De speciale relativiteitstheorie beschrijft systemen waarbij de zwaartekracht geen rol speelt; in de algemene relativiteitstheorie daarentegen staat de zwaartekracht centraal.
In de algemene relativiteit is er geen zwaartekracht die voorwerpen van hun natuurlijke, rechte pad afleidt. In plaats daarvan wordt zwaartekracht gezien als veranderingen in de eigenschappen van ruimte en tijd. Dit verandert op zijn beurt de rechtste paden die objecten van nature zullen volgen. De kromming wordt op zijn beurt veroorzaakt door het energie-momentum van materie. Ruimtetijd vertelt materie hoe te bewegen; materie vertelt ruimtetijd hoe te krommen.
Voor zwakke gravitatievelden en lage snelheden ten opzichte van de lichtsnelheid komen de voorspellingen van de theorie overeen met die van Newtons wet van de universele gravitatie. De vergelijkingen van Newton worden gebruikt om reizen in ons zonnestelsel te plannen.
Algemene relativiteit heeft een aantal fysische gevolgen.
Tijddilatatie en frequentieverschuiving
De zwaartekracht beïnvloedt het verstrijken van de tijd. Licht dat in een zwaartekrachtput naar beneden wordt gestuurd, wordt blauwverschoven, terwijl licht dat in de tegenovergestelde richting wordt gestuurd (d.w.z. uit de zwaartekrachtput klimt) roodverschuift; samen staan deze twee effecten bekend als de gravitationele frequentieverschuiving.
Meer in het algemeen verlopen processen dicht bij een massief lichaam langzamer dan processen die verder weg plaatsvinden; dit effect staat bekend als gravitationele tijdsdilatatie.
Lichtafbuiging en gravitationele tijdsvertraging
De algemene relativiteit voorspelt dat het pad van licht in een zwaartekrachtsveld wordt afgebogen; licht dat een massief lichaam passeert, wordt naar dat lichaam afgebogen. Dit effect is bevestigd door te zien hoe het licht van sterren of verre quasars wordt afgebogen wanneer het de zon passeert.
Nauw verwant met lichtafbuiging is de gravitationele tijdsvertraging (of Shapirovertraging), het verschijnsel dat lichtsignalen er langer over doen om door een gravitatieveld te bewegen dan zonder dat veld. Er zijn talrijke succesvolle tests van deze voorspelling geweest.
Een parameter genaamd γ geeft de invloed van de zwaartekracht op de geometrie van de ruimte weer.
Gravitatiegolven
Gravitatiegolven zijn rimpelingen in de kromming van ruimtetijd. Ze bewegen als een golf, die vanaf de bron naar buiten reist. Einstein voorspelde ze in 1915 op basis van zijn algemene relativiteitstheorie. In theorie transporteren gravitatiegolven energie als gravitatiestraling. Bronnen van waarneembare zwaartekrachtgolven zijn bijvoorbeeld binaire stersystemen bestaande uit witte dwergen, neutronensterren of zwarte gaten. In de algemene relativiteit kunnen gravitatiegolven niet sneller reizen dan de lichtsnelheid.
De Nobelprijs voor natuurkunde van 1993 werd toegekend voor metingen aan het dubbelstersysteem Hulse-Taylor. Deze metingen suggereerden dat zwaartekrachtgolven meer zijn dan wiskundige eigenaardigheden.
Op 11 februari 2016 maakten de LIGO Scientific Collaboration en Virgo Collaboration teams bekend dat zij de eerste waarneming van zwaartekrachtgolven, afkomstig van een paar samensmeltende zwarte gaten, hadden gedaan met behulp van de Advanced LIGO detectoren. Op 15 juni 2016 werd een tweede detectie van zwaartekrachtgolven van samensmeltende zwarte gaten aangekondigd. Naast LIGO zijn er nog vele andere observatoria (detectoren) voor zwaartekrachtgolven in aanbouw.
