Relatywność: Absolutna i względna

Relatywność⁚ Absolutna i względna

Relatywność odnosi się do sposobu, w jaki obserwujemy i mierzymy ruch oraz inne zjawiska fizyczne. W fizyce istnieją dwa zasadnicze podejścia⁚ relatywność absolutna i względna.

Wprowadzenie

Pojęcie relatywności stanowi fundamentalny element współczesnej fizyki, odgrywając kluczową rolę w naszym rozumieniu przestrzeni, czasu i grawitacji. Relatywność odnosi się do sposobu, w jaki obserwujemy i mierzymy ruch oraz inne zjawiska fizyczne. W fizyce istnieją dwa zasadnicze podejścia⁚ relatywność absolutna i względna. Relatywność absolutna zakłada istnienie absolutnego punktu odniesienia, względem którego wszystkie ruchy i zjawiska są mierzone. W tym ujęciu czas i przestrzeń są postrzegane jako niezależne od obserwatora i stanowią absolutne tło dla wszystkich zdarzeń. Z kolei relatywność względna, rozwijana przez Alberta Einsteina w XX wieku, zakłada, że ​​nie istnieje absolutny punkt odniesienia i że wszystkie obserwacje są względne względem wybranego układu odniesienia. W tym ujęciu czas i przestrzeń są połączone w jednolitą czasoprzestrzeń, a ich własności zależą od ruchu obserwatora.

Pojęcie względności

Pojęcie względności odnosi się do faktu, że obserwacje i pomiary fizyczne są zależne od układu odniesienia, w którym są dokonywane. Oznacza to, że dwie osoby obserwujące to samo zjawisko z różnych punktów widzenia mogą dojść do różnych wniosków. Na przykład, jeśli dwie osoby stoją na przeciwnych końcach pociągu jadącego z dużą prędkością, jedna z nich obserwuje, że druga osoba porusza się z prędkością równą prędkości pociągu, podczas gdy druga osoba obserwuje, że pierwsza osoba jest w spoczynku. W tym przypadku ruch jest względny względem wybranego układu odniesienia. Współczesna fizyka, w szczególności teoria względności Einsteina, głęboko zakorzeniona jest w pojęciu względności, które odgrywa kluczową rolę w naszym rozumieniu przestrzeni, czasu i grawitacji.

Absolutność w fizyce klasycznej

Fizyka klasyczna, rozwijana przez Izaaka Newtona i jego następców, opierała się na pojęciu absolutności. Zakładano, że czas i przestrzeń są absolutne, niezależne od obserwatora i stanowią stałe tło dla wszystkich zjawisk fizycznych. W tym ujęciu czas płynie jednakowo dla wszystkich obserwatorów, a odległości między obiektami są identyczne niezależnie od ich ruchu. Absolutność w fizyce klasycznej była ściśle związana z pojęciem eteru, hipotetycznego medium wypełniającego całą przestrzeń, które miało służyć jako nośnik fal elektromagnetycznych, takich jak światło. Zakładano, że eter stanowi absolutny punkt odniesienia, względem którego można mierzyć ruch wszystkich obiektów.

Pojęcie eteru

Eter, hipotetyczne medium wypełniające całą przestrzeń, odgrywał kluczową rolę w fizyce klasycznej. Zakładano, że eter stanowi absolutny punkt odniesienia, względem którego można mierzyć ruch wszystkich obiektów. Eter miał być nośnikiem fal elektromagnetycznych, takich jak światło, i miał wyjaśniać, w jaki sposób światło może rozchodzić się w próżni. W XIX wieku przeprowadzono wiele eksperymentów, których celem było wykrycie eteru i zmierzenie jego własności. Jednym z najbardziej znanych eksperymentów był eksperyment Michelsona-Morleya, który miał na celu wykrycie ruchu Ziemi względem eteru. Eksperyment ten dał jednak wynik negatywny, co doprowadziło do poważnych wątpliwości co do istnienia eteru i stało się jednym z impulsów do rozwoju teorii względności Einsteina.

