برای نوشتاری مقدماتی‌تر را ببینید. (به : ) نظریه‌ای برای است که در سال توسط منتشر شد و توصیف کنونی گرانش در است. این نظریه تعمیمی بر نظریهٔ و است که توصیف یکپارچه‌ای از گرانش به‌عنوان یک ویژگی هندسی ارائه می‌دهد.
 این نظریه، گرانش را به‌عنوان یک عامل هندسی و نه یک بررسی می‌کند. در این نظریه، توسط بررسی می‌شود. فضازمان مستقیماً با و کل و موجود متناسب است. این رابطه توسط سیستمی از به نام نمایش داده می‌شوند. پایهٔ نظری گرانش در ، این نظریه و تعمیم‌های آن است.
 نظریهٔ اینشتین جنبه‌های مهمی دارد. مثلاً این نظریه وجود را به‌عنوان وضعیت پایانی ستاره‌های بزرگ پیش‌بینی می‌کند. شواهد گسترده‌ای موجود است که تابش بسیار شدید منتشرشده از برخی انواع اجسام اخترفیزیکی ناشی از وجود سیاهچاله‌ها است. مثلاً و ، به‌ترتیب نتیجهٔ وجود و هستند. خم شدن نور بر اثر گرانش می‌تواند منجر به پدیدهٔ شود که بر اثر آن چندین تصویر از یک جسم اخترفیزیکی دوردست در آسمان دیده می‌شود. نسبیت عام همچنین وجود را پیش‌بینی می‌کند که مشاهدهٔ آن‌ها برای نخستین بار در سال ۲۰۱۶ و پس از گذشت صد سال از پیش‌بینی اینشتین در مورد وجود این امواج، به کمک تأسیسات (LIGO) صورت پذیرفت، 
هرچند قبلاً وجود این امواج به‌طور غیرمستقیم تأیید شده‌بود. پروژه‌هایی همچون و پروژهٔ با هدف مشاهدهٔ مستقیم این امواج گرانشی راه‌اندازی شده‌اند. افزون بر این، نسبیت عام پایهٔ مدل‌های رایج کنونی ، که برمبنای جهانِ در حال هستند، را تشکیل می‌دهد.
 برخی از پیش‌بینی‌های نسبیت عام به میزان قابل‌توجهی با پیش‌بینی‌های فیزیک کلاسیک تفاوت دارند؛ به‌ویژه آن‌هایی که مرتبط با گذر زمان، هندسهٔ فضا، حرکت اجسام در و انتشار نور هستند. پدیده‌هایی چون ، نور و که ناشی از کندتر بودن گذر زمان در نزدیکی میدان‌های گرانشی قوی است، که به خمیده شدن نور در یک میدان گرانشی قوی اشاره دارد و نمونه‌هایی از این تفاوت‌ها هستند. همچنین تعریف به سادگی فیزیک کلاسیک و حتی نسبیت خاص نیست، در واقع در نسبیت عام نمی‌توان تعریفی کلی برای یک سامانه ارائه داد و تعریف‌های گوناگونی همچون ، و پدید آمده‌اند.
 محدودیت سرعت اجسام مادی به در نسبیت عام، پیامدهایی در مورد فضازمان دربردارد، زیرا تأثیر رویدادها و در نتیجه نیز محدود به سرعت نور می‌باشند. این محدودیت در نسبیت عام به تعریف می‌انجامد که مرزبندی‌هایی در فضازمان هستند. از جملهٔ افق‌ها می‌توان به و اشاره کرد که به ترتیب برخی نواحی از گذشته و آینده را غیرقابل دسترسی می‌نمایند.
 یکی از ویژگی‌های ابهام‌آمیز نسبیت عام تکینگی‌ها هستند که در آن‌ها هندسهٔ فضازمان تعریف نشده‌است. برخی از ، مانند پاسخ شوارتزشیلد و پاسخ کر تکینگی‌های آینده (تکینگی‌های سیاهچاله‌ها) و برخی دیگر مانند پاسخ تکینگی‌های گذشته (تکینگی مهبانگ) را مشخص می‌کنند. ماهیت تکینگی‌ها همچنان در هالهٔ ابهام قرار دارد، هرچند که تلاش‌هایی در زمینه توصیف ساختار آن‌ها صورت گرفته‌است.
 پیش‌بینی‌های نسبیت عام در تمام مشاهدات و آزمایش‌هایی که تا به امروز انجام گرفته‌است، تأیید شده‌اند. نسبیت عام تنها نظریهٔ نسبیتی موجود برای گرانش نیست، بلکه است که با داده‌های تجربی همخوانی دارد. هرچند که پرسش‌هایی هستند که هنوز بی‌پاسخ مانده‌اند و شاید پایه‌ای‌ترین آن‌ها این باشد که چگونه می‌توان نسبیت عام را با قوانین آشتی داد تا بتوان به نظریه‌ای کامل و خودسازگار برای دست یافت.
 
 
 اندکی پس از انتشار در سال ۱۹۰۵، اینشتین در این اندیشه بود که چگونه می‌تواند گرانش را در چارچوب نسبیتی جدیدش جای دهد. در سال ۱۹۰۷ با شروع از یک شامل یک مشاهده‌گر در سقوط آزاد، جستجویی هشت ساله برای دستیابی به نظریه‌ای نسبیتی برای گرانش را آغاز کرد. پس از اشتباهات و انحرافات متعدد سرانجام کار او در قالب آنچه امروزه می‌خوانیم، حاصل داد و در نوامبر ۱۹۱۵ به ارائه شد. این معادلات بیان می‌کنند که چگونه هندسهٔ فضا و زمان از کل ماده و تابش موجود تأثیر می‌پذیرد و هسته نسبیت عام اینشتین را تشکیل می‌دهند. 
 معادلات میدان اینشتین هستند و از این رو یافتن پاسخ برای آن‌ها بسیار دشوار است. در حل مسائل مربوط به اولین پیش‌بینی‌های نظریه اش، اینشتین از روش‌های تقریبی استفاده نمود. اما دیری نپایید که در سال ۱۹۱۶ اخترفیزیکدانی به نام نخستین پاسخ غیر بدیهی برای معادلات اینشتین را پیدا کرد که با نام شناخته می‌شود. این پاسخ امکان توصیف مراحل نهایی و تشکیل اجسامی که امروزه به نام می‌شناسیم، را فراهم نمود. در همان سال نخستین گام‌ها برای تعمیم پاسخ شوارتزشیلد به اجسام آغاز شد. نتیجه این تلاش‌ها بود که امروزه با سیاهچاله‌های دارای بار الکتریکی مرتبط است. در سال ۱۹۱۷ اینشتین نظریه‌اش را در مورد به‌عنوان یک کل به کارگرفت و شاخه نسبیتی را پایه‌گذاری نمود. در آن زمان اینشتین در راستای اندیشهٔ غالب عصر خود جهان را ایستا می‌پنداشت و به همین دلیل پارامتر جدیدی– – را به معادلات اولیهٔ خود افزود تا بتواند آن مشاهده را در نظریه‌اش تکرار نماید. 
اما تا سال ۱۹۲۹ در نتیجهٔ کار و سایرین مشخص شده بود که جهان ما در حال است. انبساط جهان به خوبی توسط بسط جواب‌های کیهانی که توسط در سال ۱۹۲۲ ارائه شد و نیازی به ثابت کیهانی ندارند، قابل توضیح است. با استفاده از این جواب‌ها اولین نسخه از نظریه را فرمول‌بندی کرد که در آن جهان از یک حالت بی‌نهایت داغ و چگال اولیه به وجود آمده‌است. بعدها اینشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه زندگی خود خواند. 
