La relatividad general es una teoría científica que describe cómo interactúan la materia, la energía, el tiempo y el espacio. Albert Einstein lo publicó por primera vez en 1917 como una extensión de su teoría de la relatividad especial. La relatividad general trata el espacio y el tiempo como un único “espacio-tiempo” unificado de cuatro dimensiones; bajo la relatividad general, la materia deforma la geometría del espacio-tiempo, y las deformaciones del espacio-tiempo hacen que la materia se mueva, lo que vemos como gravedad.
El supuesto básico de la relatividad general es que las fuerzas causadas por la gravedad y las fuerzas causadas por la aceleración son equivalentes. Si una caja cerrada está experimentando una aceleración, ningún experimento realizado dentro de la caja puede decir si la caja está en reposo dentro de un campo gravitacional o si se está acelerando a través del espacio. Este principio, de que todas las leyes físicas son iguales para observadores acelerados y observadores en un campo gravitacional, se conoce como principio de equivalencia; ha sido probado experimentalmente con más de doce lugares decimales de precisión.
La consecuencia más importante del principio de equivalencia es que el espacio no puede ser euclidiano para todos los observadores. En un espacio curvo, como una hoja deformada, las leyes normales de la geometría no siempre se cumplen. En el espacio curvo es posible construir un triángulo cuyos ángulos sumen más o menos de 180 grados, o dibujar dos líneas paralelas que se crucen. La relatividad especial se vuelve cada vez más precisa a medida que la curvatura del espacio-tiempo llega a cero; si el espacio-tiempo es plano, las dos teorías se vuelven idénticas. La forma en que la materia curva el espacio se calcula usando las ecuaciones de campo de Einstein, que toman la forma G = T; G describe la curvatura del espacio, mientras que T describe la distribución de la materia.
Debido a que el espacio es curvo, los objetos en relatividad general no siempre se mueven en línea recta, al igual que una bola no se moverá en línea recta si la enrollas en un embudo. Un objeto en caída libre siempre tomará el camino más corto desde el punto A al punto B, que no es necesariamente una línea recta; la línea que recorre se conoce como geodésica. Vemos las desviaciones de las líneas rectas como la influencia de la «gravedad»: la Tierra no se mueve en línea recta porque el Sol deforma el espacio-tiempo en la vecindad de la Tierra, haciéndolo moverse en una órbita elíptica.
Como las fuerzas gravitacionales y las fuerzas de aceleración son totalmente equivalentes, todos los efectos sobre un objeto que se mueve rápidamente en la relatividad especial también se aplican a los objetos en las profundidades de los campos gravitacionales. Un objeto cercano a una fuente de gravedad emitirá luz desplazada por Doppler, como si se alejara a toda velocidad. Los objetos cercanos a fuentes gravitacionales también parecerán tener tiempo más lento, y cualquier luz entrante será desviada por el campo. Esto puede hacer que una fuerte fuente de gravedad doble la luz como una lente, enfocando objetos distantes; este fenómeno se encuentra a menudo en la astronomía de cielo profundo, donde una galaxia desviará la luz de otra para que aparezcan múltiples imágenes.