Newtonowskie prawa ruchu

Newtonowskie prawa ruchu, sformułowane przez Izaaka Newtona w XVII wieku, stanowią podstawę mechaniki klasycznej i opisują ruch obiektów w przestrzeni. Pierwsze prawo Newtona, zwane zasadą bezwładności, stwierdza, że ​​każde ciało pozostaje w spoczynku lub w ruchu jednostajnym prostoliniowym, dopóki nie zostanie zmuszone do zmiany tego stanu przez przyłożoną siłę. Drugie prawo Newtona, zwane zasadą dynamiki, stwierdza, że ​​przyspieszenie ciała jest proporcjonalne do siły działającej na to ciało i odwrotnie proporcjonalne do jego masy. Trzecie prawo Newtona, zwane zasadą akcji i reakcji, stwierdza, że ​​każdej akcji towarzyszy równa i przeciwnie skierowana reakcja.

Współczesne rozumienie względności

Współczesne rozumienie względności opiera się na teorii względności Alberta Einsteina, która zrewolucjonizowała nasze pojmowanie przestrzeni, czasu i grawitacji. Teoria ta zakłada, że ​​nie istnieje absolutny punkt odniesienia i że wszystkie obserwacje są względne względem wybranego układu odniesienia. Czas i przestrzeń są połączone w jednolitą czasoprzestrzeń, a ich własności zależą od ruchu obserwatora. Teoria względności dzieli się na dwie części⁚ teorię względności szczególną, która zajmuje się ruchem w układach bezwładnościowych, oraz teorię względności ogólną, która rozszerza teorię szczególną na układy niebezwładnościowe i opisuje grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni.

Teoria względności Einsteina

Teoria względności Einsteina, sformułowana na początku XX wieku, stanowi rewolucyjne ujęcie fizyki, odrzucając pojęcie absolutnego czasu i przestrzeni. Teoria ta opiera się na dwóch fundamentalnych postulatach⁚ zasadzie względności, która głosi, że ​​prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów poruszających się ze stałą prędkością, oraz stałości prędkości światła w próżni, która jest niezależna od ruchu źródła światła i obserwatora. Teoria ta prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak dylatacja czasu, skrócenie długości i równoważność masy i energii. Teoria względności Einsteina jest jednym z najważniejszych osiągnięć fizyki XX wieku i stanowi podstawę naszego współczesnego rozumienia wszechświata.

Podstawowe założenia teorii względności

Teoria względności Einsteina opiera się na dwóch podstawowych założeniach, które rewolucjonizują nasze rozumienie przestrzeni, czasu i grawitacji. Pierwsze założenie, zwane zasadą względności, głosi, że ​​prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów poruszających się ze stałą prędkością. Oznacza to, że ​​nie ma preferencyjnego układu odniesienia, a wszystkie układy bezwładnościowe są równoważne. Drugie założenie, zwane stałością prędkości światła, głosi, że ​​prędkość światła w próżni jest stała i niezależna od ruchu źródła światła i obserwatora. Te dwa założenia prowadzą do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak dylatacja czasu, skrócenie długości i równoważność masy i energii.

Ramy odniesienia

W fizyce, ramą odniesienia nazywamy układ współrzędnych, względem którego opisujemy ruch i położenie obiektów. Ramy odniesienia są niezbędne do precyzyjnego określenia ruchu i położenia obiektów, ponieważ ruch jest zawsze względny, a nie absolutny. Istnieją dwa główne rodzaje ram odniesienia⁚ ramy bezwładnościowe i ramy niebezwładnościowe. Ramy bezwładnościowe to takie, w których ciało pozostaje w spoczynku lub w ruchu jednostajnym prostoliniowym, dopóki nie zostanie zmuszone do zmiany tego stanu przez przyłożoną siłę. Ramy niebezwładnościowe to takie, w których ciało podlega przyspieszeniu, na przykład podczas ruchu po okręgu lub w polu grawitacyjnym.