 در خلال آن دوران، نسبیت عام کنجکاوی بسیاری از فیزیک‌دانان نظری را برانگیخته بود. این نظریه به وضوح از برتر بود زیرا با سازگار بود و از عهده توضیح بسیاری از پدیده‌هایی برمی‌آمد که نظریه نیوتنی از توضیح آن‌ها ناتوان بود. خود اینشتین در سال ۱۹۱۵ نشان داد که چگونه نظریه‌اش حرکت تقدیمی غیرعادی حضیض خورشیدی سیاره را بدون استفاده از هیچ‌گونه پارامتر اختیاری توجیه می‌کند. به‌طور مشابهی در سال ۱۹۱۹، طی اکتشافی که توسط صورت گرفت، پیش‌بینی نسبیت عام در مورد انحراف نور ستاره‌ها در طی ، تأیید گردید. و باعث شهرت فوری اینشتین شد. اما تنها با گسترش‌هایی که بین سال‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۷۵ صورت گرفت این نظریه وارد جریان اصلی و شد و از این رو، این دوره را می‌خوانند. به تدریج فیزیکدانان مفهوم سیاهچاله را درک نمودند و را به‌عنوان نمونه‌ای از تجلی اخترفیزیکی این مفهوم شناسایی کردند. آزمایش‌هایی دقیق‌تر از همیشه بر روی منظومه شمسی قدرت پیش‌بینی نظریه را تأیید کردند و گرایش‌هایی برای استفاده از کیهان‌شناسی نسبیتی برای هدایت آزمایش‌های مشاهده‌ای به‌وجود آمد. 
 نسبیت عام را می‌توان با بررسی شباهت‌ها و تفاوت‌هایش با درک نمود. نخستین گام این است که متوجه شویم که مکانیک کلاسیک و قانون گرانش نیوتن به‌طور ضمنی یک توصیف هندسی را می‌پذیرند. با ترکیب این توصیف با قوانین نسبیت خاص به نسبیت عام می‌رسیم. 
 بنیان فیزیک کلاسیک بر این مفهوم استوار است که حرکت یک را می‌توان ترکیبی از حرکت آزاد جسم (یا حرکت ) و انحراف‌هایی از این حرکت لخت دانست. این انحراف‌ها ناشی از نیروهای خارجی است که بر جسم وارد می‌شوند و بر طبق عمل می‌کنند. قانون دوم نیوتن بیان می‌کند که نیروی خالص وارد بر یک جسم برابر با (لختی) آن ضرب در شتاب جسم است. نوع حرکت لخت جسم با هندسه فضا و زمان مرتبط است: در استاندارد فیزیک کلاسیک حرکت لَخت اجسام در خط مستقیم و با سرعت ثابت انجام می‌شود. در ادبیات فیزیک مدرن مسیرهای حرکت لَخت اجسام نامیده می‌شوند که تعمیمی از مفهوم خط راست در هندسهٔ فیزیک کلاسیک هستند، مستقیم در فضازمان خمیده. 
 در روندی معکوس ممکن است این انتظار وجود داشته باشد که با مشخص کردن حرکت لخت اجسام از طریق مشاهدهٔ حرکت واقعی و حذف انحراف‌های مربوط به نیروهای خارجی (مانند و )، می‌توان هندسهٔ فضا و همچنین مختصات زمان را تعریف کرد، اما وقتی پای گرانش به میان می‌آید این موضوع کمی ابهام‌آمیز می‌شود. بر طبق قانون گرانش نیوتن و تأیید آزمایش‌های مستقلی مانند آزمایش و سایرین، سقوط آزاد جهان‌شمول است (این قانون همچنین با نام اصل ضعیف هم‌ارزی یا قانون جهانی برابری جرم لختی و جرم غیرفعال گرانشی شناخته می‌شود): مسیر حرکت در سقوط آزاد تنها به مکان و سرعت اولیه اش بستگی دارد و به هیچ‌یک از ویژگی‌های مادی‌اش وابسته نیست. نسخه‌ای ساده شده از این مفهوم را می‌توان در آزمایش آسانسور انیشتین یافت که در تصویر سمت چپ دیده می‌شود: ناظری که در یک اتاق بسته کوچک قرار گرفته غیرممکن است که تنها با بررسی مسیر سقوط آزاد جسمی مانند یک توپ بتواند بفهمد که آیا محفظه، در حال سکون و در یک میدان گرانشی قرار دارد یا اینکه در فضای آزاد سوار بر موشکی شتاب‌دار است که نیرویی به اندازه گرانش ایجاد می‌کند. 
 با توجه به جهان‌شمول بودن گرانش، تمایز قابل مشاهده‌ای بین حرکت لخت و حرکت ناشی از نیروی گرانشی وجود ندارد. این موضوع ما را بر آن می‌دارد که کلاس جدیدی از حرکت لخت برای اجسام در حال سقوط آزاد تحت تأثیر نیروی گرانش تعریف کنیم. این کلاس جدید نیز، به نوبه خود، هندسه‌ای از فضا و زمان به زبان ریاضی تعریف می‌کند که عبارت است از حرکت ژئودزیک متناظر با یک که به بستگی دارد. در اینجا فضا هنوز معمولی دارد. اما فضا–زمان، به‌عنوان یک کل، پیچیده‌تر است. همان‌طور که می‌توان با آزمایش‌های فکری ساده در مورد مسیرهای سقوط آزاد ذرات آزمون مختلف نشان داد، نتیجه جابجایی بردارهای فضازمان که بیانگر سرعت ذره هستند به مسیر ذره بستگی دارد؛ به زبان ریاضی، می‌توان گفت که اتصال نیوتنی نیست. از این می‌توان نتیجه گرفت که فضا–زمان خمیده است. نتیجه، یک فرمول‌بندی هندسی از گرانش نیوتنی تنها با استفاده از مفاهیم است؛ یعنی توصیفی که در هر دستگاه مختصاتی معتبر است. در این توصیف هندسی – شتاب نسبی اجسام در سقوط آزاد – با اتصال مرتبط است که نشان می‌دهد چگونه تغییر شکل هندسی، برآمده از وجود جرم است. 
 بیان هندسی گرانش نیوتنی هرچند هم که جذاب باشد، اساس آن مکانیک کلاسیک، یعنی تنها حالتی حدی از است. به زبان : در جایی‌که بتوان گرانش را نادیده گرفت فیزیک دارای است، مانند نسبیت خاص در مقایسه با مکانیک کلاسیک که دارای است (تقارن تعریف‌شده در نسبیت خاص گروه پوانکاره است که انتقال و چرخش را نیز شامل می‌شود). تفاوت این دو هنگامی اهمیت می‌یابد که با سرعت‌های بالا و نزدیک به سرعت نور و پدیده‌های پرانرژی سروکار داریم. 
 ساختارهای دیگری نیز با تقارن لورنتز به میان می‌آیند. این ساختارها توسط تعدادی مخروط نور تعریف می‌گردند. مخروط‌های نور ساختاری علیتی را تعریف می‌کنند: به ازای هر A، مجموعه‌ای از رویدادها وجود دارند که می‌توانند از طریق سیگنال‌ها و برهم‌کنش‌هایی که نیاز به سرعت بیشتر از نور ندارند، روی A تأثیر گذاشته یا از آن تأثیر بگیرند (مانند B) و مجموعه رویدادهایی که این نوع برهم‌کنش با A (با سرعت پایین‌تر از سرعت نور) برایشان امکان‌پذیر نیست (مانند C). این مجموعه‌ها مستقل از ناظر هستند. 
در ارتباط با جهان‌خط‌های ذرات در حال سقوط آزاد، مخروط‌های نوری را می‌توان برای بازسازی متریک شبه‌ریمانی فضازمان استفاده نمود. به زبان ریاضی این یک است. 
 نسبیت خاص در غیاب گرانش تعریف می‌شود و به همین دلیل در کاربردهایی عملی در مواردی که بتوان گرانش را نادیده گرفت، مدل مناسبی خواهد بود. با ورود گرانش به صحنه و با فرض اصل هم‌ارزی ضعیف، می‌توان استدلالی مانند بخش پیشین ارائه داد: جهانی وجود ندارد. به جای آن چارچوب‌های تقریباً لختی وجود دارند که در راستای ذرات در حال سقوط آزاد حرکت می‌کنند. به زبان فضازمان: خطوط مستقیمی که یک چارچوب لخت بدون گرانش را تعریف می‌کنند، تغییر شکل داده و نسبت به یکدیگر خمیدگی پیدا می‌کنند و ما را به سوی این پندار رهنمون می‌سازد که افزودن گرانش نیاز به تغییر در هندسه فضازمان دارد. 
 از پیش مشخص نیست که این چارچوب‌های جدید در حال سقوط آزاد همان چارچوب‌های مرجعی باشند که نسبیت خاص در آن‌ها حکم‌فرماست. اما با استفاده از پنداشت‌های متفاوت در مورد چارچوب‌های نسبیت خاص می‌توان به پیش‌بینی‌های متفاوتی در مورد پدیده ، یعنی چگونگی تغییر بسامد نور در میدان گرانشی رسید. اندازه‌گیری‌های واقعی نشان داده‌اند که نور در چارچوب‌های در حال سقوط آزاد نیز مانند چارچوب‌های نسبیت خاص منتشر می‌گردد. 
