Limiti della legge gravitazionale di Newton
La legge di gravitazione universale di Newton predice accuratamente gran parte di ciò che vediamo nel nostro sistema solare. Tuttavia, molti fenomeni hanno mostrato una discrepanza rispetto a quanto previsto dalle leggi di Newton, tra cui l'orbita di Mercurio e l'effetto che la gravità ha sulla luce.
La "velocità" di gravitazione
Inoltre, Newton ha intrinsecamente assunto che la gravitazione è una forza di azione a distanza. Cioè, senza contatto fisico, qualsiasi cambiamento nella posizione di una massa è istantaneamente comunicato a tutte le altre masse. Questo presupposto non deriva da alcun primo principio, poiché la teoria di Newton semplicemente non affronta la questione. Con la teoria della relatività speciale di Einstein, l'ipotesi dell'azione a distanza fu abbandonata (il limite di velocità nell'universo è la velocità della luce) e nel 1915 pubblicò la sua teoria della relatività generale.
Relatività generale
La Relatività Generale è una teoria della geometria dello spazio-tempo e di come la massa (e l'accelerazione) distorcono e interagiscono con lo spazio-tempo (vedi Figura 1).
Figura 1: una massa più piccola che orbita nello spazio-tempo distorto di una massa più grande. In effetti, ogni massa o energia distorce lo spazio-tempo.
Non è una teoria delle forze gravitazionali. Per campi gravitazionali deboli, i risultati della relatività generale non differiscono significativamente dalla legge di gravitazione di Newton. Ma per campi gravitazionali intensi, i risultati divergono e la relatività generale ha dimostrato di poter prevedere i risultati corretti. Anche nel campo gravitazionale relativamente debole del nostro Sole alla distanza dell'orbita di Mercurio, possiamo osservarne l'effetto. A partire dalla metà del 1800, l'orbita ellittica di Mercurio è stata attentamente misurata. Tuttavia, sebbene sia ellittica, il suo moto è complicato. Ma la relatività generale predice correttamente le misurazioni. Da allora, molte misure, come la deviazione della luce di oggetti lontani da parte del Sole, hanno verificato che la relatività generale predice correttamente le osservazioni.