Ramy bezwładnościowe

Ramy bezwładnościowe to takie, w których ciało pozostaje w spoczynku lub w ruchu jednostajnym prostoliniowym, dopóki nie zostanie zmuszone do zmiany tego stanu przez przyłożoną siłę. W ramie bezwładnościowej nie ma sił bezwładności, a prawa ruchu Newtona obowiązują w ich pełnej postaci. Przykładem ramy bezwładnościowej jest statek kosmiczny poruszający się ze stałą prędkością w przestrzeni kosmicznej, gdzie nie ma żadnych sił zewnętrznych działających na niego. Teoria względności szczególnej Einsteina zajmuje się ruchem w układach bezwładnościowych, gdzie czas i przestrzeń są połączone w jednolitą czasoprzestrzeń, a ich własności zależą od ruchu obserwatora.

Ramy niebezwładnościowe

Ramy niebezwładnościowe to takie, w których ciało podlega przyspieszeniu, na przykład podczas ruchu po okręgu lub w polu grawitacyjnym. W ramie niebezwładnościowej pojawiają się siły bezwładności, które są pozornymi siłami działającymi na ciało w wyniku przyspieszenia ramy. Przykładem ramy niebezwładnościowej jest samochód poruszający się z przyspieszeniem, gdzie pasażerowie odczuwają siłę bezwładności, która naciska ich na oparcie siedzenia. Teoria względności ogólna Einsteina rozszerza teorię szczególną na układy niebezwładnościowe i opisuje grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, co powoduje, że ​​ciała poruszają się po geodezyjnych, czyli najkrótszych ścieżkach w zakrzywionej czasoprzestrzeni.

Wpływ przyspieszenia na obserwacje

Przyspieszenie ma znaczący wpływ na obserwacje i pomiary fizyczne. W ramie niebezwładnościowej, gdzie obserwator podlega przyspieszeniu, pojawiają się siły bezwładności, które wpływają na ruch ciał i mogą być mylone z siłami rzeczywistymi. Na przykład, jeśli obserwator stoi w windzie, która przyspiesza w górę, odczuwa siłę, która naciska go na podłogę. Siła ta nie jest rzeczywistą siłą grawitacji, ale siłą bezwładności, powstałą w wyniku przyspieszenia windy. Przyspieszenie może również wpływać na czas i przestrzeń, jak to pokazuje teoria względności ogólna, gdzie grawitacja jest interpretowana jako zakrzywienie czasoprzestrzeni.

Przyspieszenie i siła bezwładności

W ramie niebezwładnościowej, gdzie obserwator podlega przyspieszeniu, pojawiają się siły bezwładności, które są pozornymi siłami działającymi na ciało w wyniku przyspieszenia ramy. Siły te są odczuwalne przez obserwatora jako siły rzeczywiste, ale w rzeczywistości są one efektem przyspieszenia ramy odniesienia. Na przykład, jeśli obserwator stoi w windzie, która przyspiesza w górę, odczuwa siłę, która naciska go na podłogę. Siła ta nie jest rzeczywistą siłą grawitacji, ale siłą bezwładności, powstałą w wyniku przyspieszenia windy. Siły bezwładności są ważne w wielu zastosowaniach, na przykład w projektowaniu pojazdów i samolotów, gdzie należy uwzględnić ich wpływ na ruch ciał.

Przyspieszenie a grawitacja

Teoria względności ogólna Einsteina ujawnia głęboką zależność między przyspieszeniem a grawitacją. Według tej teorii, grawitacja nie jest siłą, jak to było w fizyce klasycznej, ale zakrzywieniem czasoprzestrzeni spowodowanym przez masę i energię. Przyspieszenie w polu grawitacyjnym jest równoważne przyspieszeniu w ramie niebezwładnościowej, co oznacza, że ​​nie można odróżnić lokalnie efektu grawitacji od efektu przyspieszenia. To fundamentalne spostrzeżenie, znane jako zasada równoważności, jest jednym z kamieni węgielnych teorii względności ogólnej i prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak zakrzywienie trajektorii światła w polu grawitacyjnym i dylatacja czasu w pobliżu masywnych obiektów.