تعمیم این عبارت خوانده می‌شود: قوانین نسبیت خاص با تقریب خوبی در چارچوب‌های مرجع در حال سقوط آزاد (غیرچرخان) برقرارند. این اصل یک اصل هدایت‌گر مهم برای گسترش نسبیت خاص با در نظرگرفتن گرانش است. 
 همین داده‌های تجربی گواهی می‌دهند که زمانی که توسط ساعت‌های قرار گرفته در یک میدان گرانشی اندازه‌گیری می‌شود – اصطلاح تخصصی آن است –، از قوانین نسبیت خاص پیروی نمی‌کند یا به بیان هندسه فضازمان، با قابل اندازه‌گیری نمی‌باشند. همان‌گونه که در مورد مکانیک نیوتنی اتفاق افتاد در اینجا نیز نیازمنده هندسه کلی‌تری هستیم. در مقیاس‌های کوچک، تمام چارچوب‌های مرجع در حال سقوط آزاد هم‌ارز و تقریباً مینکوفسکی وار هستند. متعاقباً ما با تعمیمی خمیده از فضای مینکوفسکی روبه‌رو هستیم. که هندسه را تعریف می‌کند – به بیان دقیق‌تر چگونگی اندازه‌گیری طول‌ها و زاویه ها–، متریک مینکوفسکی نسبیت خاص نیست؛ بلکه تعمیم یافته آن است که به نام شناخته می‌شود.
همچنین هر متریک ریمانی به‌طور طبیعی با یک نوع خاص به نام مرتبط است و این اتصال در واقع اتصالی است که اصل هم‌ارزی را ارضا کرده و فضا را به‌طور محلی، مینکوفسکی وار می‌سازد (یعنی در چارچوب‌های محلی لخت مناسب، متریک، مینکوفسکی وار است و مشتقات جزئی مرتبه اول آن و نیز ضرایب اتصال صفر هستند). 
 مقاله‌های اصلی: و با وجود فرمول‌بندی نسخه نسبیتی و هندسی آثار گرانش، پرسش دربارهٔ سرچشمه گرانش همچنان پابرجاست. در گرانش نیوتنی سرچشمه گرانش، جرم است. در نسبیت خاص، جرم پاره‌ای از کمیتی بزرگتر به نام است که شامل و و (که عبارت است از و برش) می‌شود. 
با استفاده از اصل هم‌ارزی می‌توان این را به فضازمان خمیده تعمیم داد. چنانچه با گرانش هندسی نیوتنی مقایسه کنیم، طبیعی خواهد بود که بپنداریم گرانش، این تانسور را به مرتبط سازد. تانسور ریچی رده ویژه‌ای از را توصیف می‌کند: تغییر در حجم ابرهای کوچکی از که ابتدا ساکن هستند و سپس سقوط آزاد می‌کنند. در نسبیت خاص –تکانه متناظر با این عبارت است که تانسور انرژی–تکانه بدون است. این فرمول را نیز می‌توان با جایگزینی با همتایشان یعنی ، به سادگی به فضازمان خمیده تعمیم داد. با این شرط اضافی – واگرایی هموردای تانسور انرژی–تکانه صفر است و در نتیجه هرآنچه در سوی دیگر معادله است نیز صفر خواهد شد – ساده‌ترین مجموعه معادلات، معادلاتی هستند که به نام خوانده می‌شوند.
 عبارت سمت چپ است، ترکیب ویژه بدون از و متریک. به‌طور خاص:
 خمش نرده‌ای است. خود تانسور ریچی نیز با تانسور کلی‌تر خمش ریمان به شکل زیر در ارتباط است.
 در سمت راست تانسور انرژی–تکانه است. تمام تانسورها در شکل نوشته شده‌اند. 
برای اینکه پیش‌بینی‌های نظریه با نتایج تجربی مشاهدات مدارهای سیاره‌ها، سازگار باشند، ثابت تناسب را می‌توان به شکل اصلاح نمود که در آن و است. هرگاه هیچ ماده‌ای موجود نباشد، به گونه‌ای که تانسور انرژی تکانه ناپدید گردد، معادلات خلاء انیشتین به دست می‌آیند:
 نظریه‌های جایگزینی برای نسبیت عام بر پایه پندارهای یکسان شکل گرفته‌اند. این نظریه‌ها شامل قوانین و محدودیت‌های اضافی‌ای هستند که باعث به‌وجود آمدن شکل‌های دیگری از معادلات میدان می‌شوند. برای نمونه می‌توان به ، یا اشاره کرد. 
 نتیجه‌گیری‌های بخش قبلی همه اطلاعات لازم برای تعریف و توصیف ویژگی‌های کلیدی نسبیت عام را شامل می‌شود و اکنون می‌توان به سراغ چگونگی استفاده از این نظریه برای مدل‌سازی پدیده‌های فیزیکی رفت.
 نظریهٔ نسبیت، یک نظریه برای است. در هستهٔ این نظریه قرار می‌گیرند که رابطهٔ بین هندسهٔ یک چهاربعدی به‌عنوان فضازمان و موجود در آن فضازمان را توصیف می‌کنند. 
 پدیده‌هایی که در مکانیک کلاسیک به عملکرد نیروی گرانش تعبیر می‌شوند (مانند ، حرکت مداری، مسیر حرکت )، در نسبیت عام به حرکت‌های لخت در هندسه خمیدهٔ فضازمان نسبت داده می‌شوند. در نسبیت عام، گرانش نیرویی نیست که اجسام را از مسیر مستقیم طبیعی‌شان منحرف می‌کند، بلکه تغییری در ویژگی‌های فضا و زمان است که باعث تغییر مستقیم‌ترین مسیرهایی که اجسام به‌طور طبیعی انتخاب می‌کنند می‌شود. 
خمش به نوبه خود توسط انرژی–تکانه ماده به‌وجود می‌آید. این موضوع را این گونه بیان می‌کند که فضازمان به ماده می‌گوید که چه‌طور حرکت کند و ماده نیز به فضازمان می‌گوید که چگونه خمیده شود. 
 با وجود اینکه نسبیت عام، پتانسیل گرانشی فیزیک کلاسیک را با یک مرتبه دو جایگزین می‌کند، در برخی شرایط محدودتر، تانسور به میدان نرده‌ای کاهش می‌یابد. برای و سرعت‌های پایین (نسبت به سرعت نور)، پیش‌بینی‌های این نظریه به پیش‌بینی‌های همگرا می‌شوند. 
 از آنجایی‌که نسبیت عام برپایه تانسورها بنا شده‌است، را به نمایش می‌گذارد: یعنی قوانین آن – و دیگر قوانینی که در چارچوب نسبیت عام فرمول‌بندی می‌شوند – در همه یک شکل خواهند داشت. 
علاوه براین، نظریه شامل هیچ ساختار پس زمینه‌ای هندسی ناوردایی نیست، یعنی است. از این رو از اصل قوی تری به نام پیروی می‌نماید؛ این اصل بیان می‌کند که قوانین فیزیکی برای همه ناظرها یکسان هستند. در مورد ساختارهای ، همان‌گونه که در اشاره شد، فضازمان است و قوانین فیزیکی دارای هستند. 
 هدف اصلی در مدل‌سازی با استفاده از نسبیت عام، یافتن پاسخی برای می‌باشد. با داشتن معادلات اینشتین و همچنین معادلات مناسب دیگر برای توصیف ویژگی‌های ماده، پاسخ معادلات یک (که معمولاً با استفاده از یک در یک مختصات خاص تعریف می‌شود) به همراه خاصی روی آن خمینه خواهد بود. ماده و هندسه باید در معادلات انیشتین صدق کنند، پس به‌طور خاص تانسور انرژی–تکانه باید بدون واگرایی باشد. البته ماده باید در معادلات دیگری که از طریق ویژگی‌هایش تحمیل می‌شوند نیز صدق کند. در مجموع چنین پاسخی برای این معادلات در حقیقت مدلی از جهان را نمایش خواهد داد که نسبیت عام و قوانین محتمل دیگری که بر ماده موجود حاکمند را ارضا می‌نماید. 
