Η γενική σχετικότητα είναι μια επιστημονική θεωρία που περιγράφει πώς αλληλεπιδρούν η ύλη, η ενέργεια, ο χρόνος και ο χώρος. Δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1917 ως επέκταση της θεωρίας του για την ειδική σχετικότητα. Η Γενική Σχετικότητα αντιμετωπίζει τον χώρο και τον χρόνο ως έναν ενιαίο ενοποιημένο τετραδιάστατο «χωροχρόνο». Σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, η ύλη παραμορφώνει τη γεωμετρία του χωροχρόνου και οι παραμορφώσεις του χωροχρόνου προκαλούν την κίνηση της ύλης, την οποία βλέπουμε ως βαρύτητα.
Η βασική υπόθεση της γενικής σχετικότητας είναι ότι οι δυνάμεις που προκαλούνται από τη βαρύτητα και οι δυνάμεις που προκαλούνται από την επιτάχυνση είναι ισοδύναμες. Εάν ένα κλειστό κουτί υφίσταται επιτάχυνση, κανένα πείραμα που γίνεται μέσα στο κουτί δεν μπορεί να πει εάν το κουτί βρίσκεται σε ηρεμία μέσα σε ένα βαρυτικό πεδίο ή επιταχύνεται στο διάστημα. Αυτή η αρχή, ότι όλοι οι φυσικοί νόμοι είναι ίδιοι για τους επιταχυνόμενους παρατηρητές και τους παρατηρητές σε ένα βαρυτικό πεδίο, είναι γνωστή ως η αρχή της ισοδυναμίας. έχει δοκιμαστεί πειραματικά σε περισσότερα από δώδεκα δεκαδικά ψηφία ακρίβειας.
Η πιο σημαντική συνέπεια της αρχής της ισοδυναμίας είναι ότι ο χώρος δεν μπορεί να είναι Ευκλείδειος για όλους τους παρατηρητές. Σε καμπύλο χώρο, όπως ένα στρεβλό φύλλο, οι κανονικοί νόμοι της γεωμετρίας δεν ισχύουν πάντα. Είναι δυνατό στον καμπύλο χώρο να κατασκευαστεί ένα τρίγωνο του οποίου οι γωνίες άθροισμα είναι περισσότερες ή μικρότερες από 180 μοίρες ή να σχεδιάσουμε δύο παράλληλες ευθείες που τέμνονται. Η ειδική σχετικότητα γίνεται όλο και πιο ακριβής καθώς η καμπυλότητα του χωροχρόνου μηδενίζεται. αν ο χωροχρόνος είναι επίπεδος, οι δύο θεωρίες γίνονται πανομοιότυπες. Πώς η ύλη καμπυλώνει το διάστημα υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις πεδίου Αϊνστάιν, οι οποίες έχουν τη μορφή G = T; Το G περιγράφει την καμπυλότητα του χώρου, ενώ το T την κατανομή της ύλης.
Επειδή ο χώρος είναι καμπύλος, τα αντικείμενα στη γενική σχετικότητα δεν κινούνται πάντα σε ευθείες γραμμές, όπως μια μπάλα δεν κινείται σε ευθεία γραμμή αν την κυλήσετε σε μια χοάνη. Ένα αντικείμενο που πέφτει ελεύθερα θα ακολουθεί πάντα τη συντομότερη διαδρομή από το σημείο Α στο σημείο Β, το οποίο δεν είναι απαραίτητα μια ευθεία γραμμή. η γραμμή που διανύει είναι γνωστή ως γεωδαισιακή. Βλέπουμε τις αποκλίσεις από τις ευθείες γραμμές ως την επίδραση της «βαρύτητας» – η Γη δεν κινείται σε ευθεία γραμμή, επειδή ο Ήλιος στρεβλώνει τον χωροχρόνο στην περιοχή της Γης, κάνοντάς τον να κινείται σε ελλειπτική τροχιά.
Καθώς οι δυνάμεις βαρύτητας και οι δυνάμεις επιτάχυνσης είναι πλήρως ισοδύναμες, όλες οι επιδράσεις σε ένα ταχέως κινούμενο αντικείμενο στην ειδική σχετικότητα ισχύουν και για αντικείμενα βαθιά σε βαρυτικά πεδία. Ένα αντικείμενο κοντά σε μια πηγή βαρύτητας θα εκπέμπει φως με μετατόπιση Doppler, ακριβώς σαν να απομακρύνεται με ταχύτητα. Αντικείμενα κοντά σε πηγές βαρύτητας θα φαίνεται επίσης να επιβραδύνουν τον χρόνο και κάθε εισερχόμενο φως θα κάμπτεται από το πεδίο. Αυτό μπορεί να προκαλέσει μια ισχυρή πηγή βαρύτητας να κάμπτει το φως όπως ένας φακός, φέρνοντας στο επίκεντρο μακρινά αντικείμενα. Αυτό το φαινόμενο απαντάται συχνά στην αστρονομία του βαθέως ουρανού, όπου ένας γαλαξίας θα λυγίσει το φως ενός άλλου έτσι ώστε να εμφανιστούν πολλές εικόνες.