stanąć w obliczu najtrudniejszej próby. Globalna sieć radioteleskopów, połączonych razem w jeden wspólny teleskop, wyszuka supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centrum galaktyki Drogi Mlecznej.
Czarne dziury są obiektami tak gęstymi, że nawet fotony światła nie mogą uniknąć krzywizny czasoprzestrzeni. Te potwory zostaną wykorzystane do przetestowania ogólnej teorii względności.
Chociaż sama czarna dziura nie może być obserwowana z definicji, naukowcy mają nadzieję prześledzić jej wpływ, aby zobaczyć, jak działa teoria Einsteina. Wyniki pomogą ustalić, czy ogólna teoria względności będzie trwać przez następne 100 lat.