 معادلات اینشتین هستند و به همین سبب یافتن برای این معادلات دشوار است. با این حال چند پاسخ دقیق برای این معادلات پیدا شده‌است؛ اگر چه که تنها برخی از این پاسخ‌ها کاربرد مستقیم فیزیکی دارند. بهترین پاسخ‌های دقیق کشف شده که از دیدگاه فیزیکی نیز جالب‌ترند، عبارتند از: ، و که هرکدام با یک نوع خاص در جهانی که تنها شامل این سیاه‌چاله است، در تناظر هستند، و و که هر دو جهان در حال انبساط را توصیف می‌کنند. 
پاسخ‌هایی که اهمیت نظری دارند عبارتند از (که احتمال در فضازمان خمیده را مطرح می‌کند)، (مدلی از جهان که است اما نیست) و (که به تازگی در زمینه مورد توجه قرار گرفته‌است). 
 به دلیل دشواری یافتن پاسخ‌های دقیق، معادلات میدان اینشتین را اغلب با استفاده از انتگرال‌گیری عددی به کمک رایانه یا با استفاده از روش‌های اختلالی با ایجاد انحرافات کوچک از جواب اصلی حل می‌کنند. در شاخه « »، رایانه‌های توانمندی به خدمت گرفته می‌شوند تا معادلات اینشتین را برای شرایط خاصی مثل برخورد حل کنند. 
در اصل، چنین روش‌هایی را با در دست داشتن توان پردازشی کافی می‌توان برای هر سامانه‌ای به‌کار برد و به دنبال پاسخ برای پرسش‌هایی بنیادی همچون بود. جواب‌های تقریبی را همچنین می‌توان از طریق یافت، مانند 
و تعمیم آن، که هردو توسط اینشتین به‌وجود آمده‌اند. بسط پسانیوتنی روش حلی سیستماتیک برای فضازمانی ارائه می‌کند که شامل توزیعی از ماده در حال حرکت با سرعتی کم نسبت به سرعت نور می‌باشد. این بسط شامل یک از جملات است که جمله اول نماینده گرانش نیوتنی است و جمله‌های بعدی نماینده اصلاحاتی هستند که به واسطه نسبیت عام بر گرانش نیوتنی وارد می‌شوند که مقدارشان در جملات متوالی کاهش می‌یابد. 
نسخه گسترش‌یافته این بسط، است که امکان مقایسه کمّی بین پیش‌بینی‌های نسبیت عام و نظریه‌های جایگزین را به‌وجود می‌آورد. 
 نسبیت عام پیامدهای فیزیکی چندی را به دنبال دارد. برخی از آن‌ها مستقیماً از اصول نظریه ناشی می‌شوند در حالیکه سایر آن‌ها تنها در طول نود سال پژوهشی که به دنبال انتشار نخستین نظریه توسط اینشتین آغاز شد، مشخص گشته‌اند.
 مقالهٔ اصلی: بافرض درستی ، 
گرانش بر گذر زمان اثر می‌گذارد. نوری که به درون یک فرستاده می‌شود، می‌گردد. در حالی‌که نوری که در جهت مخالف فرستاده می‌شود؛ یعنی از چاه گرانش بالا می‌آید می‌گردد. این پدیده‌ها را می‌نامند. به‌طور کلی، فرایندهایی که در نزدیکی یک جسم پرجرم صورت می‌گیرند کندتر از فرایندهایی که در فواصل دورتر قرار دارند پیش می‌روند. این پدیده را می‌گویند. 
 در آزمایشگاه و با بهره‌گیری از مشاهدات اخترفیزیکی اندازه‌گیری شده‌است. اتساع زمان گرانشی در میدان گرانشی زمین دفعات زیادی با بهره‌گیری از بررسی شده‌است. و به‌عنوان کاربردی جانبی برای پروژهٔ (GPS) این نتایج پیوسته در حال ارزیابی هستند. آزمونی در میدان گرانشی قوی‌تر را می‌توان با استفاده از مشاهدات انجام داد. 
تمام نتایج با نسبیت عام همخوانی دارند اما در سطح دقت کنونی این آزمایش‌ها نمی‌توانند بین نسبیت عام و سایر نظریه‌هایی که در آن‌ها اصل هم‌ارزی معتبر است تمایزی قائل شوند. 
 مقاله‌های اصلی: و نسبیت عام پیش‌بینی می‌کند که مسیر نور در میدان گرانشی خم می‌شود. نوری که از نزدیکی یک جسم پرجرم می‌گذرد به سوی آن جسم خمیده می‌شود. این اثر با مشاهده نور ستارگان دور و که با گذر از کنار خورشید خمیده می‌شود، تأیید شده‌است. 
 این پیش‌بینی و پیش‌بینی‌های مرتبط از این واقعیت پیروی می‌کنند که نور مسیری را که به آن (نور–مانند) یا پوچ (که تعمیمی بر خطوط مستقیمی در فیزیک کلاسیک هستند که نور در راستای آن‌ها منتشر می‌شود) می‌گویند، دنبال می‌کند. چنان ژئودزیک‌هایی در واقع تعمیم در هستند. 
چنانچه مدل‌های فضازمان را بررسی کنیم (چه مدل خارجی ، چه مدلهایی که بیش از یک جرم دارند مثل ) آثار متعددی از گرانش بر نور جلوه خواهند نمود. اگرچه می‌توان خمش نور را از تعمیم به نور نتیجه گرفت، 
زاویه شکستی که از نتیجه چنین محاسباتی به دست می‌آید تنها نیمی از مقداری است که از نسبیت عام به دست می‌آید. 
 تأخیر زمانی گرانشی (یا ) ارتباط تنگاتنگی با شکست گرانشی نور دارد. تأخیر زمانی گرانشی به پدیده‌ای اشاره دارد که طی آن گذر نور در یک میدان گرانشی مدت زمان بیشتری از گذر نور در غیاب آن میدان به طول می‌انجامد. آزمون‌های موفق بی‌شماری برای این پیش‌بینی انجام شده‌اند. 
در (PPN)، اندازه‌گیری هر دو پدیده شکست نور و تأخیر زمانی گرانشی پارامتری به نام γ را مشخص می‌سازد، که تأثیر گرانش بر هندسه فضازمان در آن به رمز درآمده‌است. 
 مقالهٔ اصلی: یکی از تشابه‌های متعدد میدان گرانشی ضعیف و میدان این است که همانند ، نیز وجود دارند: امواجی در متریک فضازمان که با سرعت نور منتشر می‌شوند. 
ساده‌ترین نوع چنین موجی را می‌توان با عمل آن بر روی حلقه‌ای از ذرات که آزادانه شناورند نمایش داد. موج سینوسی که از درون چنین حلقه‌ای به سمت خواننده منتشر می‌شود به صورت ریتمیک حلقه را دچار اعوجاج می‌نماید (شکل سمت چپ را ببینید). 
از آنجا که معادلات اینشتین هستند، امواج گرانشی که به اندازه کافی قوی باشند، از پیروی نمی‌کند و این باعث دشواری توصیف آن‌ها می‌شود؛ درحالیکه برای میدان‌های ضعیف می‌توان از یک تقریب خطی استفاده نمود. این‌گونه امواج گرانشی خطی شده از دقت کافی برای توصیف امواج گرانشی بسیار ضعیفی را که انتظار می‌رود از رویدادهای کیهانی بسیار دور به ما برسد، برخوردار هستند. در روش‌های تحلیل داده‌های مربوط به این امواج، استفاده‌های فراوانی از این واقعیت می‌شود که می‌توان امواج گرانشی خطی شده را با استفاده از بسط داد. 
 برخی از پاسخ‌های دقیق معادلات اینشتین امواج گرانشی را بدون هیچ تقریبی توصیف می‌کنند، مثلاً قطار موجی که در فضای خالی سفر می‌کند یا آنچه به نام شناخته می‌شود که نسخه‌های مختلفی از یک کیهان در حال انبساط پر شده با امواج گرانشی است. اما برای امواج گرانشی که در موارد مربوط به اخترفیزیک، مانند ادغام دو سیاه‌چاله تولید می‌شوند، تنها راه ساخت مدل‌های مناسب در حال حاضر 
هستند. 
 نسبیت عام و مکانیک کلاسیک در شماری از پیش‌بینی‌هایشان در مورد اجسام در حرکت مداری، با یکدیگر تفاوت دارند. نسبیت عام یک چرخش کلی ( ) مدار سیارات، کاهش یافتن مدار در نتیجهٔ منتشر کردن امواج گرانشی و نیز آثار مربوط به نسبیت جهت را در مورد این مدارها پیش‌بینی می‌کند.
