Gravitacijske leće

Usporeni prikaz računalne simulacije binarnog sustava crne jame GW150914 viđeno očima obližnjeg promatrača, tijekom 0,33 s njegova zadnjeg opadanja, stapanja i "ringdowna". Zvjezdano polje iza crnih jama je teško iskrivljeno i naizgled se rotira i kreće, zbog krajnjeg gravitacijskog "lećanja", jer je samo prostorvrijeme iskrivljeno i vučeno okolo rotirajućim crnim jamama.

Gravitacijske leće (slika sa Svemirskog teleskopa Hubble).

Pojava kola se naziva Einsteinov križ: javljaju se 4 slike udaljenog kvazara oko galaksije zbog jake snage gravitacijske leće.

Gravitacijske leće su galaktike ili skupine galaktika koje svojim gravitacijskim poljem skreću svjetlost udaljenih izvora na putu prema Zemlji (skretanje u gravitacijskom polju Sunca potvrđeno je već 1918.), pa nastaju lažne slike, često složene i nepravilne, oblika djeteline, lukova, a katkada i prstena (Einsteinov prsten). Za razliku od galaktika koje su makroleće, zvijezde djeluju kao mikroleće. Gravitacijske leće uzrokuju treptanje svjetlosti udaljenih izvora u vremenu od nekoliko dana koliko im je u gibanju potrebno da prijeđu preko svjetlosnog puta.

Einsteinova teorija gravitacije

Podrobniji članak o temi: Opća teorija relativnosti

Einsteinova teorija gravitacije prelazi u prvom približenju (aproksimaciji) u klasičnu teoriju, a kako su posljedice teorije relativnosti vrlo maleni, to je pokusom teško dokazati njezinu ispravnost. Dosadašnji eksperimentalno dobiveni podatci, kao npr. oni o odstupanju stvarne putanje Merkura oko Sunca od putanje koju daje klasična teorija, ili pak oni o savijanju zraka svjetlosti u gravitacijskom polju Sunca (pomak prema crvenomu dijelu spektra), u skladu su s Einsteinovom teorijom gravitacije. Iako je ta teorija gravitacije skladna, ona je ipak složena, pa je bilo više pokušaja da se nađu jednostavniji principi na kojima bi se mogla izgraditi teorija gravitacije. Najviše uspjeha postigli su George David Birkhoff i Edward Arthur Milne. U novije doba također se mnogo radi na tzv. unificiranoj teoriji polja, kojoj je i Einstein posvetio dugi niz godina istraživanja. Ta teorija trebala bi istim jednadžbama obuhvatiti i gravitacijsko i elektromagnetsko polje. Dosadašnji pokušaji još nisu dali potpuno zadovoljavajuće rezultate.

U Newtonovoj teoriji gravitacije kao osnovni postulati postoje apsolutni prostor i apsolutno vrijeme. Međutim, razradivši (1905.) svoju teoriju relativnosti, Albert Einstein prvi je uvidio da je pojam apsolutnoga vremena, koji je na prvi pogled potpuno logičan, zapravo neodrživ. Da bi se usporedilo vrijeme između dvaju promatrača u različitim sustavima referencije, potrebno je poslužiti se nekim signalom. Jedini je fizikalno mogući način upotreba svjetlosnoga signala. No kako je brzina svjetlosti konstantna i neovisna o sustavu promatranja, Einstein je pokazao da vrijeme mora zavisiti o sustavu. Vrijeme je, a prema tome i pojam istodobnosti dvaju događaja, relativno. Tretirajući vrijeme kao varijablu ekvivalentnu prostornim varijablama, Einstein je, slijedeći put što ga je pokazao Hermann Minkowski, izgradio pojam četverodimenzionalnoga prostora – prostorno vremenskoga kontinuuma. Geometriju takva prostora određuje materija, a gravitacija je samo posljedica geometrije fizikalnoga prostora. Drugim riječima, gravitacija je samo posljedica činjenice da kontinuum prostorvrijeme nije ravan, nego zakrivljen. Čestica materije ubačena u svemir ne bi se gibala po pravcu, kako to traže Newtonove jednadžbe, nego po tzv. geodetskoj liniji, koja fizički predstavlja (vremenski) najkraću stazu između bilo kojih dviju točaka u svemiru. Zrake svjetlosti također se ne šire pravocrtno, nego se i one ponešto savijaju u gravitacijskom polju (gravitacijske leće).