Teoria względności szczególna

Teoria względności szczególna, sformułowana przez Alberta Einsteina w 1905 roku, zajmuje się ruchem w układach bezwładnościowych, czyli takich, w których ciało pozostaje w spoczynku lub w ruchu jednostajnym prostoliniowym, dopóki nie zostanie zmuszone do zmiany tego stanu przez przyłożoną siłę. Teoria ta opiera się na dwóch podstawowych postulatach⁚ zasadzie względności, która głosi, że ​​prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów poruszających się ze stałą prędkością, oraz stałości prędkości światła w próżni, która jest niezależna od ruchu źródła światła i obserwatora. Teoria ta prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak dylatacja czasu, skrócenie długości i równoważność masy i energii;

Podstawowe pojęcia

Teoria względności szczególna wprowadza szereg fundamentalnych pojęć, które rewolucjonizują nasze rozumienie przestrzeni, czasu i ruchu. Jednym z najważniejszych pojęć jest zasada względności, która głosi, że ​​prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów poruszających się ze stałą prędkością. Oznacza to, że ​​nie ma preferencyjnego układu odniesienia, a wszystkie układy bezwładnościowe są równoważne. Kolejnym kluczowym pojęciem jest stałość prędkości światła w próżni, która jest niezależna od ruchu źródła światła i obserwatora. Te dwa postulaty prowadzą do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak dylatacja czasu, skrócenie długości i równoważność masy i energii.

Ruch jednostajny prostoliniowy

Ruch jednostajny prostoliniowy to ruch, w którym ciało porusza się po linii prostej z stałą prędkością. W fizyce klasycznej ruch ten jest opisywany jako brak przyspieszenia, czyli brak zmiany prędkości. W teorii względności szczególnej ruch jednostajny prostoliniowy jest jednym z podstawowych przypadków rozważanych w kontekście zasady względności. Z punktu widzenia obserwatora poruszającego się z tą samą prędkością co ciało, ciało to wydaje się być w spoczynku. To pokazuje, że ​​ruch jest zawsze względny, a nie absolutny.

Zasada względności

Zasada względności, jedna z podstawowych zasad teorii względności szczególnej, głosi, że ​​prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów poruszających się ze stałą prędkością. Oznacza to, że ​​nie ma preferencyjnego układu odniesienia, a wszystkie układy bezwładnościowe są równoważne. W praktyce oznacza to, że ​​nie można wyróżnić “absolutnego spoczynku”, a wszystkie ruch jest względny. Na przykład, jeśli dwie osoby stoją na przeciwnych końcach pociągu jadącego z dużą prędkością, jedna z nich obserwuje, że ​​druga osoba porusza się z prędkością równą prędkości pociągu, podczas gdy druga osoba obserwuje, że ​​pierwsza osoba jest w spoczynku.

Stałość prędkości światła

Stałość prędkości światła w próżni jest drugim podstawowym postulatem teorii względności szczególnej. Głosi ona, że ​​prędkość światła w próżni jest stała i niezależna od ruchu źródła światła i obserwatora. Oznacza to, że ​​światło rozchodzi się z tą samą prędkością (c = 299 792 458) m/s, niezależnie od tego, czy jest emitowane przez źródła poruszające się z dużą prędkością, czy jest obserwowane przez obserwatorów poruszających się z różnymi prędkościami. Stałość prędkości światła jest jednym z najbardziej rewolucyjnych wyników teorii względności szczególnej i prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak dylatacja czasu i skrócenie długości.

Główne konsekwencje teorii względności szczególnej

Teoria względności szczególna prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, które rewolucjonizują nasze rozumienie przestrzeni, czasu i ruchu. Jedną z najważniejszych konsekwencji jest dylatacja czasu, która głosi, że ​​czas płynie wolniej dla obserwatora poruszającego się z dużą prędkością względem obserwatora w spoczynku. Kolejną konsekwencją jest skrócenie długości, która głosi, że ​​długość ciała poruszającego się z dużą prędkością jest mniejsza z punktu widzenia obserwatora w spoczynku. Teoria względności szczególnej prowadzi również do równoważności masy i energii, wyrażonej słynnym równaniem $E=mc^2$, które głosi, że ​​masa jest formą energii i może być zamieniana na energię i odwrotnie.