 در نسبیت عام، نقطه هر (یعنی نقطه‌ای که در آن، جسم در حرکت مداری نزدیکترین فاصله را با گرانیگاه سامانه دارد) خواهد داشت – همان‌طور که در شکل مشخص است، شکل مدار نیست بلکه شبیه به بیضی است که روی کانونش می‌چرخد و یک پدیدمی‌آورد –. اینشتین برای نخستین بار این نتیجه را با استفاده از یک متریک تقریبی به‌عنوان نمایندهٔ حد نیوتنی و یک به‌عنوان جسم در حرکت مداری استنتاج نمود. برای او دانستن این واقعیت که نظریه‌اش توضیح مستقیمی دربارهٔ – که در سال ۱۸۵۹ توسط کشف شده بود – ارائه می‌کند، گواه مهمی بود بر اینکه او شکل درستی از را یافته‌است. 
 این اثر را می‌توان با استفاده از (که فضازمان اطراف یک جسم کروی را توصیف می‌کند). یا نیز استنتاج نمود. این پدیده ناشی از تأثیر گرانش بر هندسه فضا و نقش در گرانش یک جسم (که نمود آن را در غیرخطی بودن معادلات انیشتین می‌توان دید) می‌باشد. 
حرکت تقدیمی نسبیتی برای تمام سیاراتی که می‌توان در آن‌ها به دقت حرکت تقدیمی را اندازه گرفت( ، و زمین)، مشاهده شده‌اند. 
حرکت تقدیمی در نیز اندازه‌گیری شده‌است که مقدار آن به اندازه پنج بیشتر است. 
 بنابر نظریه نسبیت عام یک منتشر می‌کند و از این رو انرژی از دست خواهد داد. در نتیجه این کاهش انرژی فاصله بین دو جسم در حال چرخش کاهش می‌یابد؛ و بنابراین دوره تناوب چرخش آن‌ها نیز کاهش می‌یابد. در درون یا برای معمولی این اثر آنقدر کوچک است که قابل مشاهده نیست. اما برای یک که در فاصله نزدیکی قرار دارد، وضعیت این‌گونه نیست. یک تپ‌اختر دوتایی از دو در حرکت مداری هستند تشکیل شده‌است که یکی از آن‌ها است. ناظرین روی زمین، سری منظمی از پالس‌های رادیویی از یک تپ‌اختر دریافت می‌کنند که می‌توان از آن‌ها به‌عنوان یک ساعت بسیار دقیق استفاده نمود و بدین وسیله دورهٔ تناوب مداری را اندازه گرفت. از آنجا که ستاره‌های نوترونی بسیار فشرده هستند انرژی قابل توجهی از آن‌ها به‌صورت تابش گرانشی منتشر می‌شود. 
 اولین مشاهده کاهش در دوره تناوب مداری بر اثر انتشار امواج گرانشی توسط و ، با استفاده از تپ‌اختر دوتایی که در سال ۱۹۷۴ کشف کرده بودند، انجام شد. این نخستین آشکارسازی امواج گرانشی بود که البته غیرمستقیم بود. آن‌ها به خاطر این مشاهده در سال ۱۹۹۳ موفق به کسب فیزیک شدند. 
ازآن زمان به بعد تپ‌اخترهای دوتایی متعددی مانند کشف شده‌اند که در ان هر دو ستاره تپ‌اختر هستند. 
 مقاله‌های اصلی: و شماری از آثار نسبیتی مستقیماً به نسبیت جهت مربوط می‌شوند. 
یکی از آن‌ها است: محور جهت یک در حال سقوط آزاد در فضازمان خمیده، وقتی که مثلاً با جهت نور دریافت شده از ستاره‌های دوردست مقایسه می‌شود تغییر می‌کند–حتی با اینکه در اینجا ژیروسکوپ در واقع به‌عنوان نمایندهٔ روشی برای ثابت نگه‌داشتن جهت ( ) در نظر گرفته شده‌است. 
برای سیستم – ، این اثر با کمک محدوده بندی لیزری قمری اندازه‌گیری شده‌است. 
به تازگی برای جرم‌های آزمون سوار بر ماهواره با دقتی بهتر از۰٫۳٪ اندازه‌گیری شده‌است. 
 در نزدیکی یک جسم چرخنده آثاری که به نام گرانش مغناطیسی یا نامیده می‌شوند، وجود دارند. یک ناظر دور خواهد دید که اجسام نزدیک به جرم چرخنده کشیده می‌شوند. این اثر در مورد پررنگ‌تر است، زیرا در آن‌ها برای هر جسمی که وارد ناحیه‌ای به نام می‌شود، چرخش اجتناب‌ناپذیر است. چنین آثاری را می‌توان با تأثیرشان بر جهت‌گیری ژیروسکوپ در حال سقوط، آزمود. 
آزمون‌های تاحدودی بحث‌انگیز نیز توسط ماهواره‌های ژئودینامیک لیزری نیز پیش‌بینی‌های نسبیت را تأیید می‌کنند. همچنین کاوش‌های در اطراف نیز مورد استفاده قرارگرفته‌اند. 
 مقالهٔ اصلی: شکست نور توسط گرانش مسبب رده جدیدی از پدیده‌های اخترفیزیکی است. اگر یک جسم پرجرم بین اخترشناس و یک شی هدف در دوردست با جرم و فاصله نسبی مناسب قرار گیرد، اخترشناس چندین تصویر معوج از آن را می‌بیند. چنین آثاری را می‌خوانند. بسته به پیکربندی، مقیاس و توزیع جرم، ممکن است دو تصویر یا بیشتر، یک حلقه روشن به نام یا چندین حلقه جزئی به نام کمان دیده شوند. 
اولین نمونه همگرایی گرانشی اختروش دوقلو بود که در سال ۱۹۷۹ کشف شد. 
از آن پس بیش از صد مورد همگرایی گرانشی مشاهده شده‌است. 
حتی اگر تصاویر ایجاد شده آنقدر به هم نزدیک باشند که قابل تشخیص نباشند نیز می‌توان این تأثیر را اندازه گرفت، مثلاً روشن شدن کلی جسم دور؛ چندین نمونه از این نیز مشاهده شده‌اند. 
 همگرایی گرانشی به صورت ابزاری برای درآمده‌است. از همگرایی گرانشی در آشکارسازی حضور و توزیع ماده تاریک، به‌عنوان «تلسکوپ طبیعی» برای مشاهدهٔ کهکشان‌های دور و به‌دست‌آوردن تخمین مستقلی از استفاده می‌کنند. ارزیابی آماری داده‌های همگرایی، بینش‌های ارزشمندی در مورد تکامل ساختاری عرضه می‌دارد. 
 مقالهٔ اصلی: مشاهدات تپ‌اخترهای دوتایی شواهد غیرمستقیم محکمی برای وجود امواج گرانشی به دست می‌دهند. مشاهدهٔ مستقیم امواج گرانشی یکی از اهداف اصلی پژوهش‌های نسبیتی کنونی است. تعداد زیادی از واقع بر روی زمین، هم‌اکنون در حال کار هستند که مهم‌ترین آن‌ها ، (۳ آشکارساز)، و هستند. 
 مختلفی با بهره‌گیری از برای آشکارسازی امواج گرانشی در طیف ۱۰ تا ۱۰ (که از سیاهچاله‌های پرجرم دوتایی سرچشمه می‌گیرند) ساخته شده‌اند. آشکارساز فضایی اروپایی، هم‌اکنون در حال ساخت است و یک مأموریت آزمایشی ( ) برای این پروژه نیز قرار است در سال ۲۰۱۵ به فضا پرتاب شود. 
 در ۱۱ فوریه ۲۰۱۶ پژوهشگران در LIGO موفق به مشاهده مستقیم امواج گرانشی برای نخستین بار شدند. موج مشاهده شده ناشی از ترکیب دو سیاه‌چاله با جرم‌های تقریبی ۳۶ و ۲۹ برابر جرم خورشید، و در فاصلهٔ تقریبی ۴۱۰ مگاپارسک (حدود ۱/۳ میلیارد سال نوری) از زمین بود. موج گرانشی ناشی از تبدیل جرمی معادل با سه برابر جرم خورشید به انرژی در هنگام ترکیب دو سیاه‌چاله با یکدیگر بود. این اولین مشاهده از ترکیب دو سیاه‌چاله با یکدیگر نیز به حساب می‌آید.
