Einsteins revolutionaire idee dat zwaartekracht een kromming van de ruimte is, heeft Newtons klassieke begrip van tijd en ruimte tenietgedaan en een nieuw paradigma opgeleverd voor een geïntegreerd beeld van ruimte en tijd.
Hoe hebben mensen de relatie tussen tijd en ruimte begrepen? Van de oudheid tot de middeleeuwen werden tijd en ruimte beschouwd als onveranderlijke concepten die verband hielden met goddelijke wezens. De tijd begon met de schepping van het universum, en men dacht dat de ruimte het toneel was dat door God was geschapen. Deze opvatting heerste ook onder filosofen, zoals Descartes, die de ruimte als een absolute, onafhankelijke entiteit beschouwden. Totdat Einstein langskwam, dachten mensen dat tijd en ruimte onafhankelijk waren, en dat zelfs als materie niet bestond, tijd en ruimte op zichzelf zouden bestaan. De klassieke mechanica van Newton ligt aan de basis van deze perceptie. Newton introduceerde het concept van universele zwaartekracht, dat stelt dat objecten zoals de aarde andere objecten aantrekken, waardoor zwaartekracht ontstaat. Door observatie en experimenten bleek dat Newtons ideeën accuraat waren en jarenlang de fundamentele wetten van de natuurkunde werden.
Einstein accepteerde het idee van Newton echter niet en voerde aan dat de zwaartekracht een “verbuiging van de ruimte” is. De ideeën van Einstein werden door wetenschappers van zijn tijd als behoorlijk radicaal beschouwd, maar hij vormde dit nieuwe perspectief toen hij dieper verdiepte in de interactie tussen de snelheid van het licht en de zwaartekracht. Volgens de klassieke mechanica van Newton plant licht zich voort langs een recht pad binnen het bereik van de invloed van de zwaartekracht (het zwaartekrachtveld). Einstein betoogde echter dat licht binnen een zwaartekrachtveld buigt. Dit komt omdat licht binnen een zwaartekrachtveld wordt onderworpen aan een versnelde beweging onder invloed van de zwaartekracht. Om dit uit te leggen stelde hij dat wanneer een object in de ruimte bestaat, de ruimte die het inneemt gekromd is.
Als dat zo is, zouden zware planeten zoals de zon en de aarde vanwege hun gewicht ook de driedimensionale ruimte om hen heen vervormen. Dit was niet alleen een theoretische veronderstelling, maar een wetenschappelijke voorspelling die kon worden geverifieerd door feitelijke waarnemingen. Als gevolg hiervan zou het licht dat zich in de buurt van deze planeten verplaatst, enigszins afwijken van zijn rechte pad. De hypothese van Einstein werd bevestigd door een observatorium onder leiding van de Britse astronoom Eddington. Op 29 mei 1919 reisde Eddingtons groep naar Subral, Brazilië, en naar een eiland in West-Afrika genaamd Principe om een totale zonsverduistering op het zuidelijk halfrond waar te nemen. De waarneming van de zonsverduistering was destijds een belangrijke gebeurtenis in de wetenschappelijke gemeenschap en werd gezien als een cruciale kans om de theorieën van Einstein te verifiëren. Door zorgvuldige observatie bevestigden de waarnemers dat licht van een verre plek achter de zon rond de zon boog, en dat de buiging consistent was met de voorspellingen van Einstein. Deze gebeurtenis veroorzaakte een wereldwijde sensatie en katapulteerde de naam van Einstein onmiddellijk naar roem. Het was de ondergang van de zwaartekrachtwet van Newton, die al meer dan 200 jaar bestond.
Als de zwaartekracht wordt gezien als een ‘kromming van de ruimte’, zoals Einstein geloofde, dan wordt de tijd ook vergroot in een zwaartekrachtveld. Dit kan uiteraard worden afgeleid uit het feit dat de ruimte gekromd is. Gegeven hetzelfde momentane lichtsignaal zal het pad van het licht verschillend zijn in een gebied zonder zwaartekrachtveld en in een gebied met een zwaartekrachtveld. Dat wil zeggen dat een waarnemer in het gebied zonder zwaartekrachtveld zal zien dat het licht zal buigen en het duurt langer voordat ze in het gebied met een zwaartekrachtveld aankomen. Dit is heel anders dan onze dagelijkse tijdsbeleving. Vooral in de ruimte buiten ons zonnestelsel is de tijdsvertraging nog groter.
Op basis van deze feiten definieerde Einstein de zwaartekracht als ‘het buigen van ruimte en tijd’. Deze definitie bracht een nieuw paradigma voort dat ‘ruimtetijd’ wordt genoemd en dat tijd en ruimte als een verenigd concept beschouwt. In ons zonnestelsel is het zwaartekrachtveld zwak, dus de buiging van ruimte en tijd is erg klein. Wat onze zintuigen betreft bestaat er dus geen merkbare theoretische kloof tussen de theorie van Einstein en de Newtoniaanse mechanica. De theorie van Einstein bood echter, in tegenstelling tot die van Newton, een krachtig hulpmiddel om fysische verschijnselen in de aanwezigheid van sterke zwaartekracht te verklaren. In de ruimte buiten ons zonnestelsel, waar sprake is van zware materie zoals zwarte gaten, gebeuren daarentegen dingen die niet kunnen worden geïnterpreteerd zonder de theorie van Einstein. Het krachtige zwaartekrachtveld van een zwart gat vervormt ruimte en tijd zo extreem dat het verstrijken van de tijd bijna lijkt te stoppen. De Newtoniaanse mechanica is daar nutteloos. Dit is de reden waarom Einstein naar verluidt onze zintuigen heeft verruimd en onze waarnemingshorizon heeft verruimd.
