Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) ist eine physikalische Theorie der Gravitation, die 1915 von Albert Einstein veröffentlicht wurde. Sie revolutionierte das Verständnis von Raum, Zeit und Gravitation, indem sie die newtonsche Gravitationstheorie ablöste und ein wesentlich umfassenderes Bild des Universums zeichnete. Im Kern besagt die ART, dass Gravitation keine Kraft im herkömmlichen Sinne ist, sondern eine Manifestation der Krümmung der Raumzeit, die durch die Anwesenheit von Masse und Energie verursacht wird. Objekte bewegen sich nicht entlang gerader Linien, sondern folgen den gekrümmten Bahnen in dieser verzerrten Raumzeit, den sogenannten Geodäten. Dies erklärt, warum Planeten die Sonne umkreisen oder Lichtbahnen in der Nähe massiver Objekte abgelenkt werden.

Ein zentrales Konzept der ART ist das Äquivalenzprinzip, das besagt, dass lokale Effekte der Gravitation nicht von denen einer Beschleunigung unterschieden werden können. Dies führte Einstein zu der Erkenntnis, dass Gravitation eine geometrische Eigenschaft der Raumzeit sein muss. Die Theorie beschreibt die Raumzeit als eine vierdimensionale Mannigfaltigkeit, deren Geometrie durch die Einsteinschen Feldgleichungen bestimmt wird. Diese komplexen Gleichungen verknüpfen die Verteilung von Materie und Energie (dargestellt durch den Energie-Impuls-Tensor) mit der Krümmung der Raumzeit (dargestellt durch den Einstein-Tensor). Ihre Lösungen liefern Vorhersagen über die Bewegung von Objekten, die Entwicklung des Universums und Phänomene wie Schwarze Löcher.

Die Allgemeine Relativitätstheorie machte eine Reihe von bahnbrechenden Vorhersagen, die später experimentell bestätigt wurden. Dazu gehören die präzise Erklärung der anomalen Präzession des Merkur-Perihels, die nicht durch die newtonsche Mechanik vollständig erklärt werden konnte. Eine weitere wichtige Vorhersage war die Ablenkung von Lichtstrahlen durch massive Objekte, die erstmals 1919 während einer Sonnenfinsternis von Arthur Eddington beobachtet und damit die Theorie weltweit bekannt machte. Auch die gravitative Rotverschiebung, bei der Licht in einem Gravitationsfeld Energie verliert und sich zu längeren Wellenlagen verschiebt, sowie die Existenz von Gravitationslinsen, bei denen massive Galaxienhaufen das Licht entfernter Objekte bündeln und verzerren, wurden bestätigt.

Zwei der spektakulärsten Vorhersagen der ART sind die Existenz von Schwarzen Löchern und Gravitationswellen. Schwarze Löcher sind Regionen der Raumzeit, in denen die Gravitation so stark ist, dass nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann. Sie entstehen typischerweise aus dem Kollaps massiver Sterne. Gravitationswellen sind Kräuselungen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und durch massive, beschleunigte Objekte wie kollidierende Schwarze Löcher oder Neutronensterne erzeugt werden. Ihre direkte Entdeckung im Jahr 2015 durch das LIGO-Experiment, fast 100 Jahre nach Einsteins Vorhersage, war ein Meilenstein in der Physik und eröffnete ein neues Fenster zum Universum, die Gravitationswellenastronomie.

Die Allgemeine Relativitätstheorie ist die Grundlage der modernen Kosmologie und des Verständnisses der Entwicklung und großräumigen Struktur des Universums. Sie beschreibt erfolgreich Phänomene auf kosmischen Skalen und in starken Gravitationsfeldern. Trotz ihres Erfolgs ist die ART keine vollständige Theorie. Sie ist klassisch und nicht mit der Quantenmechanik vereinbar, die die Welt auf subatomarer Ebene beschreibt. Die Suche nach einer Quantengravitation, die beide Theorien vereint, ist eines der größten ungelösten Probleme der modernen Physik und führt zu Forschungsfeldern wie der Stringtheorie oder der Schleifenquantengravitation. Dennoch bleibt die ART ein Triumph des menschlichen Geistes und eine der elegantesten und erfolgreichsten Theorien der Wissenschaftsgeschichte.