 مشاهدات امواج گرانشی نویدبخش تکمیل مشاهدات مربوط به هستند. انتظار می‌رود این مشاهدات بتوانند در مورد و سایر اجسام چگال مانند و ، انواع خاصی از انفجارهای و همچنین فرایندهایی در جهان بسیار جوان اولیه مانند امضاهای انواع خاصی از فرضی، اطلاعاتی به ما بدهند. 
 مقالهٔ اصلی: هرگاه نسبت جرم یک جسم به شعاعش به اندازه کافی بزرگ شود، بنا بر پیش‌بینی نسبیت عام، یک تشکیل می‌شود. منطقه‌ای از فضا که هیچ چیز، حتی نور نمی‌تواند ازآن بگریزد. در مدل‌های پذیرفته‌شدهٔ کنونی ، گمان می‌رود که حالت پایانی تکامل ستارگان بزرگ، با جرمی در حدود ۱٫۴ یا با جرمی بین چند تا چند دوجین جرم خورشیدی هستند. 
معمولاً هر کهکشان در مرکز خود یک با جرمی از چند تا چند جرم خورشیدی دارد و گمان می‌رود که حضور آن‌ها نقش مهمی در شکل‌گیری کهکشان‌ها و ساختارهای کیهانی بزرگ‌تر داشته‌است. 
 از دید اخترشناسی مهم‌ترین ویژگی اجسام فشرده این است که مکانیزم بسیار کارایی برای تبدیل انرژی گرانشی به تابش الکترومغناطیسی ارائه می‌دهند. گمان می‌رود که ، یعنی افتادن غبار یا مواد گازی به درون سیاهچاله‌های یا ؛ مسبب پیدایش اجسام فوق‌العاده درخشنده نجومی مانند در مقیاس کهکشانی و اجسام در مقیاس ستاره‌ای مانند ، هستند. 
به‌طور خاص، برافزایش ماده می‌تواند منجر به پیدایش پدیده شود؛ پرتوهای بسیار پرانرژی از ذرات با سرعت‌هایی تقریباً برابر با سرعت نور به فضا پرتاب می‌شوند. 
نسبیت عام نقشی محوری در مدلسازی این پدیده‌ها دارد و مشاهدات تجربی نیز مدارک مستحکمی برای وجود سیاهچاله‌ها با خصوصیات پیش‌بینی شده در نسبیت عام، ارائه می‌کنند. 
 سیاهچاله‌ها یکی از اهدافی هستند که در کنکاش برای آشکارسازی مورد جستجو قرار می‌گیرند. ادغام می‌بایست منجر به تولید امواج گرانشی بسیار قوی شود که توسط آشکارسازها در زمین قابل دریافت باشند و از فازی که دقیقاً پیش از ادغام رخ می‌دهد نیز می‌توان به‌عنوان یک استفاده نمود تا فاصله با محل رویداد ادغام به‌دست آید و بدین ترتیب می‌توان انبساط کیهانی را در فواصل بزرگ سنجید. امواج گرانشی تولید شده در هنگام فرورفتن یک سیاهچاله ستاره‌ای در یک سیاهچالهٔ پرجرم، می‌توانند اطلاعات مستقیمی دربارهٔ هندسهٔ سیاهچاله‌های پرجرم ارائه دهند. 
 مدل‌های کنونی کیهان‌شناسی برپایهٔ آن دسته از که شامل Λ هستند، بنا می‌شوند؛ زیرا ثابت کیهانی اثر مهمی در دینامیک بزرگ‌مقیاس کیهان دارد.
 که در آن است. 
پاسخ‌های و این معادلات بهبودیافته ( ) به فیزیکدان‌ها اجازه می‌دهد که جهانی را مدل کنند که در طول ۱۴ میلیارد سال گذشته از یک حالت بسیار داغ و چگال اولیه طی مرحله پدید آمده و تکامل یافته‌است. 
هرگاه اندکی از پارامترها را (مثلاً میانگین ماده در جهان) با استفاده از داده‌های مشاهدات اخترشناسی 
ثابت نگه داریم، می‌توان از دیگر داده‌های مشاهداتی برای آزمودن مدل‌ها بهره بجوییم. 
پیش‌بینی‌هایی که همه درست از آب درآمده‌اند عبارتند از: فراوانی اولیه عناصر شیمیایی که در جریان به‌وجود آمده‌اند، ساختار بزرگ‌مقیاس جهان و وجود ویژگی‌های یک «اکوی » از کیهان اولیه به نام . 
 مشاهدات نجومی مربوط به نرخ انبساط کیهانی اجازه می‌دهند که کل مقدار ماده موجود در جهان را به دست آوریم، البته ماهیت این ماده تا حدودی اسرارآمیز است. به نظر می‌رسد که در حدود ۹۰٪ از کل ماده، از آنچه خوانده می‌شود تشکیل شده‌است که جرم (یا هم ارز آن، تأثیر گرانشی) دارد اما برهمکنش الکترومغناطیسی ندارد و از این روی نمی‌توان آن را مستقیماً مشاهده نمود. در چارچوب یا هرشاخه دیگری، هیچ توصیفی از این نوع جدید ماده که مورد پذیرش عموم باشد، وجود ندارد. 
علاوه بر این، شواهد تجربی از دوردست و اندازه‌گیری‌های تابش زمینه کیهانی نشان می‌دهند که تکامل جهان ما به میزان قابل توجهی متأثر از یک است که باعث شتاب‌دار بودن انبساط کیهان می‌شود. ویا به‌طور معادل می‌توان گفت که تکامل جهان متأثر از شکلی از انرژی با غیرمعمول به نام است که ماهیت آن نامعلوم است. 
 در سال ۱۹۸۰ فرضیه‌ای به نام مطرح گردید که یک دوره انبساط بسیار پرشتاب در زمان کیهانی حدود ثانیه را برای جهان در نظر می‌گرفت. این فرضیه به این دلیل ارائه شد که توجیه‌کننده بسیاری از مشاهدات گیج‌کننده‌ای باشد که توسط مدل‌های کیهان‌شناسی کلاسیک قابل توضیح نبودند؛ مانند همگنی کامل تابش زمینه کیهانی. اندازه‌گیری‌های جدید تابش زمینه کیهانی اولین مدرک برای این سناریو است. هرچند که تعداد بسیار متنوعی از سناریوهای تورمی ممکن موجود است که نمی‌توان بر مبنای مشاهدات کنونی آن‌ها را محدود نمود. فیزیک جهان اولیه پیش از فاز تورمی و نزدیک به زمانی که بنا بر پیش‌بینی‌های مدل‌های کلاسیک، در آن با روبه رو می‌شویم، خود پرسش بزرگتری است. یافتن یک جواب قطعی در گرو وجود یک نظریه کامل است که هنوز ایجاد نشده‌است. 
 مقالهٔ اصلی: در نسبیت عام هیچ جسم مادی نمی‌تواند به سرعت نور برسد یا از آن پیشی بگیرد. از طرفی هیچ تأثیری از رویداد A نمی‌تواند به هیچ مکان X دیگری برسد، مگر آنکه قبلاً نوری از A به X رفته باشد. در نتیجه این امر، بررسی جهان‌خط‌های نور ( ) اطلاعات کلیدی را در مورد فضازمان در اختیارمان قرار می‌دهد. این ساختار را با نمایش می‌دهند که در آن نواحی بینهایت بزرگ و بازه‌های زمانی بینهایت می‌شوند تا در یک نقشه متناهی جای گیرند. اما نور همانند ، در راستای قطرها حرکت می‌کند. 
 با آگاهی از اهمیت ساختار سببی، و دیگران آنچه را که امروز خوانده می‌شود بنا نهادند. در هندسه سراسری موضوع مطالعه یک پاسخ یا خانواده‌ای از پاسخ‌ها برای معادلات اینشتین نیست بلکه یافتن روابطی است که برای تمام ژئودزیک‌ها صادق اند، مانند ؛ و فرضیات غیر مشخص اضافی دربارهٔ ماهیت ماده (معمولاً در شکل آنچه خوانده می‌شود) برای تولید نتایج مورد استفاده قرار می‌گیرند. 
