Die Allgemeine Relativitätstheorie

Aus den Unzulänglichkeiten der SRT erwuchs die Allgemeine Relativitätstheorie. Sie ist die heutzutage erfolgreichste Gravitationstheorie. Sie verknüpft die Wirkungen der Gravitation eng mit der Struktur von Raum und Zeit: Da alle Objekte von der Gravitation gleichermaßen beeinflusst werden (Universalität, siehe Abschnitt 1.2.1), kann man die sich ergebenden gravitativen Effekte nach Einstein als Eigenschaften der Raumzeit deuten; diese Eigenschaften werden von Materie- und Energieinhalt des Raumes bestimmt: Jegliche Form von Energie wirkt sich in gewisser Weise auf die Krümmung des Raumes und damit auch auf seine Geometrie auf. In der Newton'schen Mechanik bewegen sich kräftefreie Körper auf Geraden. Dies sind Geodäten, d. h. ,,geradestmögliche`` Kurven (siehe Abschnitt 3.4). Auch in der ART bewegen sich Körper auf Geodäten. Da jedoch durch die Anwesenheit von Masse und Energie der Raum gekrümmt wird, sind dies keine Geraden mehr, sondern entsprechend gekrümmte Kurven, wie z. B. die bekannten Umlaufbahnen von Planeten. Frei fallende Körper werden in der ART deshalb als kräftefrei betrachtet, ihre Bewegungen in der Raumzeit sind rein durch die Geometrie bestimmt. Die Bezugssysteme frei fallender Körper sind somit lokale Inertialsysteme. Dies erkennt man experimentell z. B. an der Schwerelosigkeit in frei um die Erde ,,fallenden`` Raumschiffen.

Die Gravitation wird in der ART also nicht mehr als Kraft gesehen, sondern als Krümmung des Raumes; diese wird wiederum durch die Anwesenheit von Materie und Energie bestimmt. Die genaue Form dieser Abhängigkeit wird durch die Einstein'schen Feldgleichungen gegeben (Gleichung (4.2)).

Die ART umfasst in zweifacher Hinsicht die SRT, die experimentell mittlerweile sehr gut abgesichert ist, als Spezialfall:

1. Bei einem leeren Raum ergibt die ART die Raumzeitstruktur der SRT (Minkowski-Raum).
2. In frei fallenden Bezugssystemen gelten lokal die Gesetze der SRT (Äquivalenzprinzip).