Jednoczesność

Pojęcie jednoczesności, czyli występowania dwóch zdarzeń w tym samym czasie, jest jednym z podstawowych konceptów w fizyce. W fizyce klasycznej jednoczesność jest absolutna, czyli dwa zdarzenia są jednocześnie dla wszystkich obserwatorów. Jednak teoria względności szczególnej pokazuje, że ​​jednoczesność jest względna, a nie absolutna. Oznacza to, że ​​dwa zdarzenia, które są jednocześnie dla jednego obserwatora, mogą nie być jednocześnie dla innego obserwatora poruszającego się z różną prędkością. To zjawisko wynika z faktu, że ​​światło rozchodzi się z końcową prędkością, a czas płynie różnie dla różnych obserwatorów.

Dylatacja czasu

Dylatacja czasu to zjawisko, w którym czas płynie wolniej dla obserwatora poruszającego się z dużą prędkością względem obserwatora w spoczynku. Zjawisko to jest jednym z najbardziej zaskakujących wyników teorii względności szczególnej i jest wynikiem stałości prędkości światła w próżni. Im większa jest prędkość obserwatora, tym wolniej płynie dla niego czas. Dylatacja czasu jest mierzalna i została potwierdzona w licznych eksperymentach, na przykład w eksperymentach z zegarami atomowymi umieszczonymi na samolotach poruszających się z dużą prędkością. Dylatacja czasu ma znaczenie w wielu dziedzinach, na przykład w nawigacji satelitarnej i fizyce czastek elementarnych.

Skrócenie długości

Skrócenie długości to zjawisko, w którym długość ciała poruszającego się z dużą prędkością jest mniejsza z punktu widzenia obserwatora w spoczynku. Zjawisko to jest wynikiem stałości prędkości światła w próżni i jest powiązane z dylatacją czasu. Im większa jest prędkość ciała, tym krótsza jest jego długość z punktu widzenia obserwatora w spoczynku. Skrócenie długości jest mierzalne i zostało potwierdzone w licznych eksperymentach, na przykład w eksperymentach z cząstkami elementarnymi poruszającymi się z dużą prędkością. Skrócenie długości ma znaczenie w wielu dziedzinach, na przykład w fizyce jądrowej i fizyce astrofizyce.

Teoria względności ogólna

Teoria względności ogólna, sformułowana przez Alberta Einsteina w 1915 roku, jest rozszerzeniem teorii względności szczególnej na układy niebezwładnościowe i opisuje grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni. Teoria ta zakłada, że ​​masa i energia zakrzywiają czasoprzestrzeń, a ciała poruszają się po geodezyjnych, czyli najkrótszych ścieżkach w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Teoria względności ogólna jest jednym z najważniejszych osiągnięć fizyki XX wieku i stanowi podstawę naszego współczesnego rozumienia grawitacji i wszechświata.

Podstawowe pojęcia

Teoria względności ogólna wprowadza szereg fundamentalnych pojęć, które rewolucjonizują nasze rozumienie grawitacji i struktury wszechświata. Jednym z najważniejszych pojęć jest zasada równoważności, która głosi, że ​​przyspieszenie w polu grawitacyjnym jest równoważne przyspieszeniu w ramie niebezwładnościowej. Oznacza to, że ​​nie można odróżnić lokalnie efektu grawitacji od efektu przyspieszenia. Kolejnym kluczowym pojęciem jest zakrzywiona czasoprzestrzeń, która jest wynikiem obecności masy i energii w wszechświecie. Grawitacja jest interpretowana jako zakrzywienie czasoprzestrzeni, a ciała poruszają się po geodezyjnych, czyli najkrótszych ścieżkach w zakrzywionej czasoprzestrzeni.

Zasada równoważności

Zasada równoważności, jedna z podstawowych zasad teorii względności ogólnej, głosi, że ​​przyspieszenie w polu grawitacyjnym jest równoważne przyspieszeniu w ramie niebezwładnościowej. Oznacza to, że ​​nie można odróżnić lokalnie efektu grawitacji od efektu przyspieszenia. Na przykład, obserwator w windzie przyspieszającej w górę odczuwa siłę, która naciska go na podłogę, podobną do siły grawitacji. Zasada równoważności jest fundamentem teorii względności ogólnej i prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, takich jak zakrzywienie trajektorii światła w polu grawitacyjnym i dylatacja czasu w pobliżu masywnych obiektów.

Zakrzywiona czasoprzestrzeń

Zakrzywiona czasoprzestrzeń jest jednym z najważniejszych konceptów teorii względności ogólnej. Według tej teorii, masa i energia zakrzywiają czasoprzestrzeń, podobnie jak kula na rozciągniętej powierzchni tworzy zagłębienie. Grawitacja jest wynikiem tego zakrzywienia czasoprzestrzeni, a ciała poruszają się po geodezyjnych, czyli najkrótszych ścieżkach w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Zakrzywienie czasoprzestrzeni jest odpowiedzialne za wiele zjawisk grawitacyjnych, takich jak zakrzywienie trajektorii światła w polu grawitacyjnym i dylatacja czasu w pobliżu masywnych obiektów.

Geodezyjne

Geodezyjne to najkrótsze ścieżki w zakrzywionej czasoprzestrzeni. W teorii względności ogólnej ciała poruszają się po geodezyjnych pod wpływem grawitacji. Geodezyjne są analogiczne do linii prostych w przestrzeni euklidesowej, ale w zakrzywionej czasoprzestrzeni są one zakrzywione pod wpływem masy i energii. Na przykład, trajektoria planety wokół słońca jest geodezyjną w zakrzywionej czasoprzestrzeni stworzonej przez masę słońca. Geodezyjne są ważnym narzędziem do opisu ruchu ciał w polu grawitacyjnym i są stosowane w wielu dziedzinach fizyki, takich jak astrofizyka i kosmologia.

Główne konsekwencje teorii względności ogólnej

Teoria względności ogólna prowadzi do szeregu zaskakujących konsekwencji, które rewolucjonizują nasze rozumienie grawitacji i struktury wszechświata. Jedną z najważniejszych konsekwencji jest grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni, które głosi, że ​​światło emitowane z pola grawitacyjnego jest przesunięte w stronę czerwieni widma. Kolejną konsekwencją jest istnienie czarnych dziur, obiektów o tak dużej gęstości, że ​​ich siła grawitacji nie pozwala na ucieczkę nawet światłu. Teoria względności ogólna jest również podstawą kosmologii, która zajmuje się badaniem struktury i ewolucji wszechświata.

Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni

Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni to zjawisko, w którym światło emitowane z pola grawitacyjnego jest przesunięte w stronę czerwieni widma. Zjawisko to jest wynikiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masę i energię. Im silniejsze pole grawitacyjne, tym większe jest przesunięcie ku czerwieni. Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni zostało potwierdzone w licznych obserwacjach astronomicznych, na przykład w obserwacjach światła pochodzącego z gwiazd neutronowych i czarnych dziur. Zjawisko to jest ważnym narzędziem do badania pola grawitacyjnego i struktury wszechświata.

Czarne dziury

Czarne dziury to obiekty o tak dużej gęstości, że ​​ich siła grawitacji nie pozwala na ucieczkę nawet światłu. Istnienie czarnych dziur jest jednym z najbardziej zaskakujących wyników teorii względności ogólnej. Czarne dziury powstają w wyniku zapadnięcia się gwiazd o dużej masie pod wpływem własnej grawitacji. W centrum czarnej dziury znajduje się osobliwość, punkt o nieskończonej gęstości, w którym wszystkie znane prawa fizyki przestają obowiązywać. Czarne dziury są ważnym obiektem badania w astrofizyce i kosmologii, a ich badanie pozwala nam lepiej zrozumieć grawitację i strukturę wszechświata.

Kosmologia

Kosmologia to dziedzina fizyki zajmująca się badaniem struktury i ewolucji wszechświata. Teoria względności ogólna jest podstawą współczesnej kosmologii, ponieważ pozwala nam zrozumieć grawitację na skali kosmicznej. Kosmologia zajmuje się takimi zagadnieniami, jak powstanie wszechświata, jego rozszerzanie się, powstawanie galaktyk i gwiazd oraz ewolucja struktury wszechświata. Teoria względności ogólna pozwala nam również zrozumieć zjawiska takie jak mikrofalowe tło kosmiczne, które jest reliktem z początków wszechświata, oraz zakrzywienie czasoprzestrzeni na skali kosmicznej.