 مقاله‌های اصلی: ، ، و با استفاده از هندسه سراسری می‌توان نشان داد که برخی از فضازمان‌ها شامل هستند که یک ناحیه را از بقیه فضازمان جدا می‌کند. بهترین مثال شناخته شده هستند: اگر جرم در ناحیه‌ای از فضا به اندازه کافی فشرده شود (آن گونه که در مشخص شده‌است، مقیاس طول مرتبط، است ) هیچ نوری از داخل نمی‌تواند به بیرون بگریزد و چون هیچ جسمی نمی‌تواند از یک پالس نوری سبقت بگیرد تمام ماده داخل افق نیز در آن محبوس‌اند. گذر از بیرون به درون هنوز امکانپذیر است که نشان می‌دهد افق سیاهچاله یک مانع فیزیکی نیست. 
 مطالعات اولیه در زمینه سیاهچاله‌ها بر تکیه داشتند. مثلاً می‌توان به (برای توصیف یک سیاهچاله ایستا) و (برای توصیف سیاهچاله‌های ثابت و معرفی ویژگی‌های جالبی مانند ) اشاره نمود. مطالعات بعدی با بهره‌گیری از هندسه سراسری، ویژگی‌های عمومی تری از سیاهچاله‌ها را آشکار ساخت. در دراز مدت آن‌ها اجسام نسبتاً ساده‌ای هستند که می‌توان آن‌ها را با یازده پارامتر که مشخص‌کننده ، ، ، مکان در زمان مشخص شده و هستند تعریف می‌گردند. بیان می‌کند که «سیاهچاله‌ها مو ندارند»، این عبارت کنایه از این دارد که یک سیاهچاله هیچ علامت مشخصه‌ای مانند مدل مو در انسان ندارد. با وجود پیچیدگی یک جسم که منجر به تشکیل سیاهچاله می‌شود، سیاهچاله ایجاد شده جسم بسیار ساده‌ای است. 
 مجموعه عمومی از قوانین به نام موجودند که مشابه هستند. مثلاً بنا بر قانون دوم مکانیک سیاهچاله‌ها، مساحت هرگز با زمان کاهش نمی‌یابد که قابل مقایسه با یک سیستم ترمودینامیکی است. این موضوع میزان انرژی را که می‌توان با روش‌های کلاسیک از یک استخراج نمود (مثلاً از راه ) محدود می‌سازد. 
شواهد قوی در دسترس است که قوانین مکانیک سیاهچاله‌ها در حقیقت زیرمجموعه‌ای از قوانین ترمودینامیک هستند و مساحت سیاهچاله با آنتروپی اش مرتبط است. این منجر به تغییراتی در قوانین اصلی مکانیک سیاهچاله‌ها می‌شود: مثلاً چنان‌که قانون دوم مکانیک سیاهچاله‌ها بخشی از قانون دوم ترمودینامیک می‌شود، مساحت سیاهچاله می‌تواند کاهش یابد به شرط آنکه فرایندهای دیگری اطمینان حاصل کنند که آنتروپی کل افزایش می‌یابد. مانند تمام اجسام ترمودینامیکی که دمای غیر صفر دارند، سیاهچاله‌ها نیز باید داشته باشند. محاسبات نیمه‌کلاسیک نشان می‌دهند که در حقیقت سیاهچاله‌ها تابش دارند و گرانش سطحی نقش دما را در به عهده دارد. این تابش را به نام می‌خوانند. 
 انواع دیگری از افق‌ها نیز موجودند. در یک جهان در حال انبساط یک ناظر ممکن است نواحی از گذشته را غیرقابل مشاهده بیابد (" ")، و همچنین بعضی از نواحی آینده را نیز نمی‌توان تحت تأثیر قرارداد ( ) حتی در ، وقتی که از دید ناظر توصیف شود ( )، افقهایی وجود خواهند داشت که با یک تابش نیمه‌کلاسیک به نام 
مرتبط‌اند. 
 مقالهٔ اصلی: یکی از ویژگی‌های عمومی نسبیت عام پیدایش مرزهایی در فضازمان به نام تکینگی است. فضازمان را می‌توان با دنبال کردن زمان‌واره و نورواره اکتشاف کرد– تمام مسیرهای ممکن که نور و ذرات در سقوط آزاد می‌توانند بپیمایند. اما برخی از پاسخهای معادلات اینشتین "لبه‌های پاره‌پاره" دارند – نواحی‌ای که به نام شناخته می‌شوند و در آن‌ها مسیرهای نور و ذرات در حال سقوط به‌طور ناگهانی به پایان می‌رسد و هندسه تعریف نشده‌است. در موارد جالبتر این تکینگی‌ها، " " هستند که در آن‌ها کمیتهای هندسی که ویژگی‌های خمش فضازمان را توصیف می‌کنند (مانند ) مقدار بی‌نهایت می‌گیرند. 
مثال‌های شناخته شده از فضازمان‌های دارای تکینگی آینده – که در آن به پایان می‌رسند – عبارتند از که یک تکینگی را در درون یک سیاهچاله ایستا توصیف می‌کند، یا که یک تکینگی حلقوی را در درون یک سیاهچاله چرخان توصیف می‌کند. 
 و سایر فضازمان‌هایی که جهان‌ها را توصیف می‌کنند، تکینگی‌های گذشته دارند که در آن‌ها جهان‌خط‌ها آغاز می‌شوند مانند تکینگی . برخی تکینگی‌های آینده نیز دارند (مانند ). 
 با دانستن اینکه این مثال‌ها همه بسیار متقارن هستند کاملاً وسوسه‌برانگیز است که نتیجه بگیریم که تکینگی مصنوع ایدئال گرایی است، اما که با استفاده از روش‌های هندسه سراسری ثابت می‌شوند نظر دیگری دارند: تکینگی‌ها ویژگی عمومی نسبیت عام هستند و در مواردی که رمبش اجسام با ویژگی‌های مادی واقعی از حدی فراتر رود 
و یا در ابتدای بسیاری از جهان‌های در حال انبساط اجتناب‌ناپذیر هستند. اما این نظریه‌ها چیز زیادی در مورد ویژگی تکینگی‌ها بیان نمی‌کنند و بسیاری از پژوهش‌های کنونی به مشخص کردن ساختار عمومی تکینگی‌ها اختصاص یافته‌است (مانند فرضیه ) 
 بیان می‌کند که تکینگی‌های آینده پشت یک افق پنهان شده‌اند و از دیدرس ناظر دوردست مخفی هستند. در حالی‌که هیچ اثبات رسمی برای آن اعلام نشده‌است شبیه‌سازی‌های عددی پیشنهاد بر درستی آن می‌دهند. 
 هر دربرگیرنده تاریخ کامل یک جهان است و حالت ماده و هندسه را در هر جایی و هر زمانی در آن جهان توصیف می‌کند. نظریه اینشتین به دلیل آن، به تنهایی برای مشخص کردن کافی نیست بلکه باید با یک (که قابل مقایسه با در سایر نظریه‌های میدان است) ترکیب شود. 
 برای کمک در فهمیدن معادلات اینشتین به‌عنوان می‌توان آن‌ها را به گونه‌ای فرمول‌بندی کرد که تکامل جهان در طول زمان را نشان دهند. این کار را به روش فرمول‌بندی که به نام "۳+۱" شناخته می‌شود انجام می‌دهند که در آن سه بُعد فضا و یک بُعد زمان وجود دارد. بهترین مثال شناخته‌شده است. 
این تجزیه‌ها نشان می‌دهد که معادلات تکامل فضازمان در نسبیت عام به درستی رفتار می‌کنند: پاسخ‌ها همواره موجودند و اگر شرایط اولیه مشخص شوند به گونه منحصربه فردی تعریف می‌شوند. 
این‌طور فرمول‌بندی‌های معادلات اینشتین اساس را تشکیل می‌دهند. 
 مفهوم معادلات تکامل با یکی دیگر از جنبه‌های نسبیت عام گره خورده است. در نظریه اینشتین مشخص می‌گردد که غیرممکن است که بتوان یک تعریف عمومی برای ویژگی ظاهراً ساده‌ای مانند ( ) کل یک سیستم ارائه داد. دلیل این امر آن است که میدان گرانشی – مانند هر میدان فیزیکی دیگری– باید به یک انرژی خاص نسبت داده شود اما ثابت شده که اساساً غیرممکن است که بتوان آن انرژی را محلی کرد. 
 با این وجود هنوز راه‌هایی برای تعریف جرم کل یک سیستم وجود دارد، مثلاً از طریق یک ناظر فرضی بی‌نهایت دور ( ) یا از طریق تقارن‌های مناسب ( ). 
اگر انرژی که از طریق امواج گرانشی به بی‌نهایت منتقل می‌شود را از جرم کل سیستم کم کنیم، حاصل آن در بی‌نهایت پوچ نامیده می‌شود. 
همانند می‌توان نشان داد که این جرم‌ها مثبت هستند. 
تعاریف عمومی متناظری نیز برای و وجود دارند. 
همچنین تلاش‌هایی در زمینه تعریف صورت گرفته‌است، مثلاً جرم یک سیستم منزوی، تنها با استفاده از کمیتهایی که در یک ناحیه متناهی از فضای دربرگیرنده آن سیستم تعریف می‌شود، فرمول‌بندی می‌گردد. امید آن می‌رود که کمیتی به دست آید که برای بیان گزاره‌های عمومی در مورد سیستم‌های منزوی سودمند باشد، مانند یک فرمول‌بندی دقیقتر برای 
 اگر نسبیت عام را به‌عنوان یکی از دو ستون بدانیم، ستون دیگر است که پایهٔ فهمیدن ماده، از تا است. 
اما اینکه چگونه می‌توان مفاهیم فیزیک کوانتومی را با نسبیت عام سازش داد، پرسشی است که هنوز بی پاسخ مانده‌است.
 معمولی، که پایه مدرن را تشکیل می‌دهند همگی در فضای تخت تعریف می‌شوند که تقریب بسیار مناسبی برای موردی است که بخواهیم رفتار ذرات میکروسکوپی را در میدان‌های گرانش ضعیف مانند میدان‌های موجود در روی زمین مطالعه کنیم. 
برای توصیف شرایطی که در آن گرانش به اندازه‌ای نیرومند هست که بر ماده تأثیر داشته باشد اما نه تا اندازه‌ای که خود نیاز به کوانتایی‌سازی داشته باشد، فیزیکدانان نظریه‌های میدان کوانتومی برای فضازمان خمیده را پیشنهاد داده‌اند. این نظریه‌ها با بهره‌گیری از نسبیت عام، یک فضای پس زمینه خمیده را توصیف می‌کنند و نظریه میدان کوانتومی تعمیم یافته‌ای را تعریف می‌کنند که رفتار ماده کوانتومی را در آن فضازمان بررسی می‌کند. 
با بهره‌گیری از این صورت‌گرایی می‌توان نشان داد که سیاهچاله‌ها یک طیف جسم سیاه از ذرات منتشر می‌کنند که نامیده می‌شود و به در گذر زمان می‌انجامد. 
همان‌طور که به اختصار در اشاره شد، این تبخیر نقش مهمی در بازی می‌کند. 
 نیاز به سازگاری بین یک توصیف کوانتومی از ماده و یک توصیف هندسی از فضا، و همچنین بروز (در جاهایی که مقیاس طول خمش میکروسکوپیک می‌شود)، از جمله دلایل نیاز به وجود یک نظریه کامل هستند: برای توضیح کافی در مورد ساختار داخلی سیاه‌چاله‌ها و جهان بسیار جوان نخستین، یک نظریه مورد نیاز است که در آن گرانش و هندسه فضازمان مرتبط با آن به زبان فیزیک کوانتومی بیان گردند. 
با وجود تلاش‌های فراوان، هنوز هیچ نظریه کامل و سازگاری برای گرانش کوانتومی به دست نیامده است. اگرچه چند نامزد بالقوه برای چنین نظریه‌ای موجود است. 
 تلاش‌ها برای تعمیم نظریه‌های میدان کوانتومی معمولی – که برای توصیف برهمکنش‌های بنیادی در فیزیک بنیادی کاربرد دارند –، از طریق گنجاندن گرانش در این نظریه‌ها با مشکلات جدی روبه رو شده‌اند. در انرژی‌های پایین این دیدگاه موفق است و این نظریه‌ها در این شرایط نظریه‌های میدانی مؤثری برای گرانش هستند. 
اما در انرژی‌های بالا نتایج دست‌یافته، مدل‌هایی هستند که فاقد هرگونه قدرت پیش‌بینی می‌باشند("غیرقابل "). 
 یکی از تلاش‌ها برای غلبه بر این محدودیت‌ها است، یک نظریه کوانتومی که دربارهٔ نیست بلکه از اجسام یک بعدی دراز بسیار ریز سخن می‌گوید. 
این نظریه نوید آن را می‌دهد که می‌تواند یک برای همه ذرات و برهمکنش‌ها (از جمله گرانش) باشد. 
بهایی که باید در این راه پرداخت شود، پذیرش ویژگی‌های غیرمعمولی مانند شش برای فضا در کنار سه بعد موجود است. درخلال دوران انقلاب دوم اَبَرریسمان گمان برآن رفت که نظریه ریسمان و یک نظریه دربارهٔ یکپارچه‌سازی نسبیت عام و به نام ، هردو بخشی از یک مدل پیشنهادی یازده–بعدی به نام هستند که سرانجام یک نظریه سازگار و از نظر تعریفی یکتا از گرانش کوانتومی را ارائه خواهد داد. 
 دیدگاه دیگری نیز وجود دارد که از روش‌های نظریه کوانتومی آغاز می‌شود. با استفاده از فرمول‌بندی مقدار اولیه نسبیت عام (به در بالا مراجعه کنید) (نظیر ) حاصل می‌شود که متأسفانه مشخص شده که به درستی تعریف نشده‌است. اما با معرفی آنچه امروز به نام شناخته می‌شود، این معادله به مدلی نویدبخش به نام منجر می‌شود. فضا با ساختاری تارعنکبوت مانند به نام نمایش داده می‌شود که در گام‌های گسسته با گذر زمان تکامل می‌یابد. 
 با اختلاف در اینکه کدام یک از ویژگی‌های نسبیت عام و نظریه کوانتومی بدون تغییر پذیرفته شوند و اینکه تغییرات در چه سطحی اعمال شوند، تلاش‌های متعدد مختلفی برای رسیدن که یک نظریه قابل قبول گرانش کوانتومی صورت گرفته‌اند که برخی نمونه‌های آن‌ها ، ، یا مدل‌های بر پایه هستند. 
 تمام نظریه‌های نامزد همچنان مشکلات صوری و مفهومی دارند که باید برآن فایق آیند. این نظریه‌ها از این مشکل عمومی نیز برخوردارند که هنوز هیچ راهی برای آزمودن پیش‌بینی‌های گرانش کوانتومی وجود ندارد، هرچند که امید است این امر با داده‌های آینده دربارهٔ مشاهدات کیهان‌شناسی و آزمایش‌های فیزیک ذرات میسر شود. 
 نسبیت عام به‌عنوان نظریه‌ای بسیار موفق پدیدار شده و مشخص آزمایشگاهی و مشاهدات بسیاری را پشت سر گذارده است، اما شواهد محکمی نیز حاکی از آنند که این نظریه کامل نیست. 
مسئله گرانش کوانتومی و واقعیت تکینگی‌های فضازمان هنوز بدون پاسخ مانده‌اند. 
شواهدی درداده‌های مشاهداتی که به‌عنوان گواهی برای وجود و در نظر گرفته می‌شوند ممکن است در حقیقت شواهدی برای نیاز به دانشی جدید در فیزیک باشند. 
حتی اگر نسبیت را همان‌گونه که هست بپذیریم، این نظریه پر از احتمالات اکتشاف بیشتر است. پژوهشگران نسبیت ریاضیاتی در جستجوی فهم ماهیت تکینگی‌ها و ویژگی‌های اصلی معادلات اینشتین هستند. و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای با قدرت روزافزون (مانند آن‌هایی که ادغام سیاهچاله‌ها را شبیه‌سازی می‌کنند) در حال اجرا هستند. با مشاهدهٔ امواج گرانشی در سال ۲۰۱۶، تلاش‌ها برای مطالعهٔ کیهان به کمک امواج گرانشی شتاب گرفته‌است 
، تا امکان آزمودن نظریه در میدان‌های گرانشی بسیار قوی تر فراهم آید. با وجود گذشت بیش از نود سال از انتشار، نسبیت عام هنوز به‌عنوان زمینه‌ای فعال در پژوهش به‌شمار می‌رود.
{"title": "نسبیت عام", "link": "https://fa.wikipedia.org//w/index.php?title=%D9%86%D8%B3%D8%A8%DB%8C%D8%AA_%D8%B9%D8%A7%D9%85&oldid=35117404", "language